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Dank neuem Belichtungsprozess

Performance-Schub für HF- und 5G-Komponenten

17. Dezember 2019, 15:51 Uhr   |  Heinz Arnold

Performance-Schub für HF- und 5G-Komponenten
© Fraunhofer IKTS

Dr.-Ing. Kathrin Reinhardt, Fraunhofer-Institut für Keramische Technologien und Systeme IKTS: »Der zusätzliche Belichtungs- und Entwicklungsschritt lässt sich ohne großen Aufwand in den bestehenden Ablauf integrieren und dauert nur wenige Sekunden.«

Das Fraunhofer IKTS hat ein neues Verfahren für die Beschichtung von LTCCs und HTCCs entwickelt, um extrem feine Strukturen auf HF-Komponenten zu realisieren.

Das ist gerade jetzt entscheidend, denn keramikbasierte Hochfrequenzschaltungen, z.B. für 5G, lassen sich in herkömmlichen Siebdruckverfahren nicht mehr weiter effektiv miniaturisieren – was ihre Leistungsfähigkeit stark einschränkt. Dem Fraunhofer IKTS ist es jetzt gelungen, zusammen mit den Firmen Mozaik und Aurel ein alternatives Verfahren für die Beschichtung von Low-Temperature- und High-Temperature-Co-Fired-Ceramics (LTCC und HTCC) zu entwickelt, mit dem sich extrem feine Strukturen realisieren lassen.

Das gilt für die Strukturbreite der Leiterbahnen genauso wie für den Abstand zwischen ihnen. »Das Interesse vonseiten der Hersteller von 5G- und Mikrowellen-Antennen ist gewaltig, es erreichen uns immer mehr Anfragen diesbezüglich«, sagt Dr.-Ing. Kathrin Reinhardt, Wissenschaftlerin der Forschergruppe Dickschichttechnik und funktioneller Druck am Fraunhofer-Institut für Keramische Technologien und Systeme IKTS in Dresden.

Bisher waren im industriellen Siebdruckverfahren mit herkömmlichen Dickschichtpasten Strukturen im Bereich von 20 µm schlicht nicht umsetzbar – die kleinsten damit erzielbaren Auflösungen liegen bei 50 µm. »Unsere bisher entwickelten Silber- und Goldpasten, die sich für den Einsatz in keramischen Schaltungsträgern und auch in Sensoren eignen, sind dagegen photostrukturierbar«, erklärt Kathrin Reinhardt.

Die Dickschichten werden im Rahmen des neuen Verfahrens ebenfalls mittels Siebdruck aufgebracht, dann aber schließt sich ein Belichtungs- und Entwicklungsschritt an. Das führt dazu, dass sich viel feinere Strukturen realisieren lassen als mit konventionellem Siebdruck. Das Schöne dabei: Der neue Prozess würde die Fertigung laut Reinhardt kaum komplizierter oder teurer machen, zumal auch kein Gelbraum erforderlich ist: »Der zusätzliche Belichtungs- und Entwicklungsschritt lässt sich ohne großen Aufwand in den bestehenden Ablauf integrieren und dauert nur wenige Sekunden«, so Reinhardt.

Hohe Leistungsfähigkeit – kostengünstiger Prozess

Das Ergebnis ist also ein kostengünstiger Prozess, mit dessen Hilfe sich Bauelemente fertigen lassen, die eine sehr viel bessere HF-Performance bei höheren Frequenzen erreichen, als dies bisher möglich war. Zudem fällt bei dem Prozess kaum Abfall an und er ist umweltfreundlich.

Ursprünglich entwickelt hatten die Pasten und die dazu erforderlichen Belichtungs- und Entwicklergeräte die Firma Mozaik, die Rechte an den Pasten ging später an Heraeus über, die 2018 aber die strategische Entscheidung traf, künftig auf Silbersinterpasten zu setzen, und die Entwicklung der Dickschichtpasten nicht mehr voran trieb. Die Lizenzen dafür hat das Fraunhofer IKTS erworben. Derzeit arbeiten die IKTS-Wissenschaftler an der Entwicklung von Platin- und Widerstandspasten. Daneben erfolgt eine enge Zusammenarbeit mit der italienischen Firma Aurel, bei der die Belichter- und Entwicklereinheiten von Mozaik hinsichtlich Produktionsanlagen weiterentwickelt werden.

Wer sich ein genaueres Bild darüber machen will, wie die Technik funktioniert, kann sich an den Ständen von Fraunhofer IKTS sowie Aurel informieren.

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