PCB Blog - LTCCご存知ですか

LTCC（低温同時焼成セラミック）とは、厚膜材料を用い、あらかじめ設計された構造に従って電極材料、基板、電子デバイスを一括焼成することにより、高集積化、高性能化を実現する電子実装技術です。

低温同時焼成セラミック（LTCC）回路基板は、セラミック材料を回路基板として利用する技術であり、従来のプリント回路基板（PCB）よりも高い集積度と高い信頼性を提供する。LTCC回路基板は通常、比較的低温で焼結できる特殊なセラミック材料から作られており、回路基板の製造工程をより効率的で経済的なものにしている。

従来の回路基板製造用材料には、主にFR-4（ガラス繊維エポキシ樹脂板）、ポリイミドなどがある。これらの材料は多くの用途で良好な性能を発揮するが、高周波、高温、高集積の用途では性能に限界があることが多い。一方、LTCC材料の導入は、これらの分野で優れた代替手段を提供する。

LTCC技術には次のような形態があります。

第一に、低温焼結セラミック粉末を正確な厚さと高密度のセラミック生テープにし、セラミック生テープにレーザー穴あけ、マイクロビアスラリー注入、精密導体ペースト印刷などのプロセスを使用して、必要な回路図形のうち、次に多層処理セラミック生テープを積層し、900℃以下で焼結し、チップデバイスで作られています。

第二に、その中に多数の受動部品を埋設し、一枚の三次元セラミック多層回路基板とする。

第三に、その表面にICやアクティブデバイスを実装して、パッシブ／アクティブ一体型の機能モジュールを作ることができる。

LTCC技術の特徴

1、優れた電気特性

低誘電率: LTCC材料は低誘電率（通常3.0以下）であるため、高周波回路やマイクロ波回路において、信号遅延や信号減衰が少ない。

低誘電損失: LTCC材料の低誘電損失は、特に高周波アプリケーションにおいて、より効率的な信号伝送を可能にし、エネルギー損失を低減し、システム全体のパフォーマンスを向上させます。

優れた電気絶縁性: セラミック基板は優れた電気絶縁性を持ち、回路間の干渉を効果的に遮断し、回路の安定性と信頼性を向上させます。

2、高い熱安定性

高温耐性: LTCC材料は高温環境でも安定して動作し、その高い温度耐性により、高温のアプリケーションシナリオで優れた性能を発揮します。

良好な熱伝導性：LTCC材料は通常良好な熱伝導性を有し、熱を効果的に放散し、熱蓄積による回路性能への影響を低減することができる。

3、高い機械的強度

高い耐衝撃性: セラミック材料は本質的に高い機械的強度と耐衝撃性を持っているため、LTCC回路基板は振動や衝撃の環境でも安定した性能を維持することができます。

耐摩耗性：セラミック材料は耐摩耗性に優れ、過酷な環境条件下でも長寿命を維持することができます。

4、高集積化

多層構造：LTCC技術は多層積層をサポートし、同一基板上に複雑な回路構造と高密度配線を可能にし、基板集積度を向上させる。

埋め込み回路：LTCC技術では、セラミック基板内部に導電層やその他の機能層を埋め込むことができるため、高集積化や小型化に非常に有利です。

5、コストと経済性

大量生産：LTCCの初期製造コストは高いかもしれないが、その高い集積度と信頼性は大量生産時の単価低減に効果的である。

長期信頼性：LTCC基板は高信頼性と長寿命であるため、特に要求の厳しいアプリケーションでの長期使用において、費用対効果が高い。

6、アプリケーションの柔軟性

多様な用途：優れた電気性能と構造特性により、LTCC回路基板はRFおよびマイクロ波回路、自動車用電子機器、医療機器、産業用制御機器、その他多くの分野など、幅広い用途に使用できる。

LTCC技術のプロセスフロー

1、鋳造：セラミック基板ブランクはセラミックペーストから作られる。

2、切断：ブランクを一定の大きさのセラミックシートに切断し、各ピースを多層セラミック基板層にします。この過程で、鋳造不良のシートは不合格となる。

3、パンチング: シートに機械的パンチング/レーザーパンチングを施し、貫通穴や電気配線用の穴を開ける。

4、充填：多層セラミック基板の内部にビアを準備するために、層間の回路接続用の垂直経路としてビアを充填する。

5、印刷：スクリーン印刷法を使用し、セラミックフィルム上に導電性ペーストまたは誘電体材料を印刷し、電線と印刷部品（抵抗器、コンデンサ、バリスタなど）の間の電気的相互接続を生成するために使用される。

