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aktualisiert am 21. April 2021

ISBN 9783843938839

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978-3-8439-3883-9, Reihe Ingenieurwissenschaften

Eugen Ermantraut
Selektive volladditive Metallisierung von Aluminiumoxidkeramiken mittels lasergestützter Aktivierung

173 Seiten, Dissertation Universität Stuttgart (2018), Softcover, A5

Zusammenfassung / Abstract

Die vorliegende Dissertation beschreibt ein neuartiges, lasergestütztes Verfahren zur selektiven Metallisierung dreidimensionaler keramischer Bauteile. Dieses kann für die Herstellung elektronischer Schaltungsträger bzw. mechatronischer Baugruppen eingesetzt werden kann. Die Formgebung der Substrate erfolgt dabei mittels Keramikspritzguss. Durch einen speziellen Sinterprozess wird die Laseraktivierbarkeit der Keramiksubstrate gewährleistet. Daher sind für die Aktivierung keine zusätzlichen Additive im Keramikgefüge erforderlich. Während der Laserstrukturierung der gewünschten Leiterbilder erfolgt eine Aktivierung der keramischen Bauteile in den strukturierten Bereichen. Dadurch weisen die Bereiche eine katalytische Wirkung auf und ermöglichen die Abscheidung unterschiedlicher Metallschichtfolgen mittels außenstromloser chemischer Metallisierung. Die auf diese Weise metallisierten Keramikträger können im Anschluss mit elektronischen Bauelementen bestückt werden.

Im Gegensatz zu den meisten herkömmlichen additiven Metallisierungsverfahren für Keramiken können mit der hier entwickelten lasergestützten Methode dreidimensionale keramische Schaltungsträger realisiert werden. Die abgeschiedenen Metallleiterbahnen bestehen vorwiegend aus der Metallschichtfolge Cu/Ni/Au mit den ungefähren Schichtdicken von 8 µm, 5 µm und 0,1 µm und zeigen eine sehr hohe Haftfestigkeit von bis zu 30 MPa. Die Haftfestigkeitswerte lassen eine hohe Zuverlässigkeit der abgeschiedenen Leiterbahnen erwarten, was durch die Ergebnisse der Zuverlässigkeitsuntersuchungen belegt wird. Die Oberflächenrauheit Rz der Metallschichten liegt im Bereich zwischen 8 µm und 15 µm und verspricht die Anwendbarkeit von Aufbau- und Verbindungstechniken wie zum Beispiel dem Dünndrahtbonden. Dies wird durch Machbarkeitsuntersuchungen nachgewiesen. Anhand zweier Demonstratorbauteile wird weiterhin die Herstellbarkeit von keramischen Schaltungsträgern für die Medizintechnik sowie der Aufbau dreidimensionaler Keramikbauteile dargelegt.

Aufgrund der vorteilhaften Eigenschaften keramischer Materialien in Verbindung mit der dreidimensionalen Formgebung erlaubt das in dieser Arbeit entwickelte und vorgestellte Verfahren die Erschließung neuer Einsatzgebiete für elektronische Schaltungsträger.