沉寂三年之后，華為以Mate60提前開(kāi)售并售罄宣告回歸主流手機(jī)市場(chǎng)，讓投資者開(kāi)始聚焦華為產(chǎn)業(yè)鏈尤其是電子封裝材料的投資機(jī)會(huì)，有行業(yè)分析師指出，目前以封裝管殼為主的HTCC材料和5G通信器件為主的LTCC材料，在中國(guó)市場(chǎng)正在快速增長(zhǎng)。有讀者可能分不清兩者的區(qū)別，HTCC和LTCC都是共燒陶瓷技術(shù)，雖然它們?cè)诤芏喾矫娑加邢嗨浦帲鼈兊膬?yōu)勢(shì)和應(yīng)用場(chǎng)景也有所不同。今天，讓我們來(lái)深入探討這兩種特別的工藝技術(shù)。

HTCC（高溫共燒陶瓷）是指燒結(jié)溫度大于1000℃，一般采用氧化鋁、氮化鋁等陶瓷材料，燒成溫度通常大于1500℃，與高熔點(diǎn)的金屬在高溫爐中燒結(jié)。LTCC（低溫共燒陶瓷）則是通過(guò)在陶瓷漿料中加入一定量玻璃粉，引入玻璃相，因此燒結(jié)溫度可以低于950℃，它根據(jù)預(yù)先設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)，將通孔材料、厚膜電極與互連材料、無(wú)源元件等多層結(jié)構(gòu)在低溫下一次性燒結(jié)形成陶瓷。

共燒陶瓷多層基板典型結(jié)構(gòu)

HTCC與LTCC的差異：不僅僅是溫度

HTCC因?yàn)椴捎昧随u，鉬，錳等高熔點(diǎn)的金屬，這些金屬大大增加組件的射頻損耗。但優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)強(qiáng)度高、化學(xué)穩(wěn)定性好和布線密度高，其導(dǎo)熱率高達(dá)20W/mK，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于LTCC基板的散熱效率。相比之下LTCC基板的熱導(dǎo)率僅僅只有3W/mK，在高密度布板的結(jié)構(gòu)上散熱困難，容易使得芯片損壞。

LTCC技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)集中在另一方面：(1)擁有良好的電學(xué)特性和機(jī)械特性，如高頻特性好、諧振頻率溫度穩(wěn)定性好、介電常數(shù)覆蓋的范圍廣、熱膨脹系數(shù)與硅接近；（2）具有高系統(tǒng)穩(wěn)定性和可靠性；（3）可以制作出包括腔體、通道等在內(nèi)的3D微觀結(jié)構(gòu)；（4）擁有高等級(jí)的集成特性（傳感器、驅(qū)動(dòng)器、微流控制、LTCC的電子和光電系統(tǒng)等）；（5）高電壓下仍擁有非常好的特性。（6）高壓特性和高真空度。此外，LTCC制造產(chǎn)業(yè)簡(jiǎn)單、快速和廉價(jià)，產(chǎn)業(yè)資本投入少、周期短而且盈利高，具效益優(yōu)勢(shì)。

HTCC與LTCC的主要差異

應(yīng)用領(lǐng)域的對(duì)決：HTCC與LTCC各有所長(zhǎng)

電子封裝陶瓷材料因其優(yōu)異的導(dǎo)熱、介電、耐腐蝕、高強(qiáng)度和高可靠性等優(yōu)勢(shì)，需求量越來(lái)越大，應(yīng)用領(lǐng)域也在不斷拓展，兩種共燒技術(shù)在應(yīng)用上有所區(qū)別。

一、HTCC：耐高溫是最大優(yōu)勢(shì)

主要應(yīng)用在熱穩(wěn)定性要求更高、高溫?fù)]發(fā)性氣體要求更小、密封性要求更高的發(fā)熱及封裝領(lǐng)域，分行業(yè)來(lái)看：

1、汽車行業(yè)：HTCC材料通常用于必須耐高溫的發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元和傳感器。如應(yīng)用于車載大功率電路的HTCC陶瓷管殼。

HTCC陶瓷管殼 圖源：淮瓷科技

2、航空航天：傳統(tǒng)壓敏器件難以承受航天航空的高溫等極端條件，因此HTCC材料可用于航天器或飛機(jī)上的傳感器、致動(dòng)器等元件。如適應(yīng)渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)和沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)環(huán)境的無(wú)源耐高溫傳感器，LTCC基底傳感器能在600℃以下工作，而采用HTCC作為基底材料制備的LC高溫壓力傳感器性能更佳。

