LTCC-Leiterplatten: Robuste Technologie für anspruchsvolle Umgebungen

In industriellen Anwendungen, in denen Elektronik extremen Temperaturen, Vibrationen oder korrosiven Bedingungen standhalten muss, sind Low-Temperature Co-fired Ceramic (LTCC)-Leiterplatten besonders zuverlässig. Im Gegensatz zu herkömmlichen Leiterplatten setzen LTCCs auf keramische Substrate und ein Mehrschicht-Co-Sinterverfahren, um Herausforderungen bei der Hochfrequenzleistung, Wärmeableitung und Miniaturisierung zu bewältigen – und so die Gesamtzuverlässigkeit zu verbessern.

LTCC-Leiterplatten bestehen aus mehreren keramischen Schichten, die gestapelt und bei Temperaturen zwischen 850 °C und 950 °C gemeinsam gesintert werden. Im Gegensatz zu herkömmlichen Leiterplatten aus Epoxidharz oder Glasfaser bieten keramische Substrate eine bessere Wärmeleitfähigkeit, höhere mechanische Stabilität und eine höhere Widerstandsfähigkeit in anspruchsvollen Umgebungen. Durch das Herstellungsverfahren können passive Bauteile wie Widerstände direkt in die Leiterplatte integriert werden – das reduziert die Komplexität der Montage und spart Platz.

Die wichtigsten Eigenschaften der Low-Temperature Co-fired Ceramic-Technologie:

• Hohe Frequenzstabilität: Durch geringe dielektrische Verluste eignen sich LTCCs ideal für Millimeterwellenfrequenzen (bis zu 100 GHz), z. B. in 5G-Antennen und Radarsystemen.
• Effiziente Wärmeableitung: Keramik leitet Wärme besser ab als FR-4 und verhindert so Hotspots in Hochleistungsanwendungen.
• Miniaturisierung: Die Integration von Bauteilen ermöglicht kompakte Designs.
• Hohe Widerstandsfähigkeit: LTCCs sind resistent gegenüber Temperaturschocks, Vibrationen und chemischer Belastung – selbst in ungeschützten Umgebungen.

„Was die Low-Temperature Co-fired Ceramic-Technologie besonders leistungsfähig macht, ist ihre Fähigkeit, auch unter jenen extremen Bedingungen zuverlässig zu funktionieren, in denen herkömmliche Leiterplatten versagen würden“, erklärt Mark Jagodzinski, Director of LTCC Manufacturing bei Bosch USA. „Wir haben Fälle erlebt, in denen die Elektronikgehäuse durch extreme Hitze geschmolzen sind – doch die LTCC-Platine im Inneren funktionsfähig blieb. Das ist das Maß an Zuverlässigkeit, über das wir hier sprechen.“

LTCC-Leiterplatten machen laut Branchenanalysen nur einen kleinen Anteil der weltweiten Leiterplattenproduktion aus. Sie kommen dort zum Einsatz, wo Leistung wichtiger ist als Kosten – etwa in der Luft- und Raumfahrt, in Automobilsteuergeräten oder in implantierbaren Medizingeräten. „LTCCs werden herkömmliche Leiterplatten nicht ersetzen“, sagt John Farmer, technischer Experte bei Bosch USA. „Aber sie lösen entscheidende Probleme, wo Standardplatinen versagen – beispielsweise indem sie verhindern, dass Bauteile in Hochlastumgebungen Feuer fangen.“

• Hohe Designkomplexität:
  Die Einbettung passiver Komponenten erfordert präzise Layoutregeln, um Signalstörungen zu vermeiden. Beim Sintern kommt es zu Schrumpfungsabweichungen, die jedoch mit fortschrittlichen Bosch-Technologien wie „Zero-Shrink-Sintering“ minimiert werden.
• Kostenfaktor:
  Die Produktion von LTCCs kann drei- bis fünfmal so teurer im Vergleich zu Standard-Leiterplatten sein – unter anderem aufgrund der Materialkosten (z. B. Silberleiterbahnen) und des aufwändigen Batch-Fertigungsprozesses.
• Begrenzte Skalierbarkeit:
  Um Verformungen beim Sintern zu vermeiden, sind LTCC-Platinen oft klein (≤ 5 × 5 cm), was ihren Einsatz in größeren Systemen erschwert.

Farmer rät Ingenieurinnen und Ingenieuren: „Beginnen Sie frühzeitig mit der Planung und nutzen Sie unser Know-how, um das beste Verhältnis zwischen Leistung und Kosten zu finden.“

Da 5G, autonomes Fahren und Industrie 4.0 die Elektronik immer härteren Umweltbedingungen aussetzen, wird für LTCCs ein jährliches Wachstum von 6–8 % prognostiziert. Alternativen wie ultra-niedrig verlustbehaftete organische Substrate könnten in Hochfrequenzanwendungen konkurrieren, aber die mechanische Widerstandsfähigkeit von LTCCs sichert ihre Bedeutung in kritischen Anwendungen.

Möchten Sie mehr über LTCCs erfahren? Sprechen Sie mit uns – wir beraten Sie gerne zu Ihren spezifischen Anforderungen und zeigen Ihnen, wie Sie von unserer Unterstützung profitieren können.