Multilagen-Keramiktechnologie (HTCC und LTCC)

Konzept

Der aktuelle Trend der Miniaturisierung im Elektronik- und Kommunikationsbereich schreitet ungebremst fort und führt somit zu einer steigenden Nachfrage für Gehäuselösungen mit zunehmend komplexeren Anforderungen.

Die Möglichkeiten für die Verkleinerung der konventionellen Glas-Metall-Gehäuse sind mittlerweile fast erschöpft. Aus diesem Grund, wird es immer wichtiger, neue und innovative Ansätze zu finden.

Keramik-Metall-Gehäuse sind ein vielversprechender Ansatz und haben das Potential zur Weiterentwicklung.

In diesen Gehäusen sind verschiedene elektrische Durchführungen in einem keramischen Material eingebettet und bieten völlig neue Möglichkeiten für die Verkapselung von komplexen elektronischen und opto-elektronischen Systemen.

Die Antreiber für innovative Gehäuselösungen mit keramischen Multilagen-Durchführungen sind:
  • Miniaturisierung
  • Kosteinsparungen
  • Hochfrequenzanwendungen
Multilagen-Keramik Herstellung

Multilagen-Keramiken werden mit Hilfe von „high und low-temperature, co-fired Aluminium Keramiken“ hergestellt. Die Keramiken werden durch die Zusammensetzung von Aluminiumoxidpulver und Glaspulver sowie einer kleinen Menge von Binder und Lösungsmittel produziert, die zusammen eine homogene flüssige Masse ergeben. Diese Masse wird dann auf ein Folienband gegossen, um Grünfolien mit homogener Dicke (von 100 μm bis 500 μm) zu formen. Nach dem Trocknen können diese Grünfolien leicht geschnitten, aufgerollt und zur Weiterverarbeitung transportiert werden.

Der nächste Schritt im Produktionsprozess beinhaltet die Entstehung der elektrischen Kontakte und Leiterbahnen. Basierend auf dem Design, werden in die Grünfolien Löcher gestanzt, die mit einer Metallpaste befüllt werden können. Diese gefüllten Vias bilden vertikale Verbindungen zwischen den einzelnen Lagen und am Ende des Multilagenaufbaus die elektrischen Durchführungen. Die planaren elektrischen Leiterbahnen werden auf der Grünfolie durch Siebdruck von hochtemperaturfesten Metallpasten hergestellt.

Nachdem die verschiedenen Metallstrukturen erstellt wurden, werden die Grünfolien in einer bestimmten Reihenfolge angeordnet und laminiert. Dieser Prozess verbindet die individuellen, quasi zweidimensionalen Lagen und formt somit eine dreidimensionale Struktur mit hermetischen, elektrischen Durchführungen. In der Datenkommunikation ist diese Struktur oft wie ein T geformt und gibt dem fertigen Produkt somit den Namen „T-bar“.

Die Multilagen-Keramik wird bei hohen Temperaturen hergestellt, um eine feste und hermetische Keramik zu formen. Für HTCC bietet eine abschließende galvanische Beschichtung (z. B. mit Ni oder Ni/Au) auf der zugänglichen Metallstruktur die Möglichkeit zum Hoch-Temperatur- (mit AgCu eutectic) oder Niedrig-Temperatur-Löten (mit AuSn eutectic). Hierbei kann die keramische Durchführung mit einem sogar noch komplexeren Metallgehäuse kombiniert werden und somit ein hermetisches und äußerst zuverlässiges Gehäuse mit verschiedenen kundenspezifischen mechanischen, elektrischen, optischen und thermischen Eigenschaften bieten.

Vorteile:
  • Kundenspezifische Lösungen basierend auf einer Vielzahl von Herstellungsprozessen
  • Effektive Lösungen aufgrund der großen Unterstützung vom Anfang des Produkt-Entwicklungszyklus an
  • Verfügbarkeit von mechanischen, thermischen (ANSYS, ABACUS), optischen (ZEMAX) und elektrischen (HFSS, ADS) Simulierungswerkzeugen
  • Weltweiter Kundendienst durch lokale Produktionsstätten mit technischen Kompetenzzentren

Eigenschaften von HTCC:
  • Ausgezeichnete mechanische Stabilität
  • Leichte Integration in Metallgehäuse durch Hartlötprozesse
  • Hohe thermische Leitfähigkeit (vergleichbar mit Kovar)
  • Gebrauch von billigeren unedlen Metallpasten (z.B. W, Mo)
  • Galvanische Oberflächenbeschichtungen ermöglichen löt-und drahtbondbahre Oberflächen
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Eigenschaften von LTCC:
  • Hervorragende Hochfrequenzeigenschaften durch geringe dielektrische Verluste
  • Hohe Leitfähigkeit der Metallisierungen (Ag, Au und andere Edelmetalllegierungen)
  • Realisierung von hermetischen Gehäusen durch Flussmittelfreie Lötprozesse
  • Eingebettete passive Komponenten (Widerstände, Spulen, Kondensatoren) bieten platz sparende Lösungen
  • Vielzahl von Produkteigenschaften basierend auf verschiedenen Grünfolien- und Metallpastensystemen erhältlich

Weitere Informationen zu unseren LTCC und HTCC Technologien finden Sie unten.

For more information about SCHOTT's high and low temperature cofired multilayer ceramics co-developed with VIA electronic GmbH, please refer to the following download.
schott_db_process_htcc_ltcc_4c_2010_06_02_rz.pdf
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