基于多層陶瓷技術(shù)(MLC)和低溫共燒陶瓷技術(shù) (LTCC)的新一代電子元件已經(jīng)成為電子元件的主流，集成化是電子元件發(fā)展的主要方向。本文主要從MLC和LTCC兩項技術(shù)探討無源器件技術(shù)的發(fā)展。 

多層陶瓷技術(shù)(MLC) 
MLCC(多層陶瓷電容器)稱雄電容器市場 
MLCC是各種電子、通訊、信息、軍事及航天等消費或工業(yè)用電子產(chǎn)品的重要組件。MLCC由于其小體積、結(jié)構(gòu)緊湊、可靠性高及適于 SMT技術(shù)等優(yōu)點而發(fā)展迅速。目前，電容器市場無論從數(shù)量上還是市場潛力上來看都以陶瓷電容器份額最大。全球MLCC產(chǎn)量隨著IT產(chǎn)業(yè)的發(fā)展而不斷增長，國內(nèi)產(chǎn)量占全球產(chǎn)量的比例近年來也有較大的增長，我國已經(jīng)逐漸成為世界MLCC的制造大國。 

目前MLCC國際上的發(fā)展趨勢是微型化、高比容、低成本、高頻化、集成復合化、高可靠性的產(chǎn)品及工藝技術(shù)。當前MLCC需求的熱點主要集中在手機、P4主板、DVD、數(shù)碼相機和PS2游戲機等。手機對MLCC的要求特點是：數(shù)量大、尺寸小、質(zhì)量高。在手機應用領(lǐng)域里，日商憑借技術(shù)上的絕對優(yōu)勢基本壟斷市場。國內(nèi)企業(yè)在手機配套實力明顯不足。 

片式陶瓷電感器：電感元件發(fā)展方向 
多層片式電感類元件包括了一大類具有疊層式介質(zhì)/線圈結(jié)構(gòu)的新型電子元件，是電感類元件發(fā)展的方向，也是三大類無源片式元件中技術(shù)含量最高的一大類。目前，這類元件已形成了規(guī)模相當大的產(chǎn)業(yè)和近百億美元的國際市場。片式電感器的主要應用領(lǐng)域包括移動通信、計算機、音像產(chǎn)品、家電、辦公自動化等。大屏幕彩電等新型家電產(chǎn)品也是片式電感器的重要應用領(lǐng)域。預計在今后若干年中，隨著第三代移動通信技術(shù)、數(shù)字電視、高速計算機、目前片式電感器元件發(fā)展的主要趨勢是：抗電磁干擾成為片式電感類材料的主要應用領(lǐng)域；高感量和大功率；高頻化；集成化。 

片式微波電容器：快速滲透通信領(lǐng)域 
陶瓷電容器除在技術(shù)上繼續(xù)向小尺寸、大容量、介質(zhì)薄層化方向發(fā)展外，高頻化也是一個重要的發(fā)展方向。為了滿足通信設備的高頻化對電子元器件的強勁需求，高電流承載能力的高Q微波陶瓷電容器得到了快速發(fā)展，并已成為片式陶瓷電容器的重要的組成部分，廣泛應用于包括移動通信、WLAN、衛(wèi)星廣播設備、醫(yī)療電 子、導彈系統(tǒng)、飛機雷達及導航系統(tǒng)等的射頻/微波電路中，已成為通信終端設備向輕、薄、短、小和高頻化趨勢發(fā)展不可缺少的基礎(chǔ)元器件。片式化微波電容是先進多層陶瓷技術(shù)和高品質(zhì)微波介質(zhì)材料相結(jié)合的產(chǎn)物，是一類新型的表面貼裝無源陶瓷元件，它具有高載流能力、高品質(zhì)因數(shù)(Q)、超低等效串聯(lián)電阻(ESR)、高的串聯(lián)諧振頻率(SRF)等特點，可廣泛應用于光通信電路、微波通信電路中。 

壓電陶瓷超聲波電機：突破傳統(tǒng)電機概念 
壓電陶瓷超聲波電機是近二十年發(fā)展起來的一種新型電機,其技術(shù)核心是采用功能陶瓷材料的電能-機械能的信號轉(zhuǎn)換功能，實現(xiàn)對執(zhí)行部件的驅(qū)動和控制。它打破了由電磁效應獲得轉(zhuǎn)速和扭矩的傳統(tǒng)電機的概念，是當代國內(nèi)外熱門的高新技術(shù)之一。在各類新型壓電器件中，壓電驅(qū)動器和壓電陶瓷超聲波電機是近年來發(fā)展速度最快、市場潛力巨大的一類高科技產(chǎn)品。壓電陶瓷超聲波電機的技術(shù)特點是：(1)直接驅(qū)動，無需減速機構(gòu)，可實現(xiàn)低速下比同尺寸電磁電機更大的力矩輸出。(2)不采用磁性繞組：無電磁輻射，也不受電磁場干擾。(3)低噪音操作。傳統(tǒng)電磁電機，尤其是功率稍大一些的電機類型，在工作中會產(chǎn)生比較明顯的電機電磁輻射噪音。而壓電陶瓷超聲波電機在超聲頻(＞20kHz)范圍內(nèi)工作，對于超聲頻噪音人是沒有聽覺反應的。(4)斷電自鎖定、靜態(tài)保持力矩大，有效避免了產(chǎn)品在正常工作中 出現(xiàn)振顫、抖動等干擾現(xiàn)象。(5)響應快、步進精度高。(6)易小型化和薄型化，目前壓電陶瓷超聲波電機直徑最小可到1mm。 (7)科技含量高。(8)結(jié)構(gòu)設計靈活。 

低溫共燒陶瓷技術(shù) (LTCC) 
LTCC優(yōu)點 
LTCC(低溫共燒陶瓷)以其優(yōu)異的電學、機械、熱學及工藝特性，將成為未來電子器件集成化、模塊化的首選方式，在國外及我國臺灣省發(fā)展迅猛，已初步形成產(chǎn)業(yè)雛形。利用LTCC制備片式無源集成器件和模塊具有許多優(yōu)點，首先，陶瓷材料具有優(yōu)良的高頻高Q特性；第二，使用電導率高的金屬材料作為導體材料，有利于提高電路系統(tǒng)的品質(zhì)因子；第三，可適應大電流及耐高溫特性要求，并具備比普通PCB電路基板優(yōu)良的熱傳導性；第四，可將無源組件埋入多層電路基板中，有利于提高電路的組裝密度；第五，具有較好的溫度特性，如較小的熱膨脹系數(shù)、較小的介電常數(shù)溫度系數(shù)，可以制作層數(shù)極高的電路基板，可以制作線寬小于50μm的細線結(jié)構(gòu)。另外，非連續(xù)式的生產(chǎn)工藝允許對生坯基板進行檢查，從而提高成品率，降低生產(chǎn)成本。 

LTCC器件按其所包含的元件數(shù)量和在電路中的作用，大體可分為LTCC元件、LTCC功能器件、LTCC封裝基板和LTCC模塊基板。 

國產(chǎn)化成為LTCC器件發(fā)展契機  
國內(nèi)LTCC器件的開發(fā)比國外至少落后5年。這主要是由于電子終端產(chǎn)品發(fā)展滯后造成的。LTCC功能器件和模塊主要用于GSM、CDMA和PHS手機、無繩電話、WLAN和藍牙等通信產(chǎn)品，除40多兆的無繩電話外，這幾類產(chǎn)品在國內(nèi)是近5 年才發(fā)展起來的。國內(nèi)的終端產(chǎn)品為了盡快搶占市場，最初的設計方案大都是從國外買來的，甚至方案與元器件打包采購，其所購方案都選用了國外元器件。前幾年 終端產(chǎn)品生產(chǎn)廠的主要目標是擴大市場份額，成本壓力不大，無法顧及元器件國產(chǎn)化。隨著終端產(chǎn)品產(chǎn)能過剩，價格和成本競爭將日趨激烈，元器件的國產(chǎn)化必將提 上議事日程，這將為國內(nèi)LTCC器件的發(fā)展提供良好的市場契機。 LTCC器件的開發(fā)與生產(chǎn)，必須兼顧材料、設計及工藝與設備三個方面。 材料性能的要求包括電性能、熱機械性能和工藝性能三方面。介電常數(shù)是LTCC材料最關(guān)健的性能。介電損耗也是射頻器件設計時一個重要考慮參數(shù)，它直接與器件的損耗相關(guān)。理論上希望越小越好。介電常數(shù)的溫度系數(shù)，這是決定射頻器件電性能的溫度穩(wěn)定性的重要參數(shù)。為了保證LTCC器件的可靠性，在材料選擇時還必須考慮到許多熱機械性能。其中最關(guān)健的是熱膨脹系數(shù)，應盡可能與其要焊接的電路板相匹配。此外，考慮到 加工及以后的應用，LTCC材料還應滿足許多機械性能的要求，如彎曲強度σ、硬度Hv、表面平整度、彈性模量E及斷裂韌性KIC等等。 工藝性能大體可包括如下方面：第一，能在900℃以下的溫度下燒結(jié)成致密、無氣孔的顯微結(jié)構(gòu)。第二，致密化溫度不能太低，以免阻止銀漿料和生帶中有機物的排出。第三，加入適當有機材料后可流延成均勻、光滑、有一定強度的生帶。 

