A többrétegű kerámia technológia eredete a késői '50-es évekre nyúlik vissza az RCA Corporation fejlesztéseként. Később az IBM is kutatásokba kezdett és kifejlesztette első többrétegű kerámia hordozóját, melynek az alábbi tulajdonságai voltak: területe 9 cm2, 33 réteg, LSI komponensként 100 flipchip-et hordozott. A hordozót 1600 °C-on égették, a vezető anyagának az Mo-t, Mo-Mn-t, és W-t használtak.

A '80-as évek közepétől a számítógépek fejlődése felgyorsult, így a cél a hordozón lévő vezetőhálózat sűrűségének növelése volt. Egyre vékonyabb huzalozásokat használtak, de ezáltal növekedett az ellenállásuk is. Olyan vezető anyagokra volt tehát szükség, melyek alacsony ellenállással rendelkeznek. Ilyen a Cu, Au, Ag stb. A hordozóknak jó hővezető képességekkel kellett rendelkezniük. A jelátadás nagy sebessége megkövetelte, hogy a kerámia alacsony dielektromos állandóval rendelkezzék.

A '90-es évek elején amerikai és japán elektronikai és kerámia cégek fejlesztettek ki először olyan hordozót, mely kielégítette a fent említett igényeket. Az IBM és a Fujitsu voltak az első olyan cégek, kik termékükbe már alkalmazták az alacsony dielektromos állandóval rendelkező kerámiákat és azon Cu vezetőréteget.

Az évtized második felétől az érdeklődés a vezeték nélküli alkalmazásokra irányult. A magasfrekvenciás Bluetooth és Wireless alkalmazások megkövetelték az alacsony hőtágulási együtthatót és az alacsony dielektromos állandót.

Két táblázatban összefoglalva mutatjuk be néhány releváns cég LTCC hordozóinak jellemzőit. Az első táblázat az 1985-1990-ig terjedő időszakot öleli át, a második táblázatban pedig napjaink piacvezető cégeinek termékeit mutatjuk be. Vezetőanyaguk Au, Ag, Pd, Cu és ezek ötvözetei, a kiégetési hőmérséklet 850 °C és 1000 °C között van. A második táblázatban feltűntettük a tg d veszteségi tényező értékeit is. A fejlődés iránya az ólommentes üveg használata volt.

Üveg-kerámia forgalmazó cégek és termékeiknek jellemzői [1958-1990]

Üveg-kerámia forgalmazó cégek és termékeiknek jellemzői [1990-2007]

A jelenleg alkalmazott, levegőn beégethető vezetőpaszták többsége Au-Ag alapanyagú, ill. Au, Ag, Pt és Pd binder vagy terner elegyeiből áll. Az Au és Ag alapú paszták fajlagos ellenállása a legkisebb, néhány Pt-Au pasztáé pedig a legnagyobb. Az alábbi táblázatban az arany, ezüst és fémkeverék anyagok vezető tulajdonságait foglaltuk össze.

Az arany, ezüst és fémkeverék anyagok előnye/hátránya

Napjainkban már többfajta az LTCC technológiában alkalmazható vezető pasztát fejlesztettek ki a különböző gyártók. Ezek a paszták kis különbséget mutatnak a hagyományos vastagréteg technológiában használatosaktól.

LTCC-hez ajánlott Au és Ag vezető paszták néhány általános jellemzője

Az arany és ezüst vezetőpaszta rendszerek jellemzői csak kis mértékben térnek el egymástól. Ezért - az arany vezetőpaszták magas ára miatt - az ezüst vezetőpaszták egyre inkább teret nyernek az LTCC technológiában.

A Ferro és DuPont cégek LTCC vezető pasztáinak néhány paramétere

Egy-egy LTCC pasztagyártó vezetőpaszta-választékának nagy terjedelme miatt a kívánt célra optimálisan alkalmazható vezetőpaszta kiválasztása igen nehéz feladatot jelent. A nemesfémtartalmú vezetőpaszták ára összetételüktől és ezzel tulajdonságaiktól függően nagyon különböző lehet, ezért az ár és a minőség együttes figyelembevétele különösen fontos lehet. Az arany tartalmú vezetőpasztákat az arany magas ára miatt elsősorban a nagy megbízhatóságú és mikrohullámú áramkörök készítésénél alkalmazzák.

További LTCC vezetőpasztát forgalmazó vállalatok: Coors, Murata, Heraeus, Electro-Science.

