基于LTCC基板的薄膜微带线制作技术-硬件和射频工程师.PDF

第 14卷 第3-4期 泥合微 电子技术 Vol.14 从 3-4 基于LTCC基板的薄膜微带线制作技术 南京电子技术研究所 刘 刚 王丛香 谢康忠 张爱华 摘要 本文对厚、薄膜多层互连基板的发展进行了简单的分析，对荃于LTCC基板的薄腆 son微带线的设计、制造、测试进行了介绍。结果表明LTCC荃板表面实施薄膜工艺与厚膜工艺 相比有利于获得更好的徽波一致性。 关扭词 LTCC 薄膜工艺 500微带线 擂人损耗 条其精度和一致性比较差(与薄膜工艺相 1 引盲 比)。解决这个问题的方法有两个，其一是 低温共烧陶瓷(LTCC)技术是八十年代 LTCC表面采用Fodel厚膜光刻技术，其二在 中期出现的一种新型的多层基板技术。因其 LTCC表面实施薄膜布线工艺。由于厚膜光 具有易实现多层布线、成本低、可以和现有厚 刻技术在徽波领域的应用尚待进一步验证， 膜工艺设备兼容等优点，很受人们关注。九 我们选用成熟的薄膜工艺进行试验。 十年代以来 LTCC技术出现两个新特点: 通常，薄膜工艺需要在抛光的基板表面 (1)使用频率越来越高，民用通讯达2. (光洁度一般0.0512m左右)实施，而LTCC 4GHz，如蓝牙技术[I];军用最高达40GHz, 基板表面光洁度只有0.31-m左右，不进行抛 如微波组件[21[37[43(2)厚膜多层技术有和 光处理，直接进行薄膜工艺的制作将很困难。 薄膜技术结合的趋势，被用来制造薄、厚膜混 正因为如此，IBM[51等公司在LTCC表面采 合型多层互连基板，即在共烧陶瓷(LTCC) 用薄膜工艺制作低频高速数字电路时，大都 的基板上制作薄膜多层结构，充分发挥各自 对其进行抛光。徽波电路的性能与介质材料 的特点，利用薄膜技术可以制作精细线条的 的厚度相关[7l因此LTCC基板厚度的均匀 特点，将信号线、徽带线等作在TL= 表面; 性比较关键。由于LTCC烧结后本身存在 利用LTCC易实现多层的特点，将电路中电 不平整度，因此抛光后基板厚度均匀性难以 源层、接地层做在LTCC内部。这种混合型 保证，这样一来数字电路中广泛使用的抛光 基板已经被应用于大型计算机，蓝牙模块，以 技术在微波领域使用遇到了障碍。为了解决 及有源相控阵雷达T/R组件等场合[51。基 这个问题，我们可以采用折衷的方案，即适当 于LTCC基板的薄膜微带线(4)(61制作技术 降低薄膜工艺细线条的要求，直接在基板表 是微波薄、厚膜混合多层互连基板的基础和 面实施薄膜工艺。 关键技术。 2 LTCC若板上徽带钱设计 在研制微波LTCC多层电路基板的过 程中，我们发现微带电路插人损耗一致性不 微带线试验是开展微波电路设计的基 好。经过分析，我们认为这极有可能是厚膜 础，如图1为微带线结构示意图。微带线设 工艺的局限性所致，因为厚膜工艺制作的线 计依据为传输线的特征阻抗方程。传物线的 ·87 . 特征阻抗是介质材料的介电常数，介质厚度、 传输线宽度的函数，即Z=F(ew/h)a 图1son徽带线结构示惫图 图2 LTCC表面薄膜微带线试样 e,:LTCC介质层的介电常数 基板尺寸:60mmx48mm w:微带线的宽度 h:LTC℃介质层的厚度 我们测定了LTCC材料(FERRO一A6) 为了便于比较，我们同时采用低温共烧 介电常数Er约6.25,LTCC(八层)基板厚度 工艺(七层空白生料带和一层印刷微带线的 为0.7mm，根据微波EESOFT软件微带线模 生料带一起层压共烧)和后烧工艺(在共烧的 型进行优化设计，确定5051微带线模型线宽 LTCC基板上实施厚膜工艺)分