低温共烧陶瓷（LTCC）作为新型无源集成陶瓷材料，凭借烧结温度低、介电性能优异、可多层集成、适配金银铜低阻金属浆料共烧等核心优势，广泛应用于5G通信、射频器件、车载电子、精密传感器等高端电子领域。

然而，LTCC生坯在脱脂、烧结过程中会伴随有机物分解挥发、粉体颗粒重排、晶界迁移、致密化烧结等一系列物理化学变化，产生一定的尺寸收缩。若收缩率过大或波动不均，会直接引发基板翘曲变形、层间错位、线路偏移、孔径偏差、开裂分层等缺陷，大幅降低器件尺寸精度与电气性能稳定性。而收缩率过低，则意味着坯体致密化不充分，内部残留大量孔隙空洞，会直接降低基板致密度、力学强度。由此可见，精准抑制烧结收缩幅度、稳定收缩参数、实现全坯体均匀可控收缩，是提高LTCC成品良率、支撑其在高端场景规模化落地的核心关键。

通常，LTCC的致密化由玻璃软化流动与晶粒重排共同驱动，这两者对温度、应力、生坯状态的敏感程度各不相同。原料的批次波动、流延条件的细微变化、叠片时的压力分布不均等，都可能被“放大”为最终收缩率的偏差，因此要想控制器收缩率，不仅需要从原材料进行优化，还得在工艺各个环节进行精细控制。

一、原材料优化

原材料优化是降低收缩率、减少收缩波动的基本手段，粉体粒度、玻璃相软化特性、粉体表面状态、有机助剂配比等核心参数，直接决定生坯堆积密度与烧结致密化进程。

1、粉体粒度

单一的超细粉体细粉容易形成“拱桥效应”产生大孔，而粒径过大的粉体堆积松散，都会导致生坯的孔隙率较大，烧结后易出现收缩不均、致密度不足的问题。工业中常采用双峰或三峰粒度分布的粉体作为原料，粗颗粒构成骨架，细颗粒填充间隙，以有效提升生坯堆积密度以及均匀度，降低烧结过程中孔隙闭合引发的体积收缩，并使得收缩速率更为均匀有效抑制各向异性收缩偏差，最终将整体烧结收缩率控制在较低水平。

此外，烧结收缩率与组成粉料的各个组分的粒径密切相关。采用粒度较小的玻璃相粉体填充于粒度较大的陶瓷相颗粒之间，玻璃相会在烧结中快速软化，更早形成液相填充与陶瓷相间隙，液相与固相反应更充分，烧结收缩率变大;而采用较大粒径的玻璃粉体时，烧结过程中其软化时间越长，且与陶瓷相粉体表面接触面积变小，不能实现充分包覆，导致烧结不充分，内部气孔较多，烧结收缩率降低。

2、玻璃软化点（Tg）

LTCC依靠低温下玻璃相软化流动填充陶瓷颗粒间隙，实现坯体致密化，玻璃相的软化点直接决定烧结起始温度、流动速率及致密化进程，是调控收缩率的关键组分参数，软化点适配失衡会直接造成收缩率异常偏高或偏低。

玻璃软化点（Tg）过低的玻璃相在排胶尚未完成时就提前流动，烧结初期便会收缩失控，且容易裹挟碳残留物形成闭孔，最终导致整体收缩率显著偏高；软化点过高则液相出现滞后，无法充分填充颗粒间隙，坯体致密化不充分、孔隙残留量大，会导致烧结收缩率偏低。多数LTCC体系要求玻璃相软化点在700℃至800℃之间。

3、粘合剂与增塑剂比例优化

流延成型、印刷布线等工艺可能导致坯体内部颗粒分布、孔隙结构不均匀，最终使得烧结时陶瓷坯体在不同方向如平面内X、Y方向与垂直方向Z）的收缩程度不同。而生瓷流延浆料的黏度会显著影响这种收缩各向异性，如果浆料黏度较大,则流延过程中 颗粒在剪切流中倾向于沿流延方向排列，样品具有更高的取向度。此外,黏度的增大抑制了在干燥过程中排列的颗 粒重新定向。因此，一般通过增加流延浆料中增塑剂含量,即降低粘结剂与增塑剂的比例来降低体系粘度，最终降低HTCC的收缩各向异性。

