LTCC HTCC陶瓷共烧

LTCC 低温共烧陶瓷设计规范

LTCC基板电路设计规范
 
石家庄市厚膜集成电路厂
2008年4月发布
 介绍
本设计规范是根据LTCC生瓷带供应商提供的设计规范、石家庄市厚膜集成电路厂现有设备和工艺技术条件下制定的,适用于军用及民用LTCC电路模块、微波电路模块的基本设计。此文件所包含的信息,接受者没有石家庄厚膜集成电路厂的同意不得向第三者提供。这份文件定义了标准的或最大的工艺叁数,在这份文件中的数据并不是 LTCC 的设计极限。为了提高电路的性能和降低成本以及工艺技术的提升会随时对本文件进行修改。如:
􀁺 工艺技术的进化;
􀁺 新材料的发展;
􀁺 客户的新需要;
􀁺 来自客户经验的反馈;
根据特定的需要, 经技术人员认可也可以超越该规范的限制。请经常连络我们的技术部门,获取更多的信息和建议。
引用文件
本设计规范引用的文件:
《混合微电子电路设计指南》
《厚膜电路平面设计规范》
Dupont Microsoft Materials Technical information
Design Guidelines for LTCC (HL2000 Materials System Instruction Manual Release 1.0)
材料系统
3.1 生瓷带
目前,本单位生产LTCC 基板所采用的LTCC生瓷带主要有DuPont951/943、FerroA6S/A6M 、HL2000。其中DuPont951、HL2000主要用于中低频电路,FerroA6S/A6M 、DuPont943主要用于微波和中高频电路。
用于高频电路的低损耗微波LTCC介质带材料:Ferro  A6 、DP943的特性见表1。
生瓷带材料性能数据表

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5.2 通孔间距
同一层中,最小通孔节距(两通孔中心距离)为2.5×Φ0,或为0.5mm。相邻层中,最小孔节距(两通孔中的距离)为2.0×Φ0。通孔中心到瓷带层边缘最小距离为3×Φ0,或孔边距边缘0.38mm。
通孔边缘与导带边缘的间距为0.25mm。如图2所示。
 
图2 通孔间距示意图

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5.3 通孔覆盖盘
连接直径小于250um通孔的导带,应有一个圆形或方形通孔覆盖区,即通孔覆盖盘。通孔覆盖盘直径或边长通常比通孔直径至少大50um,最好为100um。后烧结表面导体通孔覆盖区直径要400um。
通孔覆盖盘直径或边长为通孔的两倍,即2×Φ0
5.4 层叠孔
LTCC基板中不同类型的层叠孔可起导热、电气连接和屏蔽等作用,如下图所示。

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导热直孔:导热孔为直通孔,通孔直径与生瓷带厚度、通孔密度及生瓷带与通孔材料的匹配情况有关。一般导热孔的孔径为0.2~0.3mm,通孔覆盖盘直径或边长比导热通孔至少大0.2mm。对于常用的Dupont Green Tape LTCC材料,热通孔直径我们推荐951AT为200μm、951A2为250μm、951AX为300μm(均为烧结前尺寸)。热通孔最小中心距为3×φVia,最大热通孔阵列6.5×6.5,最小热通孔阵列到基板边缘距离为4
信号孔:层间导带或接地连接通孔。
RF屏蔽孔:设计需要高频线和受约束的阻抗线可能需要埋置同轴型屏闭,通过经由受约束线两边平行放置穿越外面的通孔来实现。射频通孔间距可以小到50um(在不同层上平行放置),只要它们是相互连同的。射频通孔也可以是堆积的,只要通孔的中心距大于2.5倍的通孔,见下图。

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基板上多层直孔可能存在直孔处凸出的现象(1mm高直通孔可凸出表面0.05mm)。表面直孔对气密性有影响,推荐采用交错通孔以避免这种情况。在需要密封焊接的地方,靠近表面两层(至少一层)最好采用交错通孔。
5.5 埋孔
没有暴露到表面的通孔叫做埋孔或盲孔,埋孔直径可为Φ0=0.1、0.15、0.2mm,可达12层厚,通孔覆盖盘直径或边长比埋孔直径约大0.1mm。
导带
对于未烧结的生瓷带,采用印制机自动或手工将导体浆料印刷到生瓷带表面。导带的线宽和线间距与所用浆料、印制所用的网板及印制速率、刮板压力等工艺因素有关。烧结后导带的线宽和线间距随所用生瓷带的不同而不同。表3为常用导带线宽/线间距设计值与基板烧结后实际值的对比。同一种基板中,导带线宽与线间距具有相同的收缩率。导带、电极、焊盘和接地层等导体占生瓷带的面积比例会影响基板 X, Y和 Z方向的烧结收缩和变形,即影响基板的收缩一致性和平整度。因此,最优的设计是:每层导带在生瓷片上尽可能的分布均匀。

