Dickschichttechnik und Photovoltaik

Gruppe

Pastenentwicklung

Thema

Dickschichtpaste.

Die Entwicklung von maßgeschneiderten Dickschichtpasten mit spezifischen Funktionseigenschaften basiert auf der Auswahl geeigneter Materialen und einer definierten Einstellung der Materialcharakteristika im System mit dem bevorzugten Substratmaterial. Die gewünschten elektrischen Eigenschaften werden durch die verwendeten Funktionsphasen bestimmt. Hierbei werden typischerweise Metalle für Leitpasten, oxidische Funktionsphasen für Widerstände bzw. nicht leitende Bestandteile für Isolationspasten eingesetzt. Durch die Einstellung von definierten Korngrößen sowie die Anwendung von spezifischen Zusätzen wird eine Anpassung bestimmter Schichteigenschaften wie Lotbenetzbarkeit oder Temperaturkoeffizient des Widerstandes an die gewünschten Zielparameter erreicht. Geeignete Gläser dienen zur Haftung der Funktionsschichten auf unterschiedlichsten Substratmaterialen, zur Einstellung des Sinterverhaltens und der Schichteigenschaften. Darüber hinaus ermöglicht die Analyse von chemischen und physikalischen Wechselwirkungen bei der Schichtformierung die detaillierte Anpassung an geforderte Eigenschaften. Die Auswahl der eingesetzten Druckträger sowie die Einstellung der Pastenrheologie erfolgt in Abstimmung zu der bevorzugten Abscheidungstechnologie.

Heizerapplikation.

Pastenprozessierung auf Dreiwalzwerk.

Funktionsphase

 

Entsprechend der elektrischen Eigenschaft der Dickschichtpaste wird in Leitpasten, Widerstandspasten sowie Isolationspasten unterschieden. Je nach Anwendungsgebiet sowie notwendigen Materialeigenschaften steht eine Anzahl von Funktionsphasen zur Verfügung. Für eine spezifische Einstellung der elektrischen Kennwerte wird die Korngröße der verwendeten Pulver auf definierte Werte eingestellt.

 

Leitpaste

 

  • Metallisierungspasten auf Basis von Ag, Ag/Pd, AgPt, Au, Pt für den Einsatz in unterschiedlichsten Temperatur- und Anwendungsbereichen
  • Wolfram W für Anwendungen im Hochtemperaturbereich
  • Cu für hohe Leitfähigkeiten

 

Widerstandspasten

 

  • Ag/Pd für Widerstände von 0,1 bis 10 Ohm/sq
  • Rutheniumoxid RuO2 oder Pyrochlorphasen für Widerstände ab 10 Ohm/sq sowie für spezifische Anwendungen wie z. B. Potentiometer

 

Isolationspasten

 

  • Glas
  • Glas-Keramik-Komposite

Kupferschicht auf Siliziumnitrid.

Substrate

 

Für das jeweilige Anwendungsgebiet ist die Verwendung von verschiedenen Substratmaterialen mit den jeweils unterschiedlichen Materialeigenschaften sinnvoll. Am IKTS werden Dickschichtpasten für unterschiedlichste Substratmaterialien entwickelt. Im besonderen Fokus der Entwicklungen steht eine Anpassung der Pastenkomponenten an den spezifischen thermischen Ausdehnungskoeffizienten der jeweiligen Substratmaterialen.

  • Al2O3, AlN, Si3N4, ZrO2, Stahl
  • Folien: Al2O3, AlN, Si3N4, ZrO2, LTCC

Additive.

Zusätze

 

Die Verwendung von Additiven zur gezielten Modifikation von chemischen und physikalischen Eigenschaften, sowohl bei der Schichtformation als auch bei der gebrannten Funktionsschicht ist Gegenstand der Entwicklungen am IKTS.

  • Steuerung der Sintertemperatur und Sinterkinetik
  • Sauerstofflieferant für rückstandsfreien Einbrand der Schichten
  • Bildung von ‚,mechanical bonded‘‘ sowie ,,chemical bonded‘‘ Haftschichten
  • Isolation und Reduktion von Materialreaktionen
  • Steigerung der Verdichtung
  • Einstellung von elektrischen Eigenschaften  (Widerstand, Temperaturkoeffizient des Widerstandes TKR)

 

Glaspulver.

Gläser

 

Multifunktionswerkstoff Glas: Eine entscheidende Komponente bei der Entwicklung hoch spezifischer Dickschichtpasten ist die Verwendung von Gläsern mit speziell angepassten Eigenschaften. Neben ihrer Rolle als Haftvermittler zwischen Substrat und Metallisierungsschicht bestimmen sie die Ausbildung des Mikrogefüges in der Dickschicht und beeinflussen damit maßgeblich die Eigenschaften der Funktionsschichten.   

  • Anpassung an Thermischen Ausdehnungskoeffizienten TEC des Substrats,
  • Anpassung an Sintertemperatur der Wirkphase
  • Anpassung an chemische Beständigkeit der Dickschicht

Organische Binder.

Druckträger/Vehikel

 

Ausgehend von der bevorzugten Abscheidungstechnologie und der weiteren Prozesskette werden geeignete Druckträger verwendet, sowie der Feststoffgehalt der Pasten und Tinten eingestellt. Die gezielte Auswahl von Lösungsmittel und Polymer erlaubt die Einstellung von definierten rheologischen Eigenschaften. Neben dem strukturviskosen Verhalten wird auch das charakteristische Relaxieren der Pasten nach dem Abscheidungsprozess bestimmt und gezielt manipuliert.

  • Polymer – Kohlenstoffgehalt
  • Lösungsmittel – Siedepunkt
  • Viskosität
  • Relaxationsverhalten der Paste

Leistungsangebot

 

  • Entwicklung und Test von Dickschichtpasten
  • Herstellung und Charakterisierung von Dickschichtpasten