在 6G 通信原型機(jī)的研發(fā)中，太赫茲頻段信號(hào)傳輸對(duì)基板的高頻低損耗特性提出極致要求，傳統(tǒng)PCB 基板因介電損耗過(guò)高（28GHz 頻段達(dá) 0.02）難以滿(mǎn)足需求；而在航空航天電子設(shè)備中，極端溫差（-180℃至 120℃）下，PCB 材料的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性不足，易出現(xiàn)線路斷裂問(wèn)題。這些高端場(chǎng)景的技術(shù)痛點(diǎn)，讓低溫共燒陶瓷（LTCC）技術(shù)成為行業(yè)焦點(diǎn)。作為電子封裝領(lǐng)域的關(guān)鍵技術(shù)，LTCC 通過(guò) 850-900℃低溫共燒工藝，實(shí)現(xiàn)多層陶瓷與高導(dǎo)電金屬的一體化成型，兼具陶瓷的耐溫絕緣性與金屬的導(dǎo)電穩(wěn)定性，已成為 5G/6G 通信、新能源汽車(chē)、航空航天等領(lǐng)域的核心封裝方案。本文將深入解析 LTCC 技術(shù)的材料創(chuàng)新、工藝升級(jí)、應(yīng)用場(chǎng)景及行業(yè)趨勢(shì)，對(duì)比其與PCB 基板的技術(shù)差異，為企業(yè)選型提供參考。
一、LTCC 技術(shù)的核心優(yōu)勢(shì)：與 PCB 基板的性能差異對(duì)比
LTCC 技術(shù)之所以能在高端領(lǐng)域替代傳統(tǒng)PCB 基板，核心源于其在材料特性與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上的突破性?xún)?yōu)勢(shì)，二者在關(guān)鍵性能指標(biāo)上的差異直接決定了應(yīng)用場(chǎng)景的邊界。
從高頻性能來(lái)看，LTCC 基板的介電常數(shù)（Dk）可穩(wěn)定控制在 5.0-7.0 之間，介電損耗（Df）在 28GHz 頻段低至 0.002，僅為同頻段PCB 基板（Df≈0.02）的 1/10，這意味著在毫米波通信（如 5G 基站、車(chē)載雷達(dá)）中，LTCC 能將信號(hào)衰減降低 60% 以上，確保數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆€(wěn)定性。以華為 5G 毫米波基站為例，采用 20 層 LTCC 基板的射頻模塊，信號(hào)傳輸距離較PCB 基板方案提升 30%，且誤碼率控制在 10??以下。
在環(huán)境適應(yīng)性方面，LTCC 基板的耐溫范圍覆蓋 - 200℃至 250℃，可承受 1000 次以上溫度循環(huán)（-40℃至 125℃）而無(wú)性能衰減，而普通PCB 基板的耐溫上限僅為 130℃，超過(guò) 150℃易出現(xiàn)基材碳化。在新能源汽車(chē) 800V 高壓平臺(tái)中，LTCC 基板用于電池管理系統(tǒng)（BMS），可在發(fā)動(dòng)機(jī)艙 150℃高溫環(huán)境下穩(wěn)定工作，而PCB 基板方案需額外加裝散熱模塊，導(dǎo)致體積增加 40%。
結(jié)構(gòu)集成能力是 LTCC 的另一大優(yōu)勢(shì)。通過(guò)多層疊層設(shè)計(jì)，LTCC 可實(shí)現(xiàn)電阻、電容、電感等無(wú)源元件的嵌入式集成，集成密度達(dá)每平方厘米 800 個(gè)元件，較傳統(tǒng)PCB 基板的表面貼裝方案，模塊體積縮減 50% 以上。特斯拉 4680 電池組的 BMS 模塊采用 28 層 LTCC 基板，集成了電壓采集、溫度監(jiān)測(cè)等 120 個(gè)無(wú)源元件，模塊厚度僅 3.2mm，而同等功能的PCB 基板方案厚度需 6.5mm。
成本方面，LTCC 基板的單位成本約為高頻PCB 基板的 3-5 倍，但在高端場(chǎng)景中，其綜合成本優(yōu)勢(shì)顯著。以航空航天設(shè)備為例，LTCC 基板的使用壽命可達(dá) 15 年，是PCB 基板（壽命 5 年）的 3 倍，且無(wú)需頻繁維護(hù)更換，全生命周期成本反而降低 20%。
二、LTCC 技術(shù)的材料與工藝突破：從實(shí)驗(yàn)室到產(chǎn)業(yè)化
LTCC 技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程，依賴(lài)于材料體系與核心工藝的持續(xù)創(chuàng)新，近年來(lái)國(guó)內(nèi)企業(yè)在關(guān)鍵環(huán)節(jié)的突破，大幅縮短了與國(guó)際一流水平的差距。
（一）材料體系的三大創(chuàng)新方向
