Forschung -

Photostrukturierbare Pasten verbessern Dickschichttechnik

Für Hochfrequenzschaltungen eignen sich Schaltungsträger auf Keramikbasis, allerdings ist bei einer Strukturauflösung von etwa 50 µm mit der klassischen Dickschichttechnik die Grenze der industriellen Umsetzbarkeit erreicht. Der 5G-Standard erfordert aber eine viel geringere Leiterbahnenbreite. Photostrukturierbare Pasten ermöglichen 20 µm und greifen nur geringfügig in den Herstellungsprozess bestehender Anlagen ein.

Der Siebdruck läuft prinzipiell folgendermaßen ab: Man positioniert ein Sieb mit der gewünschten Druckstruktur über einem Substrat, bringt die Dickschichtpaste durch die Sieböffnungen auf. Danach wird die abgeschiedene Schicht getrocknet und anschließend bei hohen Temperaturen gesintert, was die finalen Schichteigenschaften hervorbringt. Die Edelstahldrähte für die Siebe lassen sich jedoch nicht beliebig dünn herstellen, wodurch die Strukturauflösung auf 50 µm beschränkt ist.

Um 5G-Signale zu empfangen und zu senden, benötigt die dazugehörige Elektronik aber viel feinere Strukturen. Die Antennen arbeiten bei Frequenzen von mehr als 3,6 GHz. Daher haben Forscher des Fraunhofer-Instituts IKTS gemeinsam mit der britischen Firma Mozaik das Standardverfahren weiterentwickelt.

Die sogennante PI-Technologie fügt zwei Prozessschritte hinzu: Nach der Trocknung der Dickschichtstruktur positioniert man eine Photomaske mit der gewünschten Endstruktur über dem Substrat. Dann erfolgt eine Belichtung mit UV-Strahlung, die nur an den offenen Stellen der Maske in die Schicht eindringt und das darin enthaltene Polymer aushärtet. An den verdeckten Stellen bleiben die Polymere unvernetzt.

Dann folgt der zweite Zusatzschritt: Ein nasschemischer Entwicklungsprozess auf wässriger Basis entfernt die unvernetzten Bereiche. Die beiden Verfahren nehmen jeweils 15 bis 30 Sekunden in Anspruch. Dr. Kathrin Reinhardt, eine der an der Studie beteiligten Wissenschaftler, sagt: „Das Verfahren ist massen- und industrietauglich, die Investitionskosten sind gering.“

Die Forscher haben spezielle Dickschichtpasten erstellt, die zuverlässig bei UV-Bestrahlung aushärten, aber nicht auf Tageslicht reagieren. Das erübrigt einen kostspieligen Gelbraum. Die Bestandteile der Paste, also pulverförmiges Metall, das Polymer und weitere Additive, müssen präzise aufeinander abgestimmt werden. Zu große Mengen an Metall verhindern die Vernetzung des Polymers, umgekehrt wird mit zu viel Polymer das Metall porös. Für Silber und Gold ist es den Forschern bereits gelungen, eine geeignete Paste herzustellen. Derzeit arbeiten sie an Platin- und Widerstandspasten.

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