Низкотемпературно обжигаемая керамика для технологии LTCC (аналитический обзор)

В работе представлен аналитический обзор ряда публикаций отечественных и зарубежных авторов, посвященных важной научно-технической проблеме - разработке составов и технологии получения низкотемпературно обжигаемой керамики для технологии LTCC (Low Temperature Co-fired Ceramics). Ученые США, Германии, Японии, Китая, Кореи и других стран осуществляют широкомасштабные исследования в этой области. Существует, как минимум, два подхода к решению этой сложной научно-технической проблемы. Общим в этих двух технологических направлениях является то, что продукт представляет собой стеклокомпозит, состоящий из кристаллической фазы и стекла. По первому варианту технологии жидкофазного спекания необходима подготовка легкоплавкого стекла с заданным комплексом свойств, в качестве кристаллической фазы используются порошки готового соединения (наполнителя) с последующим совместным спеканием шихты. По второму способу стеклокомпозит получают путем кристаллизации расплава стекла заданного состава. К настоящему времени наиболее изученной является технология получения LTCC-керамики посредством предварительной подготовки легкоплавкой стеклообразующей композиции с последующим введением в нее тугоплавкого наполнителя (например, глинозема). Данная технология реализована на практике ведущими фирмами США (Ferro, DuPont), Германии (Heraeus), Японии (Asahi Glass, Kyocera). Многообразие исследуемых стеклообразующих композиций базируется на использовании оксидов бора и кремния (стеклообразователи) и модификаторов различной физико-химической природы, включая щелочно-земельные и щелочные элементы. Анализ показывает, что обстоятельные исследования, проводимые научными международными центрами, по формату и глубине изучения направлены на разработку приемов управления сложными технологическими процессами и регулирования физико-технических свойств LTCC-керамики.

низкотемпературно обжигаемая керамика, стеклообразующие оксиды, стеклокерамический композит, легкоплавкое стекло, диэлектрические свойства, LTCC

1. Назарова Г.Н., Елесин В.В., Дмитриев В.А. Возможности технологии LTCC для создания корпусов интегральных микросхем СВЧ диапазона // Материалы XIII науч.-техн. конф. «Пульсар-2014». 2015. С. 321-324.

2. Кондратюк Р.И. Система для сборки и герметизации монолитных СВЧ-микросхем // Нано индустрия. 2011. № 6. С. 10-13.

3. Чигиринский С. LTCC-технология. Материалы и подготовка шликера // Электроника НТБ. 2010. № 2. C. 25-28.

4. Чигиринский С. Материалы, применяемые в технологии LTCC // Степень интеграции. 2010. № 3. С. 10-13.

5. Кондратюк Р. LTCC - низкотемпературная совместно обжигаемая керамика // Наноиндустрия. 2011. № 2. С. 26-30.

6. Кондратюк Р. Низкотемпературная совместно обжигаемая керамика (LTCC). Преимущества. Технология. Материалы // Передовые технологии. 2011. № 5. С. 14-17.

7. Перцель Я., Яковлев А. Преимущества использования технологии низкотемпературной керамики для реализации радиоэлектронных устройств // Современная электроника. 2012. № 8. С. 16-17.

8. Потапов Ю. Особенности технологии проектирования и производства LTCC-модулей // Технологии в электронной промышленности. 2008. № 3. С. 59-64.

9. Дмитриев М.В. Влияние режимов спекания на параметры стеклокерамики с кристаллизуемым стеклом // Технология и конструирование в электронной аппаратуре. 2000. № 1. С. 36-39.

10. Погребенков В.М., Пашков Д.А. Стеклокерамические материалы низкотемпературного спекания для электронной техники // Высокие технологии в современной науке и технике (ВТСНТ-2014): Сб. науч. тр. 3-й междунар. науч.-техн. конф. молодых ученых, аспирантов и студентов. 2014. С. 391-394.

11. Вартанян МА., Лукин Е. С., Попова Н.А. Керамика низкотемпературного обжига для подложек микросхем // Стекло и керамика. 2008. № 1. С. 28-30.

12. Разработка отечественного керамического материала для изготовления изделий по технологии LTCC / Ю.К. Непочатов, С.А. Кумачева, Ю.И. Швецова, А.А. Дитц // Современная электроника. 2014. № 4. С. 12-14.

13. Пономарев С.В., Сунцов С.Б. Анализ влияния технологического процесса изготовления многослойных интегральных схем на основе керамики с низкой температурой обжига на результаты моделирования напряженно-деформированного состояния модулей для бортовой РЭА. Обзор // Доклады ТУСУРа. 2010. № 2 (22). С. 207.

