Département micro-ondes (MO) - Technologie LTCC

Introduction

La technologie LTCC, pour "Low Temperature Cofired Ceramics", est disponible à l’IMT Atlantique depuis 2009. C'est une technologie multicouche où les couches de céramique sont préparées séparément et empilées les unes sur les autres pour former un circuit.

Les étapes de fabrication sont présentées ci-dessous:

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Règles de conception

Pour concevoir un circuit, il faut utiliser la définition de couche suivante. Les couches appelées Lx_Cx sont des couches d'or, les couches appelées Lx_Hx (trous) et Lx_Vx (via fill) définissent les trous métallisés. Le "x" indiquant le numéro de couche en comptant les couches de bas en haut. La couche Pad_AuPt_on_top_layer est une couche de métallisation qui est utilisée pour fabriquer des tampons destinés au brasage des connecteurs. Cette couche métallique doit toujours être imprimée sur une couche externe, après le frittage du circuit (post-impression et post-cuisson), car elle a un profil de frittage différent du reste du circuit.

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Nos règles de conception peuvent être trouvées ici.

Version anglaise

Le kit de design pour ADS est disponible sur demande (Camilla Karnfelt)

Nous utilisons les rubans suivants :

1. FERRO A6M-E
2. FERRO L8

Comment accéder à la technologie LTCC ?

Nous pouvons faire du prototypage en petit nombre dans le cadre d'un projet de recherche ou afin de développer la technologie LTCC. Veuillez noter que nous ne pouvons pas participer à un projet en tant que sous-traitant mais plutôt dans le cadre d'une collaboration avec des partenaires universitaires ou industriels. Si vous avez un projet approprié, voici comment procéder :

1. Contacter Camilla Kärnfelt pour discuter du projet. Si le projet est jugé réalisable, un contact d'IMT Atlantique sera désigné pour suivre le projet.
2. Un devis sera proposé et, s'il est accepté, les travaux pourront commencer.
3. Télécharger les "Règles de conception"
4. Installer le "ADS design kit"
5. Concevoir le circuit à l'échelle 1:1
6. Envoyer les fichiers de conception à la personne contact pour la fabrication. Les formats acceptés sont : Fichiers ADS, Gerber, gdsii (toutes les dimensions doivent être présentées en mm)
7. La vérification des règles de conception sera effectuée et, après d'éventuelles itérations, le travail pourra commencer.    

Exemples de circuits

Realisation de heat-pipe pour LTCC : projet D-wave

  Photo d'une réalisation d'un heat-pipe             Photo sous microscope des détails d'un heat-pipe

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Guides d'ondes laminés rainurés : Bande U (gauche) et bandes V, W et G (droite)

Ces guides d'ondes laminés rainurés (GLWG) sont publiés dans les références [10] et[11].

Antenne réseau à grille (bande D) côté alimentation (gauche) et côté rayonnement (droite)

Cette antenne réseau à grille (GAA) a été présentée dans la référence [14].

Gaped waveguides pour applications microfluidiques à 60 GHz

Pour plus de renseignements sur les guides d'ondes LTCC, veuillez consulter la publication [13].

Circulateurs bande Ku et Ka
  

        Circulateur SMD bande Ku                                         Circulateur CNES R&D

Thermistances réalisées à l'intérieur et à l'extérieur du module LTCC sur Ferro L8

Générateurs thermoélectriques

Thermocouples réalisés avec de l'or et de AuPtPd      Thermocouples réalisés avec de l'argent et de l'argent-palladium

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Thèses

 Thèses soutenues

Publications connexes

[34] N. Parker et al., « Circulateurs Compatibles CMS en Technologie LTCC en Bande Ku », présenté à XIIIèmes Journées Nationales Microondes JNM, Antibes Juan-Les-Pins, France, juin 2024, p. 22‑26.

[34] D. Zelenchuk, V. Kirillov, C. Kärnfelt, F. Gallée, et I. Munina, « Metamaterial-Based LTCC Compressed Luneburg Lens Antenna at 60 GHz for Wireless Communications », Electronics, vol. 12, nᵒ 11, p. 2354, mai 2023, doi: 10.3390/electronics12112354.

[33] C. Kärnfelt, N. Parker, V. Laur, et R. Lebourgeois, « Ku-band Circulators Manufactured by LTCC Technology », in Proceedings, Stockholm, Sweden, mai 2023.

[32] N. Parker-Soues, « Développement de circulateurs compacts en bande Ku », These, Brest, 2022

[31] N. Parker et al., « Ku-Band Microstrip Junction Circulators Manufactured using Low Temperature Co-fired Ceramics Technology », in 2022 Asia-Pacific Microwave Conference (APMC), Yokohama, Japan: IEEE, nov. 2022, p. 112‑114. doi: 10.23919/APMC55665.2022.10000006.

