Oxid-Keramik - Keramik: Wie ein alter Werkstoff hochmodern wird - page 132

einzelne Bauelemente teilt. Das mit Metallen bedruckte Substratmateri-
al muss aber anschließend durch einen Hochtemperaturprozess in eine
Keramik umgewandelt werden. Die o. g. 1600 °C liegen jedoch deutlich
über den Schmelztemperaturen der Leiterwerkstoffe. Auch Platin wür-
de die Sintertemperaturen nicht aushalten. Das stellte die Fachleute vor
das komplizierte Optimierungsproblem, die Zusammensetzung der Ke-
ramik unter Beibehaltung der Forderungen an die elektrischen und ther-
mischen Werte für eine so niedrige Sintertemperatur (low temperature)
zu verändern, dass die Metalle nicht schmelzen. Der foliengegossene
Substratrohling muss gemeinsam mit den bereits aufgedruckten Metal-
len dichtgesintert (cofiring) werden.
Mittlerweile existieren verschiedene Zusammensetzungen des Sub-
stratwerkstoffs und auch verschiedene technologische Wege. An dieser
Stelle wird nur ein Prinzip genannt. Man nutzt zwar eine Keramik-Tech-
nologie, aber die Ausgangsmasse besteht aus bereits vorfertigten Kera-
mikpulvern und Glaspulver. Die niedrigen Erweichungstemperaturen des
Glases führen zu einer Schmelzphasensinterung (Abschn. 3.4 ) , die ein
„cofiring“ bereits bei etwa 900 °C erlaubt. Das ist zwar für Aluminium-
leiterbahnen immer noch zu hoch, gestattet aber den Einsatz von Kupfer,
Silber und Gold. Bei dem entstandenen LTCC-Bauteil handelt es sich um
eine Keramik, deren Eigenschaften sich aus denen des Keramikpulvers
und des Glaspulvers ergibt. Es müssen in jedem Fall von den Eigen-
schaften für die „reinen“ Keramiksubstrate Abstriche gemacht werden.
Die Kosteneinsparung gleicht aber den Nachteil aus.
Der nächste Schritt bestand darin, analog den Schichtkondensatoren
auch bedruckte Substrate zu stapeln und zu versintern. Eine Vorausset-
zung dafür ist, dass nicht nur Leiterbahnen, sondern ganze Bauelemen-
te auf die Substrate in sogenannter Dickschichttechnik gedruckt wer-
den. Durch die Stapelung erreicht man eine größere Kompaktierung bei
gleichzeitiger Verkleinerung des benötigten Volumens, was für leistungs-
elektronische Anwendungen größte Bedeutung besitzt.
Es waren und sind noch heute erhebliche Probleme beim „cofiring“
zu lösen. Die Folien schwinden während des Brandes achsabhängig. Die
ebenfalls durch Siebdruck aufgebrachten Dickschichten mit ferroelek-
trischen, piezoelektrischen, resistiven und magnetischen Eigenschaften
weisen in der Regel einen völlig anderen thermischen Ausdehnungs-