1. 低損耗陶瓷粉體改良：傳統(tǒng) LTCC 陶瓷粉體以氧化鋁為主要成分，介電損耗較高。國(guó)內(nèi)企業(yè)通過(guò)引入氧化鈦 - 氧化鎂復(fù)合體系，并采用納米級(jí)粉體（粒徑 30-50nm）制備技術(shù)，將陶瓷材料的介電損耗降至 0.0015（28GHz），熱導(dǎo)率提升至 6.0W/mK，較傳統(tǒng)配方提升 25%。這種低損耗粉體已應(yīng)用于中興 5G 基站的 LTCC 濾波器，使濾波器插入損耗降低 0.5dB。
2. 無(wú)鉛導(dǎo)電漿料研發(fā)：為替代高成本且存在遷移風(fēng)險(xiǎn)的銀漿，風(fēng)華高科開(kāi)發(fā)出銅 - 鎳復(fù)合漿料，通過(guò)添加稀土元素（如鑭、鈰）改善漿料的抗氧化性，在氮?dú)獗Ｗo(hù)燒結(jié)環(huán)境下，導(dǎo)體電阻率控制在 2.0μΩ?cm 以下，接近純銀水平（1.6μΩ?cm）。該漿料成本僅為銀漿的 1/3，已批量應(yīng)用于比亞迪新能源汽車(chē)的 LTCC 車(chē)載雷達(dá)模塊。
3. 柔性 LTCC 材料突破：針對(duì)可穿戴設(shè)備、柔性電子等新興領(lǐng)域，深南電路開(kāi)發(fā)出柔性 LTCC 生瓷帶，通過(guò)調(diào)整有機(jī)粘結(jié)劑（如聚酰亞胺）與陶瓷粉體的比例（質(zhì)量比 3:7），使生瓷帶的彎曲半徑最小可達(dá) 3mm，在 1000 次彎曲測(cè)試后，電氣性能衰減率低于 5%。這種柔性材料已用于華為智能手表的心率監(jiān)測(cè)模塊，實(shí)現(xiàn)設(shè)備形態(tài)的輕薄化設(shè)計(jì)。
（二）核心工藝的智能化升級(jí)
1. 激光打孔與填充工藝：傳統(tǒng)機(jī)械打孔精度低（最小孔徑 100μm），難以滿(mǎn)足高密度集成需求。國(guó)內(nèi)企業(yè)引入紫外飛秒激光打孔設(shè)備，實(shí)現(xiàn)最小 30μm 孔徑的加工，位置精度控制在 ±5μm 以?xún)?nèi)。配合觸變金漿填充技術(shù)，通孔填充率達(dá) 99.9%，層間連接電阻降低至 5mΩ 以下，解決了多層 LTCC 基板的信號(hào)傳輸瓶頸。
2. 氣氛燒結(jié)爐的精準(zhǔn)控溫：共燒過(guò)程中，氧氣分壓對(duì)金屬導(dǎo)體的性能影響顯著。最新一代氣氛燒結(jié)爐采用分區(qū)控溫技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)升溫速率（1-20℃/min）的精準(zhǔn)調(diào)節(jié)，并通過(guò)氧氣傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)爐內(nèi)氣氛，針對(duì)銅漿燒結(jié)需求，將氧氣分壓控制在 10??Pa 以下，避免銅導(dǎo)體氧化。該設(shè)備使 LTCC 基板的燒結(jié)良率從 85% 提升至 95%。
3. 數(shù)字孿生工藝仿真：三環(huán)集團(tuán)引入數(shù)字孿生技術(shù)，構(gòu)建 LTCC 燒結(jié)過(guò)程的虛擬仿真模型，通過(guò)模擬溫度場(chǎng)、應(yīng)力場(chǎng)分布，優(yōu)化燒結(jié)曲線。在車(chē)規(guī)級(jí) LTCC 基板生產(chǎn)中，仿真技術(shù)使燒結(jié)時(shí)間縮短 20%，基板翹曲度控制在 0.1mm/m 以?xún)?nèi)，滿(mǎn)足汽車(chē)電子的嚴(yán)苛可靠性要求。
三、LTCC 技術(shù)的跨領(lǐng)域應(yīng)用：從通信到航空航天
LTCC 技術(shù)憑借其優(yōu)異的綜合性能，已在多個(gè)高端領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)規(guī)模化應(yīng)用，不同領(lǐng)域的需求差異推動(dòng)了技術(shù)的差異化發(fā)展。
（一）5G/6G 通信領(lǐng)域：高頻射頻模塊的核心載體
在 5G 宏基站中，LTCC 基板主要用于毫米波濾波器、功率放大器等射頻模塊。數(shù)據(jù)顯示，單座 5G 宏基站需 LTCC 器件約 120 個(gè)，2024 年全球 5G 通信領(lǐng)域 LTCC 市場(chǎng)規(guī)模達(dá) 15.6 億美元，占總市場(chǎng)的 55%。中國(guó)移動(dòng)在其 5G 二期工程中，采用 16 層 LTCC 基板的濾波器，使基站覆蓋半徑提升 25%，同時(shí)能耗降低 18%。
面向 6G 太赫茲通信研發(fā)，LTCC 技術(shù)正朝著更低介電損耗方向發(fā)展。電子科技大學(xué)研發(fā)的太赫茲 LTCC 基板，在 140GHz 頻段的介電損耗僅 0.003，已用于 6G 原型機(jī)的信號(hào)傳輸模塊，為 2030 年 6G 商用奠定基礎(chǔ)。