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表3 常用导带线宽/线间距设计值与基板烧结后实际值的对比
6.1 线宽和线间距
导带最小线宽为0.075mm,最大线宽为1.5mm,优选0.15~0.2mm,长度不限制。

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图5 线宽和线间距
6.2 线边距

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图6 线边距
6.3 导带方向
导带一般设计为与基板边缘保持水平或垂直排列。也可设置±450方向导带,其它方向导带一般不推荐使用。对于成一定角度的导带,要确保足够的导带宽度和与邻近导带保持一定的距离。

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图7 导带方向
6.4 导带弯角
导带由一个方向转向另一个方向时需要有一个弯角过渡,常用弯角根据电路要求有直角弯角平滑弯角。

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图8 导带弯角
6.5 X导体布线问题
导体占生瓷带的面积比例会影响基板 X, Y和 Z方向的烧结收缩和变形,即影响基板的收缩一致性和平整度。因此,最优的设计是:每层导带在生瓷片上尽可能的分布均匀。
6.6 Z-轴上导带分布问题
导带会增加基板的厚度(~5-6μm /一层导体)。在很多层相同地方有导体堆积而其他地方没有导带这样会引起基板的曲翘变形。特别是有平板电容、屏蔽结构和I/O有许多堆积结构的地方。另外一个影响是有导带堆积的地方会使介质层减薄,热压时有导带堆积的地方介质会流动而减薄,如相邻层的电容或偶合导带会造成这些地方的介质减薄6-8μm,设计人员应把这个因数考虑进RF 模型中。
6.7 大面积导体
多层基板中的接地层和电源层等大面积导体应尽可能地采用栅格状结构,导体覆盖面积应小于50%,最佳线宽为250μm --400μm,间距为550μm。栅格线条方向与基板边缘平行或成±450角。
外表层接地和电源面可采用大面积块状结构(后烧结)。
相邻层栅格面应有一定的位移,保证基板厚度均匀一致。
局部地方可使用块状地和电源,来提高电路的RF性能。
连接到栅格上的通孔,其覆盖区可采用方形结构,这样可使电流同时流到几个栅格线上。
过孔到删格线最小距离为300um(B)。

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图9 栅格状结构
设计传递
7.1 设计注意事项
所有的设计必须使用同一种设计结构。
所有的的对位标记和切割线宽150um。
所有设计具有相同的原点,170×170mm在中心。
7.2 各层命名
所有层推荐用图10命名规则来命名,层数由顶层到底层数字为1、2、3

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图10 各层命名规则
在各文件后应说明用途:
通孔(Via1,2,3
内层导带(L2,3
内层不同金属导带(Lna, PdAg-bond Au
顶层各金属化导体(Ag,PdAg,PtAu,PtPdAg,Au等)。
顶层电阻(各方阻)
顶层包封
顶层介质
底面各金属化导体(Ag,PdAg,PtAu,PtPdAg,Au等)
底层电阻(各方阻)
底层包封
底层介质
14.3 需要的资料
14.3.1 每层通孔的数据文件
170×170mm 2,3或2,4格式,Leading
14.3.2 各层图形文件
:格式:
.ACAD .DWG UP TO VERSION 2000
..DXF UP TO 2000
.CAM350 UP TO V.6
.GERBER
PROTEL99 OR PROTEL SE
文件采用英制单位。提供一个文本文件,包括联系资料、数据格式、各层电路通孔文件列表,通孔直径、每层通孔数量。
示范

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14.3.3 网络表文件
格式:
..CAM350 UP TO V.6
MENTOR(最优)
.GERBER
.RS274 WITH APERTURE FILE
.RS274X (PREFERRED)
网络文件要包括元件编号和管脚号见下图

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图11 元件编号和管脚号
网络列表
格式:
CAM350 (PREFERRED)
.MENTOR(PREFERRED)
.EXCEL
.MS WORD
..TXT

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注意事项
8.1 线路设计人员应按照本设计规范进行平面设计,所有平面版图须按规定的程序审核。
8.2 线路审核人员须核校平面布线与电路设计图是否一致,确保电路连接关系正确。
8.3 工艺技术人员应认真审核导体、通孔、通孔覆盖区等设计是否满足本设计规范要求。
8.4 要保证本规范推荐与优选的版图尺寸数据与基板尺寸数据相匹配。


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