Technologien für anorganische und organische Substrate

Dickschichttechnik
Prozessablauf

Die Dickschichttechnik ist ein Verfahren zur Herstellung keramischer elektronischer Verdrahtungsträger. Sie ist hinsichtlich der Integrationsstufe zwischen der Leiterplattentechnik sowie der Dünnschichttechnik einzuordnen. Als Funktionswerkstoff kommen gebrannte Keramiksubstrate aus Aluminiumoxid, Aluminiumnitrid oder Glas zum Einsatz. Sie dienen als mechanischer Träger für Leit-, Isolations- und Widerstandspasten. Als Leitbahnmaterial werden üblicherweise Gold, Silber und Platin- sowie Palladiumlegierungen als Widerstandsmaterial Rutheniumoxid verwendet. Die Schichten werden sequentiell im Siebdruck aufgebracht. Nach einer Trocknung bilden sich während eines abschließenden Einbrandes bei Temperaturen zwischen 500 und 850°C die typischen Schichteigenschaften wie elektrischer Widerstand und Haftfestigkeit aus. Diese Technologiefolge erlaubt eine sehr einfache und flexible Herstellung von Multilayern mit mehreren Leitebenen. Die Montage elektronischer Bauelemente erfolgt mittels herkömmlicher Technologien der Aufbau- und Verbindungstechnik. Typische Einsatzgebiete derartiger Hybridbaugruppen sind elektronische Komponenten für extreme Einsatzumgebungen sowie Sensoren.

Die aktuellen und zukünftigen Entwicklungen der Komponenten bezüglich Größe und Anschlussraster stellen besondere Anforderungen an die Strukturierbarkeit der zugehörigen Substrate. Hierfür bietet die Dickschichttechnik hervorragende Voraussetzungen. Herausforderungen sind insbesondere die Applikation von Pasten in Strukturbreiten unterhalb von 40µm. Hierfür sind sowohl Material- als auch Prozessentwicklungen notwendig. Der Einsatz von Keramiksubstraten fur mikro-fluidische und mikro-optische Anwendungen sowie Anforderungen bezüglich der Biokompatibilität der Module erfordern beherrschte Produktionsprozesse und ein determiniertes Materialverhalten während dieser Prozesse über die gesamte Lebensdauer unter spezifizierten Einsatzbedingungen.

 

Ansprechpartner für anorganische Substrate
Dr.-Ing.
Marco Luniak
Tel.:
(0351) 463 32478

Leiterplattentechnik

1943 ließ sich Paul Eisler, ein Wiener Elektronik-Ingenieur, das Prinzip der gedruckten Leiterplatte patentieren. Seine Idee bestand darin, die elektrischen Verbindungen der Bauelemente auf einem zweidimensionalen Träger anzuordnen. Wurden anfangs die Leiterzüge ausschließlich auf Keramikträgern gedruckt, ging man in den 1950er Jahren dazu über, die Keramik durch preiswertere  Materialien zu ersetzen. Die Leitschichten –vorrangig Kupfer- wurden ganzflächig aufgeklebt und mittels Ätzen strukturiert. Dadurch gewann diese Technologie mehr und mehr an Bedeutung.

Resultierend aus der ständigen Miniaturisierung der Bauelemente und damit der geforderten höheren Verdrahtungsdichte wurden die Leiterplatten immer komplexer. Bald reichte eine Ebene nicht mehr aus und es entstanden Mehrlagenleiterplatten mit metallisierten Bohrungen. Die Metallisierung der Löcher erfolgt hierbei vorrangig in speziellen chemischen/galvanischen Bädern. Dadurch können auch im Inneren liegende Leiterzüge angebunden werden.

Parallel dazu wurden die Leiterzüge immer feiner und die Bohrlöcher immer kleiner. Wurden diese anfangs ausschließlich mechanisch eingebracht, arbeitet man heute bei kleinen Löchern verstärkt mit Lasern. Je nach eingesetztem Material sind hierbei Bohrungen kleiner 50µm möglich.

Aber auch die Basismaterialien haben sich weiterentwickelt: Es kommen heute starre aber auch flexible Polymere bei Einsatztemperaturen bis über 300°C zur Anwendung. Diese sind mit Leitschichten verschiedenster Stärke versehen - von unter 1µm bis in den mm-Bereich. Die dicken Schichten dienen gleichzeitig dazu, die Wärmeableitung der Baugruppe zu verbessern. Die Leitschichten werden aufgeklebt oder kleberlos aufgebracht.

Der Layoutentwurf erfolgt heute mittels modernster Software an leistungsfähigen Computern. Bei Bedarf kann auch das HF- sowie das thermische Verhalten der Baugruppe berücksichtigt werden.

Früher wurde das Leitbild vorrangig durch Siebdruck ätzresistenter Farben übertragen, heute kommt meist die Strukturierung von auf das Basismaterial aufgebrachten Fotolacken zum Einsatz. Das geschieht mit Hilfe von Planfilmen oder durch Laser-Direktbelichtung. Die realisierbaren Strukturbreiten betragen 20µm und kleiner.

Um die technologiebedingte Unterätzung zu minimieren, erfolgt die Herausarbeitung des Leiterbildes heute mittels modernster Sprühätzmaschinen.

Zum Schutz der Baugruppen vor Umwelteinflüssen dienen verschiedene organische Schichten sowie Metalloberflächen aus Gold, Zinn, Silber u.a.

Ansprechpartner für Leiterplattentechnik
Dr.-Ing.
Gerald Hielscher
Tel.:
(0351) 463 32159