Elektronik im Kraftfahrzeug ist oftmals unter extrem engen Bauräumen bei hoher Temperatur- und Beschleunigungsbelastung einzusetzen. Als Schaltungsträger hat Bosch ein Mehrlagenkeramiksystem (Low Temperature Cofire Ceramic, LTCC) zur industriellen Reife entwickelt und bis heute etwa 100 Millionen LTCC-Substrate zum Aufbau verschiedenster elektronischer Steuergeräte geliefert. Ein aktuelles Beispiel für angebaute Leistungselektronik ist das Lenkungssteuergerät für die elektromechanische Lenkung im neuen Golf 5. Weitere Anwendungsgebiete sind Steuergeräte für das Antiblockiersystem und die Antischlupfregelung sowie auch Pumpensteuergeräte. Alle diese Geräte sind im Fahrzeug unter extremen Bedingungen, wie Temperatur- oder Schüttelbeanspruchung im Einsatz. Die Motronic in LTCC-Technologie wird direkt am Motor eingebaut, der Verbrennungsmotor ist somit als System voll funktionsfähig und unabhängig testbar. Erhebliche Aufwendungen für den Kabelbaum vom Steuergerät zum Motor sind nicht erforderlich. Die Grenzen des Einsatzes der Elektronik liegen bei Anwendungen in LTCC-Technik nicht im Schaltungsträger, sondern in der Robustheit der Bauelemente: Steuergeräte bei Temperaturen von 140 Grad Cel und mehr, und bei 60-facher Erdbeschleunigung sind bereits realisiert. Zukünftige Einsatzfelder werden Temperaturen größer 300 Grad Cel aufweisen. Ein LTCC-Keramiksubstrat weist auf der einen Seite aufgedruckte und getrimmte Widerstände auf. Die Schaltung verfügt somit bereits über einen Großteil des Widerstandsnetzwerks. Auf der anderen Seite ist das Schaltungslayout in Gold chemisch aufgebracht und nimmt die diskreten Bausteine auf, insbesondere integrierte Schaltungen und deren Bondverbindungen an das übrige Layout. Eine LTCC-Keramik ist typisch zwischