“90%問題”

隨著電子信息產品向數字化、網絡化、集成化、便攜化方向發(fā)展，復合元件和集成無源元件已經成為電子元件發(fā)展的主要方向。因此，電子產品的系統(tǒng)集成（SIP）和系統(tǒng)級封裝（SOP）成為目前的研究和應用熱點。

圖片來源：中電科四十三所 但是，電子產品在許多情況下，遵循摩爾定律的IC僅占一個系統(tǒng)總體積的10%，其余的都是無源元件，包括電阻、電容、電感、天線、濾波器、開關和傳感器等幾大類，占90%的體積。無源元件的體積變化不滿足摩爾定律，即所謂“90%問題”仍然存在，元器件成為了電子整機小型化的瓶頸。因此對于SOP，出現了一個關于系統(tǒng)集成的新定律：“隨著元件尺寸的縮小，在一個SOP里元件密度每年大約增加一倍，而封裝內系統(tǒng)功能也將增加約一倍”。在這一原則主導下，無源元件多層化，多層元件片式化，片式元件集成化，以及功能元件復合化、模塊化，成為當前的技術潮流。

LTCC——解決電子產品“90%問題”的主流技術

1982年，美國休斯航空器公司開發(fā)了一種新型材料技術，其根據預先設計的結構采用厚膜材料技術將電極材料、基板和電子器件等部件一次性地燒結成型，這就是最初的低溫共燒陶瓷技術（LTCC）。 現代LTCC技術是將低溫燒結陶瓷粉制成厚度精確而且致密的生瓷帶，在生瓷帶上利用激光打孔、微孔注漿和精密導體漿料印刷等工藝制出所設計的電路版圖，并將多個元器件埋入多層陶瓷基板中，然后疊壓在一起，內外電極可選用Ag、Cu和Au等金屬材料，在小于1000℃的溫度條件下燒結，最終制成3D的高密度集成電路，也可制成內置無源元件的3D電路基板，也可以在其表面貼裝IC和有源器件制成無源/有源集成的功能模塊。目前來看，LTCC技術是解決所謂“90%問題”的主流技術，是實現電子整機或系統(tǒng)小型化、高性能化與高密度化的首選方案。

LTCC工藝流程

結合了厚膜技術和HTCC技術的優(yōu)點

LTCC技術被公認為結合了厚膜技術和HTCC技術的優(yōu)點，三者的比較如下圖所示。

總結起來，與其他集成技術相比，LTCC技術的主要優(yōu)勢在于： （1）陶瓷材料具有優(yōu)良的高頻、高速傳輸和寬通帶的特性； （2）熱膨脹系數低，有利于高密度封裝的可靠性；絕緣性和溫度穩(wěn)定性好，適應大電流和高溫應用要求；具備比普通PCB基板更優(yōu)良的熱導率，電路散熱性好，可靠性高； （3）易于實現多層互連，有利于小型化和低延時；可形成空腔和階梯結構，并內埋多種無源元器件，結合表面貼裝技術，實現有源無源集成，有利于提高組裝密度； （4）工藝兼容性好，可與不同特性的材料和元器件結合，并與其他多層布線技術兼容，開發(fā)混合多芯片組件技術； （5）非連續(xù)性生產，有利于提高制品優(yōu)良率和降低成本，縮短生產周期； （6）節(jié)能、節(jié)材、綠色、環(huán)保。

應用領域

LTCC器件按其所包含的元件數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集成模塊。其主要應用技術領域仍然集中在高密度集成技術、大功率模塊和微波/毫米波組件三大方向，另外在MEMS、光電、汽車、LED等領域應用增長十分顯著。

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全球市場狀況及競爭格局

隨著電子信息技術的發(fā)展，全球LTCC市場規(guī)模逐年上升，僅9年時間LTCC總產值從2010年的6.2億美元上升到2019年的12.4億美元，翻了一倍，年均復合增長率達到8%，預計2022年有望達到15億美元。 隨著LTCC市場的穩(wěn)步增長，海外企業(yè)形成寡頭壟斷格局。從全球LTCC市場的占有情況來看，排名前9的廠商占據近90%市場份額，主要技術掌握在日本、美國和部分歐洲國家手中，產業(yè)集中度較高。 以LTCC生產地區(qū)來看，全球第一大產區(qū)為日本，約占全球LTCC市場份額的60%，其次為歐洲與美國地區(qū)，約占全球LTCC市場份額的17%。 從廠商市占率來觀察，全球第一大生產廠商為日本村田，全球市占率為30%，第二大廠商為日本京瓷，全球市占率為16%，第三大廠商為德國的Bosch(博世)，全球市占率為8%，其他大廠還有日本TDK、太陽誘電和美國的CTS(西迪斯)公司。

介質材料已成為我國LTCC產業(yè)落后的根源之一

我國LTCC產業(yè)起步較晚，總體來說，我國LTCC技術的研發(fā)落后國外發(fā)達國家5～10年，生產所用的原材料和設備依然嚴重依賴進口。 原材料方面，LTCC主要原材料包括陶瓷粉、電極材料和有機試劑等，約占生產成本的一半，其中LTCC陶瓷材料的成分組成是決定其物化特性、電性能的關鍵因素，目前LTCC用陶瓷材料主要有三大類：玻璃／陶瓷復合體系、微晶玻璃體系和非晶玻璃體系。目前國內民用市場僅有順絡電子、風華高科、振華富和麥捷科技等企業(yè)進行了LTCC產業(yè)布局，產品主要以疊層片式電感為主，但在高性能LTCC陶瓷粉和生瓷帶上還依賴進口，尤其是面向5G通信器件應用的新型低介電常數、超低介電損耗、穩(wěn)定介溫特性和優(yōu)異耐壓強度的LTCC材料目前在國內近乎空白。高性能陶瓷介質等原材料已經成為我國LTCC技術落后發(fā)達國家的主要根源之一。

審核編輯 ：李倩