Miniaturisierte gedruckte Sensoren auf LTCC-Keramik

Abstract

Im Rahmen dieses IGF-Vorhabens wurde eine vollständig maskenlose Prozesskette zur Fertigung von Low Temperature Co-Fired Ceramics (LTCC) entwickelt. Die vollständige Prozesskette ist in Abbildung 1 dargestellt. In dieser Prozesskette werden zunächst Vias und Stapelmarken in LTCC-Tapes gepuncht. Anschließend werden Vias mit einem Rakelverfahren über die Rückseite der LTCC-Tapes gefüllt. Durch das Rakeln über die Trägerfolie der LTCC wird in diesem Prozessschritt kein Sieb benötigt, wodurch das Verfahren universell eingesetzt werden kann. Im dritten Prozessschritt werden die Innenlagen per Inkjet und Aerosol Jet strukturiert. Mit beiden Druckverfahren können über die gefüllten Vias gedruckt und leitfähige Verbindungen realisiert werden. Je nach Anforderungen an die Strukturgrößen und Prozesszeiten können Tinten mit höheren oder geringen Anteilen an leitfähigen Metallpartikeln ausgewählt werden. Mit dem Aerosol Jet können leitfähige Strukturen mit Linienbreiten von 80 μm bei nur einer gedruckten Lage realisiert werden. Beim Inkjet können leitfähige Strukturen mit Linienbreiten von 150 μm bei nur zwei gedruckten Lagen realisiert werden. Für weitere Miniaturisierungen müssen aktuell Tinten eingesetzt werden, die längere Prozesszeiten voraussetzen. Im Rahmen des Projekts wurden per Aerosol Jet Linienbreiten bis minimal 25 μm erfolgreich realisiert. Nach der Strukturierung der einzelnen LTCC-Folien werden diese gestapelt, laminiert und bei 850 °C gesintert. Gedruckte Strukturen können auf der Oberseite der LTCC beim Co-Firing Defekte aufwiesen. Deshalb werden diese Strukturen in der erarbeiteten Prozesskette erst nach dem Co-Firing auf die gebrannte LTCC aufgebracht. Durch diese Reihenfolge können hochpräzise Strukturen gedruckt werden, die anschließend bei bis zu 600 °C gesintert werden. Diese Sintertemperatur resultiert in haftfesten, hochleitfähigen Strukturen, die für zahlreiche Anwendungen eingesetzt werden können. Im Rahmen des Projekts wurde dies beispielhaft an einem Demonstrator für HF-Anwendungen dargestellt. Datei-Upload durch TIB