科技范儿 | 高科技产品低温共烧陶瓷国产化的破冰之旅

LTCC材料系统由多个层次的陶瓷层和金属层组成，通过共烧工艺将它们结合在一起。

“这个材料包括生瓷加浆料。生瓷可以理解为一张纸，它的样子也和纸一样，浆料就相当于用于纸上写字的油墨。”中国建材总院北京分公司LTCC团队负责人徐博向《中国建材》杂志记者介绍，LTCC材料系统可以形象地理解为浆料在生瓷这张“纸”上画各种线，即各种电路，几十层的“纸”叠在一起烧结之后，就成了一个很薄的陶瓷板。这薄薄的陶瓷板里面却包含了非常复杂的电路，能够达到高度集成，可靠性极高。

LTCC生瓷的主要组分是高品质玻璃粉，最早在1980年由美国休斯公司用于卫星电路基板。它需要与不同功能的金浆、银浆、电阻浆匹配共烧，并实现30层以上电路的立体集成，因而具有极高技术难度。目前，LTCC主流材料主要为美国Ferro（福禄）公司的A6系列，以及美国杜邦公司的951和9K7。他们的产品经过了数十年的迭代优化，形成了匹配性优异的生瓷和浆料体系，占据了大部分的市场份额。国内电子企业、研究所进口了大量的LTCC生产线，但作为基础材料的生瓷和配套浆料长期依赖进口，存在极大的自主保障隐患。

2016年开始，中国建材总院先后承担了两个有关LTCC材料研发的国家重点项目，第一个项目是生瓷的研发，第二个项目则是整套LTCC材料的攻关。2022年项目全部完成。

在国家重点项目支持下，通过自主研发，中国建材总院攻克了基础玻璃高品质批量制备和生瓷带收缩率精确控制等关键技术，开发出耐高过载（TD17）和高频封装（TD20）两类LTCC生瓷带，性能达到或超过国外同类产品，并研制了系列化的配套银浆、金浆和电阻浆料。

“我们的产品不是简单的原位替代，而是在国外成熟产品的基础上有很大的提升，中间有很多技术创新。主要体现在降低应用成本、提高可靠性等方面。”徐博说。

与进口产品相比，中国建材总院开发的银表浆具有更为优异的耐腐蚀性能，可制备全银体系的电路基板，仅通过化学镀工艺制备表面金层，避免使用昂贵的金浆，能够降低LTCC基板生产成本50%～70%。

市场破局

与传统印刷电路板相比，LTCC可实现更高集成度、更高可靠性封装，近年来逐步用于民用5G基站、无人驾驶等领域的大功率集成电子器件，具有广阔的市场前景。

我国对LTCC材料的研发高度重视，已出台多项鼓励政策。2024年2月，由国家发改委发布的《产业结构调整指导目录（2024年本）》正式实施，文件明确提到要加快推进低温共烧陶瓷（LTCC）、高温共烧陶瓷（HTCC）及配套浆料和相关材料等工业陶瓷技术开发与生产应用。

中国建材总院是我国最早一批从事电子封装玻璃研发的科研机构。自上世纪60年代以来，先后承担了50余项封装玻璃科研任务，开发了60多个品种的封装玻璃，填补10余项国内空白，形成了系列化的电子封装玻璃产品体系，为航天、航空等行业开发出多个“国内首创”的电子封装玻璃品种。

历史积淀加上科研人员的不懈努力，也就不难理解中国建材总院为什么能实现LTCC材料的成功研发。科研的成功是第一步，市场应用是中国建材总院未来要着力拓展的方向。

徐博告诉《中国建材》杂志记者，通过实际应用，研发团队得到了宝贵的反馈和数据，对于后续的研发和改进都起到了非常重要的作用。如TD20和TD17系列生瓷和银浆、电阻浆已用于雷达微波组件的化学镀基板，正在逐步替代昂贵的金浆，为电子、航空、航天等单位提供可靠的原材料渠道。

在LTCC研究的基础上，中国建材总院还开展了电路基板3D打印成型技术研究，探索了未来电路基板成型新途径；开发了氧化铝黑瓷、氧化锆增韧氧化铝（ZTA）等HTCC材料，其中，ZTA材料的抗折强度可达600Mpa以上，为传感器、电子器件管壳的小型化、轻量化提供了国产新材料。徐博透露，更多的用户也开始关注国产材料，无铅的TD20材料还用到了民用微器件领域。

“现有材料要做精做细，用可靠、稳定的产品去服务更多客户，另外还要把我们的长处做得更强。”徐博表示，LTCC材料上游的高端原材料玻璃粉和瓷粉是中国建材总院的强项，也是国内民用市场所欠缺的。未来，团队在把上游原材料做得更扎实的同时，也要往下游不断开拓材料应用领域，为国产LTCC材料的发展注入新的活力。