LTCC - Glaskeramische Folien und Multilayer-Technologie für das Packaging und die passive Integration in der Mikrosystemtechnik

Die LTCC-Multilayer-Technologie auf Basis niedrig sinternder glaskeramischer Folien ermöglicht innovative Packaging-Lösungen für die Hybridmikroelektronik und die Mikrosystemtechnik. Das Konzept besitzt aufgrund der Möglichkeiten zur Miniaturisierung und zur

Integration passiver Bauelemente sowie wegen der großen Zuverlässigkeit der Keramikauch unter extremen Umgebungsbedingungen große Potenziale u. a. für die Herstellung von Mikrosystemen, intelligenten Sensoren und Multikomponent-Modulen für die Kommunikationstechnik und Automobilelektronik.

Aufgrund von lokalen Schwindungsunterschieden während des Sinterns wird es mit zunehmender Größe der LTCC-Schichtverbunde aber immer schwieriger, die für die automatische Fertigung mit modernen Verbindungtechniken für IC´s (z. B. Flip Chip) erforderliche präzise Positionierung der vertikalen metallischen Strukturen (Vias) über die gesamte Oberfläche der gesinterten LTCC-Laminate zu gewährleisten. Benötigt wird deshalb eine Sintertechnologie bei der die Schwindung in lateraler (x-y) Richtung verhindert wird.

Das diesem Projekt zugrunde liegende neue Zero Shrinkage- Konzept basiert auf Schichtverbunden aus zwei unterschiedlich zusammengesetzten LTCC-Folien (für innere und äussere Lagen), die deutlich verschiedene Sintertemperaturen aufweisen. Beide Folien in diesem Schichtverbund erfüllen somit sowohl beim Sintern als auch in der Anwendung spezifische Funktionen. Eine Substratoberfläche (die Aussenlage) sollte für LTCC-Anwendungen dünnfilmprozessierbar ist, die Innenlage dagegen die Refiringstabilität des Verbundes übernehmen.

Ausgehend von der Entwicklung geeigneter Gläser für die glaskeramischen Kompositwerkstoffe wurden mehrere Werkstoff-Varianten für die äußeren Folienlagen entwickelt und erfolgreich erprobt. Der wesentliche Zielparameter für die Innenfolien war eine niedrige Sintertemperatur sowie das Erzielen einer möglichst vollständigen Kristallisation der Glasphase des Werkstoffs, wodurch die Refiringstabilität der inneren Lagen des zu erzeugenden Schichtverbundes zu gewährleisten war. Varianten beider Werkstofftypen (für innere und äußere Folienlagen) wurden zur Herstellung von Multilayern mittels LTCC-Technologie verarbeitet. Die Außenschicht ist durch eine sehr geringe Korn- und Porengröße sowie eine glatte Brennhaut gekennzeichnet. Daraus resultiert die erforderliche geringe Rauheit und die angestrebte Dünnfilmprozessierbarkeit. Es wurden Schichtverbunde erzielt, bei denen die laterale Schwindung bis auf 1% gesenkt werden konnte.

Partner im Projekt sind die BAM-Fachgruppe V.4 und die Firmen W.C. Heraeus, Siegert TFT und VIA electronic. Das Projekt wird vom BMWA gefördert.