Dickschicht-Hybridtechnik
Die Dickschicht-Hybridtechnik ist eine Aufbau- und Verbindungstechnik zur Herstellung elektronischer Schaltungen (Dickschicht-Hybridschaltung), bei welcher sowohl integrierte als auch diskrete Bauelemente Verwendung finden. Die Dickschichttechnik wird allgemein auch zur Fertigung von darin integrierten oder diskreten Widerständen und Trimm-Potenziometern verwendet.
Verfahren
Als Trägermaterial dienen meist Platten aus Aluminiumoxid-Keramiksubstrat oder für die LTCC-Technologie (englisch Low Temperature Cofired Ceramics) auch niedrig sinternde Keramikfolien. Übliche FR-4 Leiterplatten aus glasfaserverstärktem Epoxidharz können wegen zu niedriger Temperaturfestigkeit nicht verwendet werden. Aluminiumoxidkeramik hat überdies einen niedrigeren dielektrischen Verlustfaktor und eine höhere Wärmeleitfähigkeit als FR-4 oder andere Platinenmaterialien, was oft ein Einsatzkriterium der Dickschichttechnik ist.
Die Leiterbahnen werden drucktechnisch im Siebdruckverfahren aufgebracht und dürfen sich – mittels Isolierschichten – auch kreuzen. Ebenso werden elektrische Widerstände hergestellt, welche gegebenenfalls nachträglich durch das Lasertrimmen einem Feinabgleich unterzogen werden. Seltener werden auch Kondensatoren gedruckt – es sind jedoch nur kleine Werte (< 1 nF) herstellbar.
Der derart bedruckte Träger wird gebrannt, wobei die aufgebrachten Fritten (Pulvermischungen für Widerstände, Isolationen oder Leiterbahnen) zu sehr widerstandsfähigen und zuverlässigen Schichten verschmelzen.
Diese Dickschichtschaltung kann dann mit weiteren, nicht drucktechnisch herstellbaren Bauteilen wie aktiven Bauelementen oder Elektrolytkondensatoren bestückt werden. Der Einsatz von Halbleiter-Chips ohne Gehäuse (Nacktchipmontage) bietet sich aufgrund der guten Wärmeleitfähigkeit des Trägersubstrats an. Die gebräuchlichsten Verbindungstechniken für die auf dem Trägermaterial angebrachten Bauteile sind das Reflow-Löten und das Chip- und Drahtbonden.
In Dickschichttechnik können auch Trimmpotenziometer und Kondensatoren sehr kleiner Kapazität hergestellt werden.
Technologisch bedingt sind die Bauteiltoleranzen ursprünglich hoch, Widerstände können jedoch nachträglich abgeglichen werden. Der Abgleich beeinträchtigt die Stabilität und Klimafestigkeit negativ.
Vorteile
- Einsatz von Bauteilen verschiedener Fertigungstechniken möglich
- Substrat ist ein guter, verlustarmer Isolator
- Verlustleistung wird gut über das Substrat abgeführt (annähernd gleiche Temperatur über die ganze Schaltung hinweg)
- drucktechnisch realisierbare Widerstände höchster Genauigkeit (Laserabgleich, besser als 0,1 %) in weiten Wertebereichen (Milli- bis Megaohm)
Einsatzgebiete
Dass Dickschicht-Schaltkreise nur bei höheren Stückzahlen ökonomisch herstellbar wären, ist eine in heutiger Zeit nicht mehr haltbare Behauptung, sondern sollte – je nach Applikation und Verwendungszweck – immer dann geprüft werden, wenn eine herkömmliche Lösung in SMD-Technik auf Leiterplatte technische Schwierigkeiten mit sich bringt.
Gerade hinsichtlich der Faktoren Miniaturisierung (zur Verfügung stehende Fläche für die Elektronik), Wärmeleitfähigkeit, höhere Betriebs- bzw. Umgebungstemperaturen und sonstigen extremeren Umgebungsbedingungen (z. B. Vakuum) sind die technischen Vorteile einer Hybridschaltung unbestritten.
Dickschicht-Schaltungen werden überall dort eingesetzt, wo hohe Zuverlässigkeit gefragt ist und/oder widrige Umgebungsverhältnisse (Luftfeuchtigkeit, Vibration) herrschen:
- Automobilelektronik: (Motorsteuerung, ABS, Laderegler etc.)
- Industrie- und Leistungselektronik
- Mess- und Regeltechnik
- Sensoren hoher Beanspruchung (z. B. Lambdasonde)
- Militär- sowie Luft- und Raumfahrttechnik
- Telekommunikation
- Hochleistungscomputersysteme
- Unterhaltungselektronik (Niederfrequenz-Endstufen mittlerer Leistung)
- Hochfrequenz-Baugruppen (z. B. Antennenverstärker und kleine Sender)