[30] C. Kärnfelt, M. Sinou, et A. Ivanov, « Comparison of Lamination Methods to Control Low Temperature Co-fired Ceramic Shrinkage », présenté à Ceramic Interconnect and Ceramic Microsystems Technologies, CICMT, Vienna, Austria, 13 juillet 2022. [En ligne]. Disponible sur: https://www.researchgate.net/publication/362387143_Comparison_of_Lamination_Methods_to_Control_Low_Temperature_Co-fired_Ceramic_Shrinkage

[29] F. Gallée, C. Kärnfelt, D. Zelenchuk, I. Munina, M. Sinou, et V. Kirillov, « Antenne lentille de type Lüneburg réalisée en LTCC pour 60 GHz », présenté à XXII èmes  Journées Nationales Microondes, Limoges, France, 8 juin 2022.

[28] D. Khezzar, D. Khedrouche, C. Kärnfelt, A. T. Denidni, et F. Gallée, « CPW-Fed LTCC Based Broadband Microstrip Antenna for Millimeter-Wave Applications at 60 GHz », in 19th IEEE International Multi-Conference on Systems, Signals & Devices 2022, On-line (Faculty of Technology, University Ferhat Abbas Setif 1, Algeria), mai 2022.

[27] D. Zelenchuk, C. Kärnfelt, F. Gallee, et I. Munina, « Metamaterial-based LTCC Compressed Luneburg Lens Antenna at 60 GHz for Wireless Communications », in 2021 IEEE International Conference on Microwaves, Antennas, Communications and Electronic Systems (COMCAS), nov. 2021, p. 513‑515. doi: 10.1109/COMCAS52219.2021.9629111.

[26] C. Kärnfelt et M. Sinou, « Control of Low Temperature Co-fired Ceramic Shinkage for Unconstrained Sintering », in 23rd European Microelectronics and Packaging Conference & Exhibition (EMPC), Göteborg, Sweden (online): IMAPS, sept. 2021. doi: 10.23919/EMPC53418.2021.9584969.

[25]  C. Kärnfelt and N. Ryon, “Screen Printing on Low Temperature Cofired Ceramics,” presented at the 44 th  International Microelectronics and Packaging  IMAPS Poland Conference, On line, Apr. 2021.

[24] D. Zelenchuk, C. Kärnfelt, and F. Gallée, “Metamaterial-based Compressed  Luneburg Lens Antenna at 60 GHz for Wireless Communications,” presented at the Huawei Russian Wireless Workshop, On line, Oct. 2020.

[23] N. Parker-Soues et al., “Circulateurs compacts en bande Ku en technologie LTCC,” Toulouse (distance), Nov. 2020, p. 3.

[22] D. Khezzar, D. Khedrouche, A. Denidni, and C. Kärnfelt, “A Low-profile Ultra-wideband LTCC Based Microstrip Antenna for Millimeter-wave Applications under 100 GHz,” Journal of Nano- and Electronic Physics, vol. 12, no. 4, p. 04009 (6pp), Aug. 2020, doi: 10.21272/jnep.12(4).04009.

[21]  C. Kärnfelt, D. Zelenchuk, M. Sinou, F. Gallée, and P. Douglas, “Sacrificial Volume Materials for Small Hole Generation in Low-Temperature Cofired Ceramics,” MDPI Electronics, vol. 9, no. 12, p. 17, 2020, doi: 10.3390/electronics9122168.

[20] M. Tlili, "Modules intégrés en technologie LTCC pour des applications en bande D (110 – 170 GHz)," Thèse de doctorat, à l'Ecole nationale supérieure Mines-Télécom Atlantique Bretagne Pays de la Loire , Brest, France, 22 janvier, 2020.

[19] M. Tlili, C. Kärnfelt, M. Sinou, and A. Peden, “Cold Lamination Tests of Grooved Internal Cavities in LTCC for Thermal Management,” presented at the IMAPS From Nano to Macro Power Electronics and Packaging European Workshop, Tours, 2019.

