Untersuchungen zum Einsatz und zur Optimierung der LDS-MID-Technologie in Millimeterwellenanwendungen
Date
2025
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Abstract
Neuere Hochfrequenzsysteme arbeiten bei immer höheren Frequenzen, was zum einen die Aufbautechnik schrumpfen, auf der anderen Seite die Verluste solcher Systeme wachsen lässt. Solche Systeme profitieren von 3D-Aufbautechniken, wie sie bei MID (Mechatronic Integrated Devices) und im speziellen LDS-MID (Laser Directstructured Mechatronic Integrated Devices) eingesetzt werden. Während sich bisherige Arbeiten, allen voran die Dissertationen von Frau Aline Friedrich und Frau Li Wang, mit der grundsätzlichen Machbarkeit eines solchen Systems beschäftigten, beinhaltet diese Arbeit eine Betrachtung aller relevanten technologischen Teilaspekte, um einen Einsatz von LDS-MID bis zu Frequenzen von 80 GHz zu ermöglichen. Als Erstes werden hierfür die Anforderungen an LDS-MID in mm-Wellenanwendungen zusammengefasst und eine große Anzahl von LDS-MID-Materialien hinsichtlich der relevanten Materialeigenschaften hin untersucht. Aus diesen Untersuchungen stellte sich heraus, dass das Material TECACOMP PEEK LDS black 1047045 das aktuell geeignetste Material zur Realisierung von mm-Wellen-LDS-MID ist. Basierend auf diesem Material wird die Anpassung spezifischer Eigenschaften durch einen partiellen Austausch des Matrixmaterials durch PEI sowie die dielektrischen Eigenschaften von PEEK LDS im mm-Wellenbereich untersucht. Durch Untersuchungen zum Spritzprägen von LDS-MID wird gezeigt, dass mit dieser Methode eine Reihe von relevanten Mikrostrukturen und großflächige Wandstärkenänderungen abgemustert werden können. Im darauffolgenden Kapitel schließt sich eine Detailcharakterisierung und Optimierung der Metallisierung auf PEEK LDS an. Da die meisten MMIC (Monolithic Microwave Integrated Circuit) im mmWellenbereich heutzutage in BGA-Packages ausgeliefert werden, folgt die Betrachtung der Lötung von BGA-Packages (Ball Grid Array Packages) auf LDS-MID. Dazu werden Entflechtungsstudien unterschiedlicher BGA-Pitches und ein Prozess zur lokalen Applikation von Lötstopplack vorgestellt. Dieser Aspekt wird dann durch die Beschreibung des Lötprozesses für BGA-Packages bis zu einem minimalen Pitch von 0,4 mm abgeschlossen. Die Validierung der LDS-MID Technologie für den mm-Wellenbereich erfolgt dann durch die Charakterisierung von Übertragungsleitungen auf spritzgeprägten LDS-MID bis 30 GHz sowie auf folienextrudiertem PEEK LDS im Frequenzband zwischen 60 und 90 GHz. Abgeschlossen wird die Arbeit dann mit der Beschreibung eines Radardemonstrators mit einer Arbeitsfrequenz bei 80 GHz