Risswachstum in Niedrigtemperatur-Einbrand-Keramiken(LTCC)

Niedrigtemperatur-Einbrand-Keramikmaterialien (LTCC) sind mehrschichtige Glas-Keramik Substrate, welche gemeinsam mit Metallleitern bei niedrigen Sintertemperaturen (weniger als 900C) wegen der Glasanteil in dem Verbundmaterial gebrannt werden können. Heutzutage werden LTCCs in der keramischen Platine (z. B. Mobiltelefone, WLAN, Bluetooth etc.) angewendet. LTTC Technologie ermöglicht reduzierte Größen und Herstellungskosten sowie Bauteile mit verbesserten thermischen, chemischen und geometrischen Stabilität im Vergleich zu den weit verbreiteten polymerbasierten gedruckten Leiterplatten (PCB) Technologie. Aufgrund der thermischen Ungleichheit zwischen keramischen und metallischen Materialien verursachen die Kombination des LTCC in Metallstrukturen Makro-Eigenspannungen. Zusätzlich LTCC ist selbst ein Verbundmaterial, bestehend aus einer Glasmatrix eingebetteten keramischen Partikeln. Das Zusammensintern dieser beiden Materialien kann auch auf Mikro- Eigenspannungen führen. Die Überlagerung der Makro- und Mikro-Eigenspannungen können die Ausbreitung von Rissen verursachen. Das unterkritische Risswachstum (SCCG) ist von entscheidender Bedeutung zur zuverlässigen Ausführung von LTCC-Module, vor allem in Umgebungen mit hohem Feuchtigkeitsgehalt. Eine genaue Beschreibung des Schadens in LTCC-Materialien ist sehr wichtig für die Ermittlung der entscheidenden Rolle der lokalen Eigenspannungen in SCCG. Weiterhin sollte der Einfluss der Mikrostruktur der LTCC (d.h. elastischen Eigenschaften der Matrix und der Partikels, Partikel Anteile, Partikel Form, Partikel Größe und Glaskeramik-Schnittstelle) an SCCG verstanden werden. Der Schwerpunkt des Projekts liegt in der Entwicklung eines Finite-Elemente-Modells (FEM), um die Wirkung von Eigenspannungen und Mikrostruktur auf der SCGG von Rissen auf der Mikroskala in LTCC besser zu verstehen. Wächst der Riss in Richtung des geringsten Widerstands und der höchsten Belastung, wird der Riss immer wieder aufgrund der bestehenden Partikeln abgelenkt. Dies kann Reduzierung der Geschwindigkeit des Risswachstums führen. Für die Validierung des Modells müssen in-situ SCCG Messungen und Risswachstum Widerstandsmessungen (R-Kurven) durchgeführt werden. FEM-Modelle tragen sowohl das Materialverhalten als auch die Leiterplattenarchitektur zu optimieren sowie verbesserte LTCC- Materialien mit höherer Widerstand gegen Risswachstum durch die Anordnung der geeigneten Mikrostrukturparametern zu entwickeln bei.