TY - THES

T1 - Untersuchung von mechanischer Schädigung an LTCC - Materialien

AU - Oberndorfer, Markus

N1 - gesperrt bis 15-10-2018

PY - 2013

Y1 - 2013

N2 - Low Temperature Cofired Ceramics (LTCCs) sind dielektrische (elektrisch isolierende) Glas-Keramik Verbundwerkstoffe, die auch Metallstrukturen enthalten können. In die Glasmatrix sind Al2O3 Partikeln eingelagert. LTCCs finden hauptsächlich Anwendung in der Elektronikindustrie – beispielsweise als keramische Leiterplatten. LTCCs zeichnen sich – verglichen mit polymeren Werkstoffen – durch ihre gute thermische Stabilität, Steifigkeit (Formstabilität) und ihren niedrigen thermischen Ausdehnungskoeffizienten aus. In diese Leiterplatten werden sowohl metallische, gut leitende Materialien wie Gold und Silber aber auch passive Bauelemente, wie Kondensatoren, Widerstände, Spulen, mitintegriert. Die Herstellung der Bauteile erfolgt schichtweise durch Laminieren von keramischen Grünfolien, Bedrucken mit Metallpasten und anschließendes Sintern. Die Sintertemperatur wird durch die Glasphase hinreichend niedrig gehalten. Dadurch wird das gemeinsame Sintern mit preiswerten Metallen (z.B. Ag) bei ca. 850°C ermöglicht. In einem gesinterten Paneel werden gleichzeitig hunderte Bauteile hergestellt, die dann durch Sägen oder Brechen „vereinzelt“ werden. Zur elektrischen Endkontrolle werden die Bauteile mit Nadeln elektrisch kontaktiert. Obwohl es sich bei LTCC-Modulen um elektrische Bauteile handelt, ist die mechanische Belastung bei der Herstellung und im Einsatz oft beträchtlich und Versagen durch Rissbildung stellt eine der häufigsten Ausfallsarten dar. In dieser Arbeit wird die Festigkeit von drei verschiedenen LTCC-Materialien in Abhängigkeit von unterschiedlichen Vorschädigungen untersucht. Einerseits werden künstliche Defekte durch diverse Eindringkörper (stumpf, spitz) in den Proben erzeugt, andererseits liegen aber schon durch Trennprozesse Kantendefekte in unterschiedlicher Ausprägung vor. Die Festigkeiten wurden an platten- und balkenförmigen Proben mittels dem 4-Kugeltest bzw. dem 3-Punktbiegeversuch bestimmt. Grundsätzlich wurde ein Festigkeitsabfall dieser Proben im Vergleich zur Materialfestigkeit gefunden. Jedoch zeigte sich, dass sich die Vorschädigungen materialabhängig unterschiedlich stark auf die Festigkeiten auswirken. Diese Trends lassen sich qualitativ durch die Unterschiede im Gefüge erklären.

AB - Low Temperature Cofired Ceramics (LTCCs) sind dielektrische (elektrisch isolierende) Glas-Keramik Verbundwerkstoffe, die auch Metallstrukturen enthalten können. In die Glasmatrix sind Al2O3 Partikeln eingelagert. LTCCs finden hauptsächlich Anwendung in der Elektronikindustrie – beispielsweise als keramische Leiterplatten. LTCCs zeichnen sich – verglichen mit polymeren Werkstoffen – durch ihre gute thermische Stabilität, Steifigkeit (Formstabilität) und ihren niedrigen thermischen Ausdehnungskoeffizienten aus. In diese Leiterplatten werden sowohl metallische, gut leitende Materialien wie Gold und Silber aber auch passive Bauelemente, wie Kondensatoren, Widerstände, Spulen, mitintegriert. Die Herstellung der Bauteile erfolgt schichtweise durch Laminieren von keramischen Grünfolien, Bedrucken mit Metallpasten und anschließendes Sintern. Die Sintertemperatur wird durch die Glasphase hinreichend niedrig gehalten. Dadurch wird das gemeinsame Sintern mit preiswerten Metallen (z.B. Ag) bei ca. 850°C ermöglicht. In einem gesinterten Paneel werden gleichzeitig hunderte Bauteile hergestellt, die dann durch Sägen oder Brechen „vereinzelt“ werden. Zur elektrischen Endkontrolle werden die Bauteile mit Nadeln elektrisch kontaktiert. Obwohl es sich bei LTCC-Modulen um elektrische Bauteile handelt, ist die mechanische Belastung bei der Herstellung und im Einsatz oft beträchtlich und Versagen durch Rissbildung stellt eine der häufigsten Ausfallsarten dar. In dieser Arbeit wird die Festigkeit von drei verschiedenen LTCC-Materialien in Abhängigkeit von unterschiedlichen Vorschädigungen untersucht. Einerseits werden künstliche Defekte durch diverse Eindringkörper (stumpf, spitz) in den Proben erzeugt, andererseits liegen aber schon durch Trennprozesse Kantendefekte in unterschiedlicher Ausprägung vor. Die Festigkeiten wurden an platten- und balkenförmigen Proben mittels dem 4-Kugeltest bzw. dem 3-Punktbiegeversuch bestimmt. Grundsätzlich wurde ein Festigkeitsabfall dieser Proben im Vergleich zur Materialfestigkeit gefunden. Jedoch zeigte sich, dass sich die Vorschädigungen materialabhängig unterschiedlich stark auf die Festigkeiten auswirken. Diese Trends lassen sich qualitativ durch die Unterschiede im Gefüge erklären.

KW - LTCC

KW - strength

KW - contact damage

KW - LTCC

KW - Festigkeit

KW - Kontaktschädigung

M3 - Diplomarbeit

ER -