Autor: Rubén A Perrone

Das Ziel dieser Arbeit ist es, eine Erhöhung des Integrationsgrades in keramischen Substraten bei gleichzeitiger Verbesserung der HF-Eigenschaften und Erweiterung der Bandbreite integrierter LTCC-basierter Lösungen zu erzielen. Diese Lösungen beinhalten passive Bauelemente, z.B. Induktivitäten und Kapazitäten, Leitungen und Leitungsübergänge. Diese Ziele lassen sich durch den gleichzeitigen Einsatz von Fine-Line-Strukturen, Mikro- Durchkontaktierungen und optimierte Entwurfsrichtlinien bzw. Designs für alle zu integrierenden Elemente erreichen. Die dazu notwendigen optimierten Designs werden mittels Feldsimulationen erarbeitet. Als Fine-Line-Strukturierungstechnologie wurde der Photostrukturierprozess von Dickschicht-Pasten auf und in LTCC charakterisiert und optimiert. Dabei wurden verschiedene photostrukturierbare Leitpasten von DuPont (Fodel®-Pasten) für Cofire- sowie Postfire-Prozesse untersucht. Weiterhin wurde die Realisierbarkeit der Kombination von Fodel®-Strukturen und Mikro-Durchkontaktierungen untersucht. Entwurfsregeln für diese Kombination und Anpassungsregeln zur zielgerichteten Dimensionierung vergrabener und freiliegender Fodel®-Strukturen wurden erarbeitet. Zunächst wurden Designrichtlinien für ein- bzw. mehrlagige LTCC-HF-Interdigitalkondensatoren mit niedrigeren Kapazitätswerten für höhere Frequenzen (über 1GHz) aus Simulationsergebnissen abgeleitet. Auswertungskriterium für alle der vorgestellten Kondensatorgeometrien war eine optimale Ausnutzung der Kondensatorfläche bzw. des -volumens bezüglich der maximal erreichbaren Kapazitätsdichte bei möglichst minimalen parasitären Effekten. Die HF-Eigenschaften integrationsfähiger LTCC-Spulen verschiedener Geometrien wurden durch 3D-Feldsimulationen und Messungen untersucht und charakterisiert. Verschiedene Kriterien zur Verbesserung der HF-Eigenschaften von Spulen wurden diskutiert und die erzielten Ergebnisse dargelegt. Die Vorteile und das Potenzial der passiven Integration in LTCC-Substraten wurden am Beispiel eines 10GHz-Tiefpass-Filters gezeigt. HF-Signale werden mit unterschiedlichen HF-Leitungen zwischen den Bauelementen bzw. Ein- und Ausgänge einschließlich notwendiger Übergänge geführt. Um dies breitbandig gewährleisten zu können, wurden die HF-Eigenschaften einiger HF-Leitungen hinsichtlich ihrer Bandbreite untersucht und Entwurfsrichtlinien erstellt. Die Erkenntnisse dieser Untersuchungen wurden bei der Optimierung unterschiedlicher Leitungsübergänge für Frequenzen bis 65GHz verwendet.