（二）新能源汽車(chē)領(lǐng)域：車(chē)規(guī)級(jí)可靠性的關(guān)鍵保障
在新能源汽車(chē)中，LTCC 基板主要應(yīng)用于車(chē)載雷達(dá)、BMS、OBC（車(chē)載充電機(jī)）三大核心部件。車(chē)規(guī)級(jí) LTCC 基板需通過(guò) IATF16949 認(rèn)證及 AEC-Q200 可靠性測(cè)試（如 1000 次溫度循環(huán)、1000 小時(shí)濕熱測(cè)試）。2024 年，全球車(chē)規(guī)級(jí) LTCC 市場(chǎng)規(guī)模達(dá) 8.2 億美元，同比增長(zhǎng) 30%。
特斯拉 Model 3 的車(chē)載雷達(dá)采用 12 層 LTCC 基板，集成了天線陣列與信號(hào)處理電路，探測(cè)距離達(dá) 300 米，角度分辨率 0.3 度，較傳統(tǒng)PCB 基板方案，雷達(dá)體積縮減 40%，抗干擾能力提升 50%。比亞迪在其海豹車(chē)型的 BMS 中采用 LTCC 基板，實(shí)現(xiàn)電池電壓的高精度采集（誤差 ±0.5mV），確保電池安全運(yùn)行。
（三）航空航天領(lǐng)域：極端環(huán)境下的穩(wěn)定選擇
在航空航天領(lǐng)域，LTCC 基板因耐極端環(huán)境、長(zhǎng)壽命等特性，成為星載電子、機(jī)載設(shè)備的首選。中國(guó)航天科技集團(tuán)在北斗三號(hào)衛(wèi)星的星載導(dǎo)航模塊中，采用抗輻射 LTCC 基板，集成了導(dǎo)航信號(hào)處理電路，在太空強(qiáng)輻射環(huán)境下（總劑量 100krad），模塊工作壽命達(dá) 10 年以上，較PCB 基板方案提升 2 倍。
在軍機(jī)電子設(shè)備中，LTCC 基板用于雷達(dá)信號(hào)處理單元，可承受 - 55℃至 125℃的溫度波動(dòng)，且振動(dòng)加速度達(dá) 20g 時(shí)仍保持性能穩(wěn)定，滿(mǎn)足軍機(jī)惡劣的工作環(huán)境要求。
四、LTCC 行業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀與未來(lái)趨勢(shì)
（一）全球市場(chǎng)格局：中國(guó)企業(yè)加速突圍
2025年，全球 LTCC 市場(chǎng)規(guī)模達(dá) 28.4 億美元，其中亞太地區(qū)占比 52%，中國(guó)市場(chǎng)規(guī)模達(dá) 9.6 億美元，同比增長(zhǎng) 28%。長(zhǎng)期以來(lái)，日本京瓷、村田占據(jù)全球高端 LTCC 市場(chǎng) 60% 以上份額，但近年來(lái)中國(guó)企業(yè)通過(guò)技術(shù)突破，在中高端市場(chǎng)的份額從 2020 年的 15% 提升至 2024 年的 32%。
（二）未來(lái)技術(shù)發(fā)展的方向
1. 更高集成度的 3D 封裝：通過(guò)硅通孔（TSV）與 LTCC 的協(xié)同設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)芯片與基板的三維堆疊，集成密度較傳統(tǒng) 2D 封裝提升 3 倍。預(yù)計(jì) 2026 年，3D 集成 LTCC 產(chǎn)品將在量子計(jì)算、高端服務(wù)器領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)商用。
2. 更低成本的規(guī)模化生產(chǎn)：通過(guò)大尺寸生瓷帶（600mm×600mm）制備技術(shù)，降低單位面積成本；采用自動(dòng)化生產(chǎn)線，將生產(chǎn)周期從 72 小時(shí)縮短至 48 小時(shí)，預(yù)計(jì) 2025 年，LTCC 基板成本將較 2024 年降低 15%。
3. 多功能復(fù)合材料：開(kāi)發(fā)兼具導(dǎo)熱、抗輻射、自修復(fù)功能的 LTCC 材料，如在陶瓷粉體中摻入石墨烯，使熱導(dǎo)率提升至 15W/mK，滿(mǎn)足大功率半導(dǎo)體器件的散熱需求；添加形狀記憶合金顆粒，實(shí)現(xiàn)基板微小裂紋的自修復(fù)。
4. 與 AI 的深度融合：利用 AI 算法優(yōu)化 LTCC 工藝參數(shù)，如通過(guò)機(jī)器學(xué)習(xí)預(yù)測(cè)燒結(jié)過(guò)程中的翹曲度，動(dòng)態(tài)調(diào)整溫度曲線；在質(zhì)量檢測(cè)環(huán)節(jié)，采用 AI 視覺(jué)識(shí)別技術(shù)，將缺陷檢測(cè)率提升至 99.9%，檢測(cè)效率提升 3 倍。