基于HTCC高溫壓力傳感器

3、軍工行業(yè)：主要用于雷達(dá)通信系統(tǒng)中的射頻開(kāi)關(guān)矩陣，取代以往的PCB多層板基板材料，為射頻收發(fā)前端小型化提供了多種可選方案，攻關(guān)小型化、低成本、高集成度，熱管理等難點(diǎn)，對(duì)相控陣?yán)走_(dá)行業(yè)發(fā)展有重要意義。

基于HTCC的16通道瓦片式發(fā)射組件  圖源：電子科技大學(xué)

4、能源行業(yè)：HTCC材料可用于石油鉆探等能源行業(yè)，原因當(dāng)然是承受高溫環(huán)境。

二、LTCC：電子行業(yè)靈活多變

LTCC由于良好的電學(xué)性質(zhì)，應(yīng)用也很廣：

1、通信電子。由于介電常數(shù)覆蓋范圍廣，可以使用具有不同介電常數(shù)的LTCC滿足不同需要，如低介電常數(shù)的LTCC用于封裝高頻傳輸線，中介電常數(shù)的LTCC用于制作濾波器，高介電常數(shù)的LTCC實(shí)現(xiàn)器件的小型化等，在器件設(shè)計(jì)上具有很高的靈活性。

在當(dāng)前的新興熱門的5G通信技術(shù)領(lǐng)域，LTCC的技術(shù)與材料的應(yīng)用日益增多，如LTCC材料的5G接入工作器件，可以滿足全頻譜接入、高頻段乃至毫米波傳輸和超高寬帶傳輸三個(gè)基本要求。手機(jī)中使用的LTCC產(chǎn)品包括LC濾波器、雙工器、功能模塊和收發(fā)開(kāi)關(guān)功能模塊等。目前還可以將不同的功能芯片、元件和電路組合成多芯片的組件，這種組件形式已經(jīng)朝著高頻化方向飛速發(fā)展，如基于LTCC/LCP技術(shù)的厚薄膜電路技術(shù)已從50MHz延伸到60GHz的毫米波頻段。

LTCC毫米波（60GHz）RF天線模塊 圖源：村田

LTCC微波器件應(yīng)用

2、汽車電子。汽車控制正向智能化和電子化的方向飛速發(fā)展，LTCC因其耐高溫、抗振動(dòng)性和密封性能優(yōu)異，較多應(yīng)用在汽車電子電路。ECU(發(fā)動(dòng)機(jī)控制模塊)和ABS(制動(dòng)防抱死模塊)就應(yīng)用了LTCC技術(shù)和材料來(lái)滿足對(duì)汽車高可靠性和高性能的要求。

LTCC汽車ABS和ESC控制模塊 圖源：博世

3、航天電子。LTCC材料已成為MCM多芯片微組裝工藝的首選材料。LTCC不僅可以減小航天器載荷的體積與質(zhì)量，還可以適應(yīng)太空中惡劣多變、極冷極熱的苛刻環(huán)境。

4、醫(yī)療器械。在與人們的身體健康密切相關(guān)的醫(yī)療機(jī)械中，由于LTCC材料具有體積小、可靠性高、對(duì)人體無(wú)副作用等特點(diǎn)，能完全滿足諸如心臟起搏器和助聽(tīng)器等需要植入人體的醫(yī)療器械的性能要求，成本方面具有極大的優(yōu)勢(shì)。

此外，在軍用的集成電路和聲表面波器件、晶體震蕩器件、光電器件等領(lǐng)域，也有較大的發(fā)展空間。

產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀：國(guó)產(chǎn)替代任重而道遠(yuǎn)

目前中國(guó)是HTCC陶瓷最大的消費(fèi)市場(chǎng)，在5G的驅(qū)動(dòng)下，預(yù)計(jì)未來(lái)LTCC消費(fèi)的增速比HTCC高，但是生產(chǎn)端無(wú)論HTCC還是LTCC市場(chǎng)份額絕大多數(shù)在國(guó)外廠商手中，其中日本占有全球HTCC市場(chǎng)70%、LTCC市場(chǎng)65%的份額。日本村田公司份額第一，其利用低介電陶瓷開(kāi)發(fā)出的“零收縮LTCC”，具有極佳的尺寸和高可靠性。而日本TDK公司產(chǎn)業(yè)優(yōu)勢(shì)在于能夠?qū)⑵骷某叽缱龅酶。幌盗谢贚TCC材料研發(fā)出的天線、濾波器、耦合器等微波器件，廣泛應(yīng)用于無(wú)線同信、全球?qū)Ш揭约捌囯娮庸I(yè)當(dāng)中。

我國(guó)雖然有潮州三環(huán)、國(guó)巨、華新科和43所等廠商，HTCC產(chǎn)能也不弱，但部分高端原材料、射頻器件仍依賴進(jìn)口，工藝設(shè)備也較落后，因而任重而道遠(yuǎn)。

粉體圈Alex

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