Fraunhofer-Institut für Keramische Technologien und Systeme IKTSMillimeterwellen (mmW) bieten einzigartige Eigenschaften, da sie sich ab einem Frequenzbereich oberhalb von 100 GHz quasioptisch verhalten. Neue Konzepte wie Radare mit ungeahnter Genauigkeit sowie Kommunikationssysteme (6G und darüber hinaus) mit ultrahoher Bandbreite sind so möglich. Insbesondere bei 240 GHz weist die Erd-Atmosphäre ein lokales Dämpfungsminimum mit einer enormen nutzbaren Bandbreite von 100 GHz auf. Leider sind die Kosten dieser Systeme für viele kommerzielle Anwendungen noch vergleichsweise hoch und behindern deren Verbreitung. Das liegt auch an der gegenwärtigen Aufbau – und Verbindungstechnologie, die aus massiven Messing-Blöcken mit Hohlleiterrohren besteht, was zu großen und schweren Systemen führt.
In einem gemeinsamen Projekt mit den Fraunhofer- Institut für Angewandte Festkörperphysik IAF wurden die Grundlagen einer kostengünstigen, massenmarkttauglichen und zuverlässigen Millimeterwellen-tauglichen Aufbau- und Verbindungstechnologie auf Basis von Mehrlagenkeramiken (LTCC) entwickelt. In Kombination mit dem hochauflösenden Aerosol-Jet-Druck zur elektrischen Strukturierung wurden die Frequenzbereiche oberhalb von 200 GHz für miniaturisierte, serienfertigbare Millimeterwellenschaltungen erstmals auch für kommerzielle Zwecke untersucht. Für die derzeit verfügbaren LTCC-Materialien für den Hochfrequenzbereich wurde eine umfangreiche Benchmark-Analyse durchgeführt. Erste Untersuchungen zeigen die hervorragende Performance der gedruckten Koplanar-Leitungen mit verschiedenen Leitungslängen auf den LTCC-Materialien (Abb. 1 und Abb. 3). Auch die Laserstrukturierung von Koplanar-Leitung in aufgedruckte Dickschicht-Oberflächen auf LTCC wurde erfolgreich untersucht. Die S-Parameter der Analyse für das LTCC-Material Ferro A6M zeigen innerhalb der Zielfrequenz von 240 GHz eine Anpassung von unter – 15 dB sowie eine Dämpfung von kleiner 0,7 dB/mm (siehe Abb. 2). Eine konstante Permittivität εr, eff von 4,0 und ein tan δ von 0,0062 konnte für das LTCC-Material Ferro A6M im Frequenzbereich von 200-330 GHz ermittelt werden. Durch die neue Technologie wird es somit möglich, ganze HF-Frontends für Frequenzen bis 300 GHz in einem keramischen Gehäuse unterzubringen.
Derzeit wird an der verlustarmen Kontaktierung der erzeugten Koplanarleitung mit den HF-Mikroschaltkreisen (sog. MMICs) geforscht, um verlustreiche Drahtbonds oder unzuverlässige Flip-Chip-Verbindungen zu substituieren. Auch an der Umsetzung von möglichst breitbandigen Antennen auf LTCC für das D- und H-Band wird gearbeitet.
