Fraunhofer-Institut für Keramische Technologien und Systeme IKTS
Verdrahtungsträger sind mechanische Substrate, auf denen Leitungsstrukturen zur elektrischen Verbindung elektronischer Bauelemente integriert werden. Diese Verdrahtungsträger sind essenzielle Komponenten in der Elektronikfertigung. Sie dienen nicht nur der elektrischen Verbindung von Bauelementen, sondern übernehmen auch mechanische, thermische und schirmende Funktionen. Innovative Technologien wie LTCC (Low Temperature Cofired Ceramics) und HTCC (High Temperature Cofired Ceramics) ermöglichen hochzuverlässige Lösungen für komplexe elektronische Systeme.
Am Fraunhofer IKTS werden seit vielen Jahren Verdrahtungsträger, sogenannte Interposer, auf Basis von Low Temperature Cofired Ceramics (LTCC) entwickelt und gefertigt. Diese Technologie bietet gegenüber konventionellen Alternativen wie Leiterplattentechnik (starr oder flexibel) oder der klassischen Dickschichttechnik entscheidende Vorteile:
- Hohe Verdrahtungsdichte durch hochauflösende, dickschichtbasierte Druckverfahren
- Miniaturisierte Durchkontaktierungen ermöglicht Verdrahtung über mehrere Ebenen (F&E bis zu 40 Lagen)
- Erhöhte Packungsdichte durch zusätzliche Integration passiver Komponenten (R, L, C) in die Innenlagen des Substrats
- Hohe mechanische Stabilität unter Vibration und Schockbelastung
- Thermomechanische Anpassung an siliciumbasierte Bauelemente für maximale Zuverlässigkeit bei thermischen Zyklen
Das Fraunhofer IKTS entwickelte in der Vergangenheit Komponenten aus keramischer Mehrlagentechnologie mit hochintegrierten Verdrahtungsebenen auf bis zu 23 keramischen Lagen für den Einsatz in einem Temperaturbereich bis 300 °C. Ein besonderes Merkmal ist dabei die elektrische Kontaktierung über Bondverbindungen auf die Querschnittsflächen von aufgesägten Viastrukturen, was einen zusätzlichen Freiheitsgrad für die Entflechtung komplexer elektronischer Schaltungen bietet. Dadurch können auch miniaturisierte Dünnschichtkomponenten effizient implementiert werden. Die Keramiksubstratoberflächen sowie die darin befindlichen metallisierten Vias werden für nachfolgende Dünnschichtprozesse auf eine Zielrauigkeit von Ra ≤ 50 nm poliert. Diese extrem glatte Oberfläche ist entscheidend für die zuverlässige Integration von Dünnschichtstrukturen und gewährleistet höchste Präzision in der Fertigung.
Die Verwendung eines kommerziellen Materialsystems, wie das LTCC- Materialsystem Micromax™ 951 von Celanese, bietet zusätzlich den Vorteil eines Technologietransfers zu industriellen Fertigern, was die Skalierbarkeit und Wirtschaftlichkeit der Technologie sicherstellt.