8.1 低溫共燒陶瓷(LTCC)製程簡介
低溫共燒陶瓷技術為多層陶瓷堆疊技術的一種，因為陶瓷材料具 有高介電與低損秏的特性，所以低溫共燒陶瓷技術被引用到天線開發 製程。
一般而言，LTCC 使用的導體材料為具有良好高頻特性的銀 (Ag)、銅(Cu)與金(Au)，其在高頻時的傳導損失較小，故適合無線通 訊裝置所使用之導體。但由於銅導體需在氣氛保護狀態下與陶瓷胚體 共燒，往往增加製程的難度，而金導體的成本較高，因此低溫共燒製 程當中常以銀來當做線路導體而不用金或是銅。由於銀的熔點為 961℃，所以需在原本必須高溫燒結的陶瓷，必須添加低熔點的燒結 助劑幫助降低陶瓷的燒結溫度，讓陶瓷燒結時溫度必須在900℃以 下，使低熔點的銀金屬可與陶瓷共燒。
利用可低溫燒結的陶瓷材料再加上厚膜印刷技術即發展出低溫 共燒陶瓷技術。低溫共燒陶瓷的製程較為繁瑣，其中［輻射導體線路］
是以導電材料平面印刷於陶瓷基板生胚體之上，再於相鄰之兩層基板 間，相對應之線路端分別製作相連的貫穿孔，透過網板印刷來填滿貫
結(約800℃~900℃)合成為單一元件。
詳細的低溫共燒製作流程如表8-1 所示，各步驟製程說明如下：
步驟 名稱 敘述
1 Frame setting
將添加陶瓷、玻璃與高分子等複合材料用 刮刀成形的薄帶切成所需要的大小，固定 在框架上。
2 Via punching 在薄帶上把需要作為導通用的孔製作出 來。
3 Via filling 把作為導通用的孔用填充電鍍的方式填 滿。
4 Pattern Printing 將設計好的線路用網印技術把金屬印在 薄帶上。
5 Metal Frame Removing
在薄帶上打出定位用的孔，然後將框架移 除。
6 Stacking 將每一層網印完成的薄帶堆疊成多層的 生胚。
7 Sealing Package 把堆疊完成的薄帶真空包裝。
8 Laminating Isostatic
將真空包裝的生胚用液體加壓使每一層 之間能夠緊密的貼合在一起。
9 Co-firing 將生胚在溫度約為 850~900¢J 之間使金屬 導體與陶瓷共燒。
10 Post Printing &
Firing
將已完成共燒的胚體在表面印刷電路並 燒附。
11 Testing 測試完成後的胚體，是否符合原先設計。
表8- 1 低溫陶瓷共燒製作流程圖
以上的討論可以了解到LTCC製造過程相當的繁雜且製作成本高 的原因。除了製程因素限制了導線與介電材料的選擇外，又有陶瓷胚 體與線路燒結收縮不一致使得導體線路變型的問題，而且導體在燒結 過程當中容易造成線路擴散使得上層與下層導體短路。基於其製程較
複雜、設備投資金額龐大及天線設計上自由度低等缺點，往往導致開 發產品所需的前置期較長及研發成本因而提高。
8.2 嵌入式射出成型製程簡介
在 介 紹 嵌 入 射 出 成 型 製 程 之 前 ， 我 們 先 了 解 一 下 射 出 成 型 (Injection Molding)製程。射出成型製程簡單來說是指將塑料加熱熔 融，再由加壓裝置加壓射入模具模穴中成型；射出成型以模具的機械 動作可分為［鎖模階段］、［充填階段］、［保壓階段］、［冷卻階 段］及［開模頂出］等五個階段，但以熔膠在模具的流動至開模為止，
則可分為［充填］、［保壓］及［冷卻］三個過程，而嵌入射出成型 則是其變化的製程，事先將所需封裝之金屬或零件置入，再進行射出 成型的過程。
分析晶片天線的製造方式，天線主體為一印刷電路板與介電複合 材料所共構而成的單一元件，天線輻射體線路先蝕刻於印刷電路板 上， 接著以介電複合材封裝此構裝體， 亦即將蝕刻於印刷電路板上 之天線半成品置於射出成型機內，再把已加熱熔融之介電複合材料，
構可以有效地縮短天線的長度，所以本研究之晶片天線具有微型化 (Tiny)、隱藏性(Embedded)以及可與表面黏著技術(Surface Mounting Technology, SMT)結合等優點，是一種相當適合用於微小型射頻裝置 的晶片天線製造技術。
為了顧慮到晶片天線在產品量產化的可行性與天線整體上成本 的考量，晶片天線是使用液晶高分子材料(Liquid Crystal Polyester, LCP)來作為晶片天線的封裝材料。LCP為一種塑膠材質，其相對介電 係數(Relative Permittivity)為4，損秏正切(Loss Tangent)為0.01，此材 料不僅成本低廉加工容易，熔融後流動性佳在射出成型時能充填薄小 的模穴，而且耐熱與耐化學性良好、線膨脹係數小、尺寸安定性佳並 具極低吸水性，故非常適合用於晶片天線之封裝材料。
晶片天線是利用印刷電路板的製作方式，不但可以精準的蝕刻出 設計的天線線路，而且用印刷電路板來作為天線線路之基材使其天線 線路成形的穩定度大幅增加，如此一來就不會受封裝(LCP)塑膠原料 射出的壓力及塑料流速的影響而變形，所以天線的品質及效能不但相 對提高，產能與良率也較LTCC優良許多。
8.3 晶片天線與陶瓷天線在製程上的比較
從以上的製程介紹，可以清楚地瞭解天線元件的製作程序，其中 低溫共燒陶瓷技術已被廣泛地應用於無線通訊產品的小型化與模組 化，雖然LTCC製程有高介電特性與低損耗的特點，但其製程較繁瑣、
設備投資金額龐大且需有生產製造關鍵技術的掌握，使得跨入此生產 製程的勞動成本門檻極高較不適合台灣產業環境。
相對來說，嵌入式射出成形封裝技術，不但生產出來的天線成品 之電器特性均一，加工過程簡單並且可靠，製程參數易於控制，加之 以封裝材料便宜取得容易，因此本研究採用嵌入式射出成型封裝技術 來進行晶片天線的開發與製造。相對於低溫共燒陶瓷技術，此製程的 技術門檻相對較低，具有製造成本低、生產良率高與天線設計自由度 高且易於達到客制化等優點，並且由實際製造的晶片天線量測結果顯 示，採用此製程生產的晶片天線特性亦可達到與低溫共燒陶瓷晶片天 線一樣良好的天線性能，最後將這兩種晶片天線製程的特性比較列於 表8-2 中。
製程 特性
低溫共燒陶瓷製程 崁入式射出成型製程
天線尺寸 較大 較小
製程介電常數 中-高 低-中
介電損失 低 低
金屬材料 金、銀、銅 銅
量產速度 (複雜)慢 (簡易)快
生產良率 (複雜)低 (簡易)高
產品價格 成本高 成本低
客製化設計 不容易 容易
表8- 2 天線製程比較