6、積層：セラミックフィルムは、順序に従って回路グラフィックスを印刷し、順次一緒に積層し、グラフィックス複合回路構造の要件を作成し、印刷時にPETフィルムを取り外します。

7、静圧：高圧でセラミックフィルムを積層した後、しっかりと接着させる。

8、切断：未加工のセラミック基板の広い面積は、コンポーネント、モジュール、切断分離の境界を切断に応じて、焼結を容易にする。焼結後のセラミックシートは、切断することは容易ではありません。

9、焼結：未加工のセラミック基板の加熱と成熟した磁器の焼結は、その磁器硬化、内部ペーストの硬化、構造安定性。LTCC基板は、加熱温度は一般的に900℃よりも低くなります。

10、抵抗：印刷エラー、アダプタパラメータの違いを修正するための微調整のための抵抗器や他のコンポーネントの印刷を介して行われ、最適なシステム性能に達している。 

11、テスト：製品の処理、品質監視、次のプロセスに不良品を避けるために。主に検査の外観、測定の電気的特性、検査の内部構造が含まれています。

低温同時焼成セラミック回路基板の応用分野

1、RFおよびマイクロ波アプリケーション

LTCC回路基板は、その優れた高周波性能により、RFおよびマイクロ波回路に広く使用されている。通信、レーダー、衛星ナビゲーションなどの分野で、LTCC回路基板は安定した信号伝送と良好な電気性能を提供することができます。

2、自動車エレクトロニクス

車載電子システムでは、LTCC回路基板は、その高い熱安定性と機械的強度により、自動車の制御ユニット、センサー、通信モジュールに広く使用されている。これらのアプリケーションでは、高温や振動などの過酷な環境条件下でも基板が正常に機能することが求められます。

3、医療用エレクトロニクス

医療機器では、LTCC回路基板の高い信頼性と安定性により、医療機器の正常な動作が保証される。例えば、埋め込み型医療機器では、LTCC基板は信頼性の高い電気接続と安定した性能を提供します。

4、産業用制御機器

産業用制御システムにおいて、LTCC回路基板は、特に高温高湿などの過酷な環境において、信頼性の高い制御信号伝送を提供することができる。優れた熱安定性と機械的強度により、産業用オートメーション機器の重要な部品となっている。

民生用電子機器

コンシューマー・エレクトロニクス製品の性能要件が向上し続ける中、LTCC基板は携帯電話、タブレットPC、スマート・ウェアラブル・デバイスなどの分野で徐々に使用されるようになっています。その高集積化と小型化の特性は、これらの製品の体積と性能の二重の要求を満たすことができる。

今後の開発動向

1、材料の革新

技術の発展に伴い、低温同時焼成セラミック回路基板材料も絶えず革新している。新しいセラミック材料の導入により、低誘電率、高熱安定性など、基板の性能がさらに向上します。

2、製造工程の最適化

将来の製造工程は、生産効率と製品の一貫性を向上させるため、より洗練され自動化される。同時に、新しい製造技術は製造コストの削減にも役立ち、LTCC回路基板はより広く使用されるようになる。

応用分野の拡大

技術の進歩と市場需要の変化により、LTCC回路基板の応用分野はさらに拡大する。特に高周波、高速、インテリジェントの分野では、LTCC回路基板はますます重要な役割を果たすだろう。

3、グリーン

環境保護と持続可能な開発は、世界的な注目の的となっている。将来のLTCC回路基板製造は、環境保護、低汚染、リサイクル可能な材料とプロセスの開発、環境への影響を低減するために、より多くの注意を払うでしょう。

先進的な回路基板技術として、低温同時焼成セラミック回路基板は、その優れた電気特性、熱安定性、機械的強度により、様々なハイテク分野で重要な役割を果たしている。材料とプロセスの絶え間ない革新により、LTCC回路基板の応用展望はさらに広がり、電子技術のさらなる発展を確実に促進するだろう。LTCC回路基板の綿密な研究と応用の探求は、将来の電子製品により信頼性が高く効率的なソリューションを提供するだろう。