王合利　徐达　王志会　常青松

摘 要： 在军用铝合金微波模块中焊接尺寸较大的LTCC器件时，由于热失配的存在，易出现应力过大甚至开裂。当采用陶瓷基板时问题更为突出。在此采用有限元分析方法研究了这类结构在温度循环过程中应力变化和分布的特点。研究结果表明，当采用陶瓷基板时，封装盒底厚度与其上各层结构（包括过渡层垫板，陶瓷基板和陶瓷元件）厚度的不合理匹配会导致陶瓷器件产生过高应力，可靠性降低。合理的设计应是减小过渡层垫板和陶瓷基板厚度，同时增加封装盒底厚度。

关键词： LTCC； 铝合金； 应力分析； 可靠性设计

中图分类号： TN604?34 文献标识码： A 文章编号： 1004?373X（2015）05?0152?03

Reliability design for soldering large?size LTCC component

in microwave module with aluminum alloy package

WANG He?li， XU Da， WANG Zhi?hui， CHANG Qing?song

（The 13th Research Institute， China Electronics Technology Group Corp.， Shijiazhuang 050051， China）

Abstract： High stress and even failure problem， induced by thermal expansion mismatch， are usually observed in the soldered LTCC component in microwave module with aluminum alloy package， especially when ceramic substrate is used. The stress evolution and distribution of such structure were analyzed with finite element method. The results show that for ceramic substrate， too high stress primarily results from the mismatch of the thickness of package bottom and each architecture adhering to the bottom （such as stress transition layer， ceramic substrate and ceramic component）. Proper design strategy is to decrease in the thickness of stress transition layer and ceramic substrate， and increase in the thickness of package bottom.

Keywords： LTCC aluminum alloy； stress analysis； reliability design

0 引 言

低温共烧陶瓷（LTCC）无源器件，如耦合器和滤波器等，具有体积小，集成度高和优异的高频特性等特点，已开始在军用微波组件模块产品中广泛应用[1?2]。由于低温共烧陶瓷属脆性材料，而且这类器件尺寸相对常用片式阻容元件一般都比较大，因此与基板材料热匹配一直是影响其可靠性的重要问题[3]。特别是对于铝合金封装的微波模块，如果结构或工艺不当，过高的热应力会造成电极剥离、焊点开裂甚至器件断裂等可靠性问题。对于一些军用或航天产品，要求通过高压大功率或严格控制产品内部水汽含量时，PCB基板难以满足应用要求而必须采用陶瓷基板，此时由热膨胀系数失配造成的热应力问题更为复杂，可靠性问题更加突出。本文采用有限元方法研究了铝合金封装中采用陶瓷基板时LTCC器件的热应力变化和分布特点，提出优化的结构设计原则，为实际的产品生产提供指导。……