Az eltemetett passzív alkatrészek több mint 50%-át az ellenállások teszik ki. A vastagréteg-áramkörökben a hordozóra szitanyomtatással felvitt és beégetett, megfelelő elektromos tulajdonságú rétegekkel valósítják meg az ellenállásokat. Az ellenállásrétegekkel szemben a következő követelményeket támasztják:

• jól tapadjanak a hordozóhoz és a vezetőréteghez,
• viszonylag nagy négyzetes ellenállásuk legyen,
• kicsi legyen a hőmérsékleti együtthatójuk,
• nagy legyen a stabilitásuk,
• egyszerű és kézben tartható legyen a rétegfelviteli technológia,
• értékük stabilan beállítható legyen.

Az LTCC technológia számára biztosított ellenálláspasztákat dekadikus négyzetes ellenállás lépcsőkben állítják elő (1 ohm; 10 ohm;...100 Kohm; 1 Mohm értékek). Gyakran előfordul azonban, hogy szükség van közbenső négyzetes ellenállású pasztákra is. Ezen értékek az egymást követő pasztadekádok keverésével állíthatók elő, pl. a 200 ohm négyzetes ellenállás eléréséhez a 100 ohm ellenálláspasztát kell keverni az 1 Kohm ellenálláspasztával 70/30 arányban, különböző keverési görbék alapján. Ha a gyártó a pasztasorozatot két eltérő rendszerből állítja elő, akkor a keverhetőség érdekében meg kell adnia a rendszerhatárokat, hogy a két rendszert egymással ne keverje a felhasználó.

Az ellenálláspaszták másik fontos jellemzője a belőlük készített ellenállások hőmérsékleti együtthatója (TK). A legjobb minőségű vastagréteg ellenállásoknál ez az érték ±50..100 ppm/°C. A hőmérsékleti együttható értékének beállításához adalék anyagok szükségesek (pl. Ir; Zn; Mn; Rh; Bi; Ni oxidjai). Tekintettel arra, hogy a fajlagos ellenállás és a hőmérsékleti együttható egymással fordított arányosságban vannak, e jellemzők beállítása nagymértékű szaktudást igényel. A szigorúbb TK előírások az ellenállásokat költségesebbé teszik és a négyzetes ellenállás érték növekedésével általában csökken a termikus stabilitás. Ha kicsi a teljesítményszint és a kis méret a cél, azt a pasztát célszerű választani, melynek négyzetes ellenállása a legkisebb geometriai mérethez vezet.

A DuPont és a Ferro néhány LTCC technológiához készített ellenálláspasztája

Jelenleg a piacon a DuPont és a Ferro foglalkozik LTCC együttégethető ellenállás paszták készítésével. A DuPont-nak többfajta pasztája is van, melyek kis mértékben különböznek egymástól. A Ferro 87-es családjának értéktűrése (±30 %) és TK-ja (±450 .. ±200 ppm/°C) is igen nagy, ezért a pontosabb mikrohullámú alkalmazásoknál célszerű a kisebb tűrésű DuPont paszták közül választani.

Egy síkkondenzátor három rétegből épül fel: szigetelő rétegből és két, egymással nem érintkező, a szigetelő réteggel elválasztott vezetőrétegből. Ezeket a rétegeket szitanyomtatással hordják fel és a hordozóval együtt égetik ki.

Az eltemetett passzív kondenzátorok előnyei:

• járulékos költségek nélkül, a vezetőréteg nyomtatásával megvalósítható,
• alacsony tolerancia szint.

Az eltemetett passzív kondenzátorok hátrányai:

• a fajlagos kapacitás értéke kicsi,
• nagy a helyigénye, a fajlagos kapacitás többrétegű párhuzamosan kapcsolódó síkkondenzátor struktúrával növelhető.

Ahhoz, hogy a kapacitás értékeket elfogadható tartományban előállítsuk, különböző dielektrikum pasztákat kell használnunk. Az eltemetett kondenzátor dielektrikum anyagaként általában BaTiO3, BaTiO3-epoxi, polimer-kerámia, epoxi-üveg keveréket használnak.

A vastagréteg eltemetett kondenzátorok technológiájában egyre fontosabb szerephez jutnak a polimer anyagok. Előnyük a nagy dielektromos állandó és a minimális szivárgási áram. Megmunkálásának előfeltétele az alacsony hőmérséklet (230 °C), ami szintén előnyt jelenthet más dielektrikumokkal szemben. Polyacrylonitrile (PAN), Polynorbornene (PNB), és Polyimidek szintén használatosak, mint dielektrikumok. Az eltemetett kondenzátorok értéktartománya a 77 pF/cm2 és 16.000 pF/cm2 között változhat.

Néhány kondenzátor dielektrikum tulajdonsága