Elektronikfertigung Nanoporen verbessern Radarsensoren

Durch das Ätzverfahren erzeugte poröse Oberfläche mit dadurch stärkerer Abstrahlung.
Durch das Ätzverfahren erzeugte poröse Oberfläche mit dadurch stärkerer Abstrahlung.

Radarsensoren herzustellen, ist ein schwieriger Prozess. Die Technische Universität Wien hat eine Bearbeitungstechnik entwickelt, mit der sich glaskeramische Leiterplatten gezielt nanostrukturieren lassen. So können Materialeigenschaften angepasst und das EMV-Verhalten des Sensors deutlich verbessert werden.

Sensor-Antennen werden direkt auf die Leiterplatten aufgebracht. Die Leiterplatten selbst können beispielsweise aus Glaskeramik (LTCC) bestehen, die aus verschiedenen Schichten aufgebaut ist, zwischen denen  Leiterbahnen angebracht sein können. Auf der obersten Schicht befindet sich die Patch-Antenne.

An der TU Wien suchten Forscher nach einer Methode, die elektromagnetischen Eigenschaften der Leiterplatten gezielt zu verändern, ohne dafür ein zusätzliches Material verwenden zu müssen. Die Glaskeramik besteht aus winzigen Körnchen, die durch Hitze »aneinandergebacken« werden. Dabei entsteht Feldspat, der sich mit Säure wegätzen lässt – das restliche Substratmaterial bleibt übrig. Das Forschungsteam stellte fest, dass sich das Glaskeramik-Material auf diese Weise mit einer komplizierten Porenstruktur im Nano-Maßstab versehen lässt, wodurch sich lokal die Eigenschaften des Materials verändern.

Zum Beispiel sinkt durch die Nanoporen die Permittivität um bis zu 30 Prozent - und das mit geringstem technologischem Aufwand und in konventionellen Tapesystemen, die gar nicht für diesen Ätzprozess hergestellt wurden. In Zusammenarbeit mit der österreichischen Galvanik-Firma Happy Plating wird die Technik entwickelt; bisher wurden vielversprechende Ergebnisse erzielt. Die weiteren Herstellungsschritte für die Antennenplatine wurden von deutschen Partnern durchgeführt. So wurden die Glaskeramiken von MSE aus Material von Kerafol gesintert. Die Hochfrequenzsimulationen sowie das Design der Antenne wurden an der Universität Erlangen-Nürnberg sowie von Astyx durchgeführt.

Die neue Ätz-Technik lässt sich punktgenau einsetzen, so dass die Glaskeramik an unterschiedlichen Stellen unterschiedliche Eigenschaften erhält. Das kann beispielsweise bei Arrays aus mehreren Antennen sehr nützlich sein, die zusammengeschaltet werden, um eine elektromagnetische Welle in eine ganz bestimmte Richtung zu senden. Außerdem kann die Technik in Zukunft als Diagnosemethode eingesetzt werden, um mehr über das Verhalten des Glaskeramikmaterials zu erfahren und sie weiterhin grundlegend verbessern zu können.