Fraunhofer-Institut für Keramische Technologien und Systeme IKTS
Die nächste Generation von 5G-, 6G- und Radartechnologien verlangt nach immer feineren, kompakteren und leistungsfähigeren LTCC‑Strukturen. Das Fraunhofer IKTS setzt dafür neue Maßstäbe. Mit modernster Photo‑Imaging-Technologie (PI) erreichen wir im Co‑Firing‑Prozess Auflösungen bis hinunter zu 20 µm und eröffnen so völlig neue Möglichkeiten für High‑Performance‑HF‑Designs in Keramik.
Für zuverlässige Mikro‑Mehrlagenkeramik-Strukturen entwickeln wir eine komplette, robuste Prozesskette, die hochpräzise PI‑Fineline-Metallisierung mit Mikrovias von 30–50 µm Durchmesser vereint. Für die reproduzierbare Herstellung dieser extrem kleinen Durchkontaktierungen setzen wir Pikosekunden‑Laserbohren oder Laserstanzen ein. Ergänzend kommen eigens entwickelte, schwindungsangepasste Silber-Viafill-Pasten mit optimierten rheologischen Eigenschaften zum Einsatz, die eine sichere elektrische Kontaktierung gewährleisten.
Besonders hervorzuheben ist unser Laser‑Direkt‑Imaging‑Prozess (LDI), der eine hervorragende Strukturqualität ermöglicht und gleichzeitig eine lokale Kompensation der beim Sintern auftretenden Materialschrumpfung erlaubt. Das Ergebnis sind hochpräzise Mikrostrukturen, die genau die geometrische Perfektion bieten, die moderne Hochfrequenzschaltungen erfordern.
Die Verwendung von kommerziellen Materialsystemen, wie zum Beispiel das LTCC-Materialsystem Micromax™ 951 von Celanese und das A6ME von Vibrantz, bietet zusätzlich die Möglichkeit des Technologietransfers zu industriellen Fertigern.
Für die Bewertung der gesamten Prozesskette wurde ein Daisy‑Chain‑basiertes Testlayout entwickelt und entsprechende Demonstratoren gefertigt. Diese enthalten Durchkontaktierungen mit Durchmessern von 30 und 50 µm. Die Oberseite wurde im Siebdruck mit Leiterbahnen und Pads strukturiert, während die vergrabenen Leiterbahnen als PI‑basierte Fineline‑Metallisierung mit Breiten von 30, 40 und 50 µm ausgeführt wurden. Zur Evaluierung wurde der elektrische Widerstand der Daisy‑Chain gemessen. In der Analyse wurden mögliche prozessbedingte Positionierungsfehler berücksichtigt, die zu einer Fehlausrichtung des Stapels führen können. Die zerstörungsfreie Prüfung mittels hochauflösender Röntgenmikroskopie bestätigte gut gefüllte Microvias sowie eine präzise Ausrichtung zu den Leiterbahnen.