[18] Malika Tlili, Maïna Sinou, Camilla Kärnfelt, Daniel Bourreau and Alain Peden, Micro Heat Pipe Design and Fabrication on LTCC, accepted for publication in the Electronics System-Integration Technology Conference ESITC2018, Dresden Germany 18-20 September 2018

[17] A. Heux, G.Antou, N. Pradeilles, N. Delhote, C. Kärnfelt, F. Gallee, A. Maître, “ Sintering and thermomechanical behaviors of a Low Temperature Co-fired Ceramic” Journal of the American Ceramic Society,  available online 09/09/2018

[16] Camilla Kärnfelt, « Passive component development in LTCC, » ,” European Microelectronics and Packaging Conference, EPMC2017, Warzaw, Poland, 10-13 sept 2017

[15] Camilla Kärnfelt, François Gallée, Vincent Castel, Maïna Sinou and Pascal Coant, “Experimental LTCC platform for millimeter-wave applications,” European Microelectronics and Packaging Conference, EPMC2017, Warzaw, Poland, 10-13 sept 2017

[14] C. Kärnfelt, B. Zhang, and H. Zirath, “A QFN packaged grid array antenna in low dielectric constant LTCC for D-band applications,” 2016 IEEE MTT-S International Microwave Workshop Series on Advanced Materials and Processes for RF and THz Applications(IMWS-AMP2016), July 20-22, 2016, Chengdu China, Invited paper

[13] C. Arenas Buendia, "Enhanced fluid characterization in the millimeter-wave band using Gap Waveguide Technology," Thèse de doctorat, École doctorale SICMA, Brest, France en co-tutelle avec Universitat Politecnica de Valencia, Espagne, 22 janvier, 2016.

[12] C. Kärnfelt , "Solutions d'intégration en boîtier de puces MMIC via la technologie LTCC," Thèse de doctorat, École doctorale SICMA, Brest, France, 15 janvier, 2016.

[11] C. Karnfelt, P. Coant, M. Sinou, J.-P. Coupez, D. Bourreau, et A. Peden, "Grooved Laminated Waveguide devices for U-, V-, W-and G-band applications," in Microwave Conference (EuMC), 2015 European, 2015, p. 777–780.

[10] C. Kärnfelt, P. Coant, M. Sinou, J.-P. Coupez, D. Bourreau, et A. Péden, "Grooved Laminated Waveguides in LTCC for mm-wave packaging," présenté à Micro/Nano-electronics Packaging and Assembly, Design and manufacturing Forum, (MiNaPAD2015), Grenoble, 2015.

[9] C. Arenas Buendia, F. Gallée, A. Valero-Nogueira, et C. Person, "LTCC Technology for Microfluidic Applications Based on the Gap Waveguide Technology," présenté à 20th European Microelectronics  Packaging Conference (EMPC2015), Friedrichshafen, Germany, 2015, p. 1‑5.

[8] C. Arenas Buendia, F. Gallée, A. Valero-Nogueira, et C. Person, "Caractérisation de milieux fluidiques à partir de structures basée sur la topologie  Gap Waveguide ," présenté à XIX èmes  Journées Nationales Microondes, Bourdeaux, France, 2015, p. 966‑969.

[7] C. Arenas Buendia, F. Gallée, A. Valero-Nogueria, et C. Person, "RF Sensor based on Gap Waveguide technology in LTCC for liquid sensing," presented at the 9th European Conference on Antennas and Propagation, EuCAP, Lisbon, Portugal, 2015.

[6] C. Arenas Buendia, F. Gallée, A. Valero-Nogueria, et C. Person, "Gap Waveguide Structure in LTCC for Millimeter-Wave Applications," presented at the 8th European Conference on Antennas and Propagation, EuCAP, The Hague, Netherlands, 2014.

[5] C. Arenas Buendia, F. Gallée, A. Valero-Nogueira, et C. Person, "Microfluidic application based on Gap Waveguide Topology in the Millimeter-Wave band with LTCC technology," URSI 2014, Valencia, Espagne, 2014.

[4] C. Arenas Buendia, F. Gallée, A. Valero-Nogueira, et C. Person, "Estructura Gap Waveguide en Tecnología LTCC para aplicaciones sub-milimétricas," URSI 2013, Santiago de Compostela, Espagne, 2013.

[3] K. Rida, "Packaging of Microwave Integrated Circuits in LTCC Technology," Thèse de doctorat, École doctorale Santé, information-communication et mathématiques, matière, Brest, Finistère, France, 2013.

[2] K. Rida, C. Kärnfelt, A. Péden, G. Chuiton, P. Coant, J.-P. Coupez, H. Zirath, et R. Kozhuharov, "Conception d’un boitier multicouche LTCC  intégrant un Oscillateur MMIC," presented at the 18èmes Journées Nationales Microondes, JNM2013, Paris, France, 2013.

[1] K. Rida, C. Kärnfelt, A. Péden, J.-P. Coupez, G. Chuiton, et P. Coant, "Radio Frequency characterization of LTCC materials in K and W Bands," in GigaHertz2012, Stockholm, Sweden, 2012.