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Digitale Fabrik

Simulation optimiert die Herstellung von Elektronikplatinen

19.01.2010 | Autor / Redakteur: Andreas Wonisch / Monika Zwettler

Bild 1: Keramische Mehrlagenschaltungen kommen in vielen Geräten zum Einsatz. Bei der abgebildeten Schaltung handelt es sich um spannungsgesteuerte Oszillatoren, Filter und Mischer für Satellitenanwendungen. Bild: Micro Systems Engineering
Bild 1: Keramische Mehrlagenschaltungen kommen in vielen Geräten zum Einsatz. Bei der abgebildeten Schaltung handelt es sich um spannungsgesteuerte Oszillatoren, Filter und Mischer für Satellitenanwendungen. Bild: Micro Systems Engineering

Ein neues, partikelbasiertes Simulationsverfahren stellt das rheologische Verhalten leitfähiger Pasten am Computer nach. So ist es möglich, den Herstellungsprozess von mehrschichtigen Elektronikplatinen und Solarzellen zu optimieren und diese kleiner und zuverlässiger zu gestalten.

Wenn es darum geht, das Fließen und Aufdrucken von Pasten mit eingelagerten Partikeln zu simulieren, ist das Fraunhofer-Institut für Werkstoffmechanik IWM in Freiburg weltweit an der Spitze.

Durch die Entwicklung eines neuen, partikelbasierten Simulationsverfahrens kann das komplexe rheologische Verhalten kommerzieller Pasten am Computer nachgestellt werden. Das Verfahren ist deutlich flexibler und leistungsfähiger als herkömmliche Ansätze. Mit dem Modell kann der Herstellungsprozess von mehrschichtigen Elektronikplatinen sowie Solarzellen optimiert werden.

Keramische Mehrlagenschaltungsträger (sogenannte Low Temperature Co-Fired Ceramics, Bild 1) sind in vielen Geräten zu finden – unter anderem in Mikrowellen-Schaltkreisen, medizintechnischen Produkten wie Herzschrittmachern, Sende- und Empfangseinheiten, Sensoren sowie in W-Lan-Einheiten.

Ideal geeignet sind die Platinen aus Keramik auch bei starker Hitzeentwicklung, wie sie in der Nähe von Motoren vorkommt. Leiterbahnen im Mikrometermaßstab, Widerstände und andere Komponenten befinden sich auf den Keramikfolien, die dicht aufeinander gepackt sind. Auch um Sonnenenergie mit Solarzellen in Strom zu verwandeln, sind feine Leitungen auf der Siliziumscheibe nötig (Bild 2).

Das Herstellungsverfahren ist in beiden Fällen das gleiche: Eine Leitpaste, die feine Aluminium-, Silber- oder Goldpartikel enthält, wird durch eine Schablone entsprechend der gewünschten Form auf eine Oberfläche gedruckt und danach bei einer bestimmten Temperatur eingebrannt.

Weil die Geräte immer kleiner werden, müssen auch die elektrischen Leitungen und Strukturen immer näher zusammenrücken. Aktuell sind Strukturgrößen um 50 µm möglich. Allerdings stoßen die bisher verwendeten Versuch-und-Irrtum-Verfahren beim Herstellungsprozess an ihre Grenzen, was bessere Lösungen erforderlich macht.

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