LTCC器件的開發(fā)與生產(chǎn) 
LTCC器件的開發(fā)與生產(chǎn)，必須兼顧材料、設計及工藝與設備三個方面。國內(nèi)目前LTCC材料基本有兩個來源，一是購買國外生帶，二是器件生產(chǎn)廠從原料開發(fā)起。這些都不利于快速、低成本的開發(fā)出LTCC器件。因為，第一種方式會增加生產(chǎn)成本，第二種方式會延緩器件的開發(fā)時間。目前清華大學材料系、上海硅酸鹽研究所等單位正在實驗室開發(fā)LTCC用陶瓷粉料，尚未到批量生產(chǎn)的程度。國內(nèi)現(xiàn)在亟須開發(fā)出系列化的、最好有自主知識產(chǎn)權(quán)的LTCC用陶瓷粉料，專業(yè)化的生產(chǎn)系列化LTCC用陶瓷生帶，為LTCC器件的開發(fā)奠定基礎(chǔ)。南玻電子公司正在用進口粉料，開發(fā)出介電常數(shù)為9.1、18.0和37.4的三種生帶，厚度從10μm到100μm，生帶厚度系列化，介電常數(shù)半系列化，為不同設計、不同工作頻率的器件開發(fā)奠定了基礎(chǔ)。 

LTCC器件的設計包括電性設計、應力設計和熱設計等諸多方面，其中以電性設計最為關(guān)鍵。由于LTCC器件中包括多個等效分立元件，互相間耦合非常復雜，工作頻率往往較高，更多的是采用電磁場而不是電路的概念。用過去的集總參數(shù)電路設計的方法是無法設計LTCC器件的。國內(nèi)尚未看到有關(guān)LTCC器件電性設計的報道，這大概是制約LTCC器件開發(fā)的另一個重要因素。香港青石集成微系統(tǒng)公司(CiMS)長期從事微波電磁場的研究與LTCC器件的設計，頗有造詣。CiMS采用先進的電磁場模擬優(yōu)化軟件為南玻電子設計了多款LC濾波器和模塊，取得了良好的效果。由電磁場模似設計軟件可對生帶和銀電極的頻率響應、損耗等進行定量分析，從而指導實際研發(fā)，縮短研發(fā)周期和成本。 

LTCC器件的顯著優(yōu)點之一是其一致性好、精度高。而這完全有賴于所用材料的穩(wěn)定性和工藝設備的精度。國內(nèi)目前尚沒有生產(chǎn)廠可制造與LTCC有關(guān)的成型設備。據(jù)不完全統(tǒng)計，國內(nèi)南玻電子引進了一條完整的LTCC生產(chǎn)線，另外約有4家研究所已經(jīng)或正在引進LTCC中試設備，開發(fā)軍工用LTCC模塊。 

結(jié)束語 
新一代電子元件與無源技術(shù)正在成為高技術(shù)發(fā)展的制高點和產(chǎn)業(yè)生長點。國際電子制造產(chǎn)業(yè)向中國轉(zhuǎn)移將對中國電子元件行業(yè)產(chǎn)生巨大的拉動作用。由于電子元件采購的本土化已是大勢所趨，中國電子元件市場將在未來5到10年內(nèi)高速增長。在電子元件升級換代速度加快、國際性產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)移之時，國內(nèi)企業(yè)應該抓住機遇，加大投入研發(fā)具有自主知識產(chǎn)權(quán)的新一代電子元件和無源集成材料系統(tǒng)、模塊設計以及制程工藝。在對無源元件繼續(xù)擴大片式化、微小型化、高頻化、高速化、集成化、綠色化的發(fā)展中，重點在于對MLC和LTCC技術(shù)的研究，尋求更新更快的發(fā)展。