Fraunhofer-Institut für Angewandte Festkörperphysik IAF
Dein Patent heißt »Mehrlagenkeramische Aufbautechnik für Hochfrequenzsysteme«. Was bedeutet das?
Früher wurden unsere Module für die Radar- und Kommunikationsanwendungen aufwändig und teuer in Hohlleitertechnik hergestellt. Jedes Modul muss dabei einzeln in aufwändiger Arbeit präzise gefräst werden. Daher nutzen wir seit einigen Jahren Leiterplatten, die kostengünstig und einfach herzustellen sind. Diese funktionieren bis 100 GHz sehr gut. Bei höheren Frequenzen lässt die Performance jedoch dramatisch nach. Da gab es keine Alternative zum Hohlleiter – bis jetzt.
»Mit dem Mehrlagen-Keramik Material LTCC, Low Temperature Cofired Ceramic, können wir Hochfrequenzsysteme ähnlich wie Leiterplatten kostengünstigen realisieren, die bis über 300 GHz funktionieren. Jeder spricht heute von 5G und 6G, wo hohe Frequenzen genutzt werden, aber wie solche Systeme kostengünstig aufgebaut werden können, ist bisher nicht klar. Unsere Technologie könnte die Lösung sein. Wir hoffen, dass wir damit im besten Fall die Aufbautechnik revolutionieren können.«
Wie funktioniert diese neue Aufbautechnik im Vergleich zur bisherigen?
Eine Leiterplatte besteht aus einem Substrat, typischerweise aus einem glasfaserverstärktem Kunststoff. Für hohe Frequenzen werden hingegen spezielle Flüssigkristallpolymer-Substrate eingesetzt. Dort wird beidseitig Kupfer aufgebracht und dieses strukturiert, also die Partien weggeätzt, die nicht benötigt werden. Danach werden die Bauteile aufgebracht.
»Der Aufbau auf einem Keramikboard funktioniert ganz ähnlich. Man startet mit einer hauchdünnen LTCC-Lage. Anstatt jedoch die Kupferflächen ätztechnisch zu strukturieren, wird Silbertinte per Aerosol-Jet-Druck aufgedruckt. Das tolle daran ist, dass man mit dieser Technik sehr feine Strukturen aufbringen kann. Feiner, als man sie heute beim Kupfer ätzen oder wie man sie mit einem anderen Druckverfahren herstellen könnte.«
Ein weiterer Riesenvorteil ist, dass Bondprozesse wegfallen. Bisher war es so, dass der Chip auf der Platine eingesetzt und dann mit Bonddrähten kontaktiert wird. Das ist technisch sehr aufwändig und führt auch dazu, dass ab etwa 100 GHz die Verluste so groß werden, dass das System nicht mehr leistungsfähig ist. Unsere Idee ist nun, dass der Chip in der LTCC-Keramik sitzt und der Drucker dann die Leiterbahnen auf die Keramik druckt. Dabei hört er nicht beim Chip auf, sondern druckt einfach darüber hinweg – so entsteht automatisch die Kontaktierung durch die Silbertinte. Wir entwickeln diese Methode im Projekt »TeraKer« weiter.