14. Плетнев П.М., Кумачева СА., Непочатов Ю.К. Структурно-фазовые и технологические свойства низкотемпературной керамики // Строительные материалы - 4 С: Междунар. сб. науч. тр. РАЕН. 2015. С. 31-35.

15. Synthesis and characterization of CBS glass/ceramic composites for LTCC application / G. Chen, L. Tang, J. Cheng, M. Jiang // Journal of Alloys and Compounds. 2009. № 478. Р. 858-862.

16. Low temperature preparation of the p-CaSiO3 ceramics based on the system CaO-SiO2-BaO-B2O3 / S. №en, X. Zhou, S. Zhan, B. Li // Journal of Alloys and Compounds. 2010. № 505. Р. 613-618.

17. Jean J., Lin S. Low-fire processing of ZrO-SnO2-TiO2 ceramics // Journal of the American Ceramic Society. 2000. № 83 (6). Р. 1417-1422.

18. Characterizations of CaO-B2O3-SiO2 glass-ceramics: thermal and electrical properties / C. Chiang, S. Wang, Y. Wang, Y. Hsu // Journal of Alloys and Compounds. 2008. № 461. Р. 612-616.

19. Tailor-made BaO-CaO-AkO3-SiO2-based glass sealant for anode-supported planar SOFC / S. Ghosh, D. Sharma, P. Kundu, N. Basu // ESC Transactions. 2007. № 7 (1). Р. 2443-2452.

20. Dielectric properties of new glass-ceramics for LTCC applied to microwave or millimeter-wave frequencies / N. Mori, Y. Sugimoto, J. Harada, Y. Higuchi // Journal of Europe Ceramic Society. 2006. № 26 (11). Р. 1925-1928.

21. Takada T., Wang S., Yoshikawa S. Effect of glass additions on BaO-TiO2-WO3 microwave ceramics // Journal of the American Ceramic Society. 1994. № 77 (7). Р. 1909-1916.

22. Wang S., Zhou H. Densification an dielectric properties of CaO-B2O3-SiO2 system glass ceramics // Materials Science and engineering. 2003. № 99. Р. 597-600.

23. Densification and microwave dielectric properties of CaO-B2O3-SiO2 system glass-ceramics / C. Chiang, S. Wang, Y. Wang, W. Wei // Ceramics International. 2008. № 34. Р. 599-604.

24. Microwave dielectric properties of glass-ceramic composites for low temperature co-firable ceramics / C. ^en, C. Chou, W. Shih, K. Liu // Materials Chemistry and Physics. 2003. № 79. Р. 129-134.

25. Jean J., Gupta T.K. Densification kinetics and modeling of glass-filled alumina composite // Journal of material researches. 1994. № 3 (9). Р. 771-780.

26. Chen X. Densification and characterization of SiO2-B2O3-CaO-MgO glass / A2O3 composites for LTCC application // Ceramics International. 2013. № 39.

27. Park J., Choi Y. Low-fire dielectric composition with permittivity 20-60 for LTCC applications // Materials Chemistry and Physics. 2004. № 88. Р. 308-312.

28. Influences of particle size of alumina filler in an LTCC system / Y. Seo, J. Jung, Y. Cho, J. Kim // Journal of the American Ceramic Society. 2007. № 90 (2). Р. 649-652.

29. Low-temperature sintering and microwave dielectric properties of anorthite-based glass-ceramics / C. Lo, J. Duh, B. Chiou, W. Lee // Journal of the American Ceramic Society. 2002. № 85 (6). Р. 2230-2235.

30. Wu J., HuangH. Microwave properties of zinc, barium and lead borosilicate glasses // Journal of non-crystalline solids. 1999. № 260. Р. 166-124.

31. Effects of alumina on the crystallization behavior, densification and dielectric properties of BaO-ZnO-SrO-СаО-Nd2O3-TiO2-B2O3-SiO2 glass-ceramics / H. Hsiang, L. Mei, S. Yang, W. Liao // Ceramics international. 2011. № 37. Р. 2453-2458.

32. Jhou M., Jean J. Low-fire of microwave BaTi4O9 dielectric with BaO-ZnO-B2O3-glass // Journal of the American Ceramic Society. 2006. № 89 (3). Р. 786-791.

33. Integration concepts for the fabrication of LTCC structures / A. Baker, M. Lanagan, C. Randall, E. Semouchkina // Journal of applied ceramic technology. 2005. № 2 (6). Р. 514-520.

34. Microwave dielectric properties of low temperature cofired glass-ceramic based on B2O3-La2O3-MgO-TiO2 glass with La(Mg0,5Ti0.5)O3 ceramics / A. Yang, H. Lin, L. Luo, W. Chen // Japanese Journal of applied physics. 2006. № 3а (45). Р. 1698-1701.