二、工艺控制

在原料体系稳定的基础上，成型与烧结工艺是调控LTCC收缩率、消除各向收缩差异，实现高精度成型的关键。

LTCC工艺流程（来源：网络）

1、流延速度优化控制

流延速度直接影响生坯厚度均匀性、致密度与内部应力分布。流延速度过快，浆料在流延头刮刀下的铺展时间不足，可能导致膜片横向厚度不均匀，同时由于浆料受到强剪切，非球形的玻璃或陶瓷颗粒强烈倾向于沿流延方向定向排列，造成烧结后收缩率呈现显著的各向异性。而流延速度过慢，浆料在刀口处长时间停留可能因溶剂挥发而改变粘度，导致膜厚不均匀，干燥过程中，厚度较薄的区域溶剂挥发更快，收缩速率更快，而厚度较厚的区域收缩较慢，从而产生不均匀收缩，增加整体收缩率的波动。因此，需要通过匹配浆料粘度、刮刀间隙与流延速度，设定匀速、稳定的流延工艺参数，才能制备厚度均匀、结构致密、内应力均匀的生坯。

2、热压叠片工艺调控

多层LTCC器件需经过叠片、热压工艺实现层间贴合，通过施加压力，生坯中的间隙和微孔会在层压压强作用下将内部气体挤压排出,从而提高生瓷密度。通常，生瓷基片的烧结收缩率会随压力增大而减小。但值得注意的是，当层压具有高度各向异性收缩行为的生瓷带时,其层压叠层体也表现出高度各向异性的收缩值。

3、烧结制度与技术优化

烧结是LTCC坯体致密化与尺寸定型的最终工序，烧结升温速率、保温温度、保温时间、降温曲线及烧结氛围，直接决定收缩率大小与均匀性，如今，分段升温烧结制度已是行业标配：

（1）低温排胶阶段：采用慢速升温，保证有机组分充分、均匀挥发，避免快速挥发产生孔隙与裂纹，杜绝前期体积畸变引发的收缩异常；

（2）中温致密化阶段需精准匹配玻璃相软化流动与陶瓷颗粒烧结速率，实现平稳致密化，避免升温过快，应力集中，也避免升温过慢，烧结驱动力不足，致密化滞后，导致收缩率偏低；

（3）高温保温阶段：需严格把控温度与时间，保温温度过高、时间过长，玻璃相过度流动、晶粒异常长大，收缩率大幅偏高；温度过低、时间不足，坯体致密化不彻底，收缩率偏低且性能不达标；

（4）降温阶段采用梯度降温，缓慢释放烧结内应力，抑制冷却变形与收缩回弹。

传统无压烧结工艺中，LTCC坯体在平面方向无约束，玻璃相熔融后自由流动，颗粒自由重排，且收缩随机性强，无法满足高精度器件的尺寸精度要求。平面零收缩率技术的研究则解决则彻底突破了传统LTCC平面收缩不可控的瓶颈。目前成熟的零收缩LTCC基板烧结技术主要包括无压力辅助烧结 法、压力辅助烧结法、自约束烧结法等。

（1）无压力辅助烧结法：该项技术由美国杜邦公司研发是在叠压好的LTCC生瓷带的上、下两面再叠压一定厚度的烧结时不收缩的牺牲层，依靠牺牲层与LTCC生瓷带表面的摩擦力作用，可抑制烧结过程中平面方向上的收缩。

（2）压力辅助烧结法：该技术通过在烧结过程中在生坯垂直方向上施加1个持续恒定的压力，限制烧结过程中生瓷材料在x-y平面方向上的收缩。而为了防止试样变形 或破碎,并保证压力均匀分布，通常会将生瓷叠层体放置在多孔的压力板之间。

（3）自约束烧结法：在自由共烧过程中采用自身抑制平面方向收缩的方式实现平面零收缩，通常为 3层夹心结构，中间层（锁紧层）与上下两层通常烧结温度不同，低温下先完成烧结的锁紧层受到能够上下两层的限制，实现平面内零收缩烧结，当温度达到上下两层材料的烧结温度时，锁紧层则能一直保持较高的机械强度，并抑制上下两层的平面内收缩，最终完成材料的整体平面零收缩烧结。这种方法的难度在于不同层材 料的烧结范围、高温反应特性和热膨胀系数必须匹配。

小结

随着5G通信、智能车载、精密传感等高端电子产业不断升级，市场对LTCC器件的尺寸精度、稳定性、一致性要求持续提升。从粉体粒径的搭配、玻璃软化点的选择，到流延速度的微调、叠片压力的均匀分布，再到烧结制度的反复优化，LTCC制备的每一步调整，最终都会体现在产品的平整度、线路的精准度和成品的良率上。只有持续优化原材料体系、精进全流程工艺控制、迭代零收缩烧结技术，才能有效攻克烧结收缩带来的生产难题。

参考文献：

海韵,郭恩霞,韩滨,殷先印,那华,吕金玉,刘永华,朱宝京,徐博,祖成奎.影响低温共烧陶瓷(LTCC)生瓷材料烧结收缩率的因素及调控方法[J].玻璃搪瓷与眼镜.

粉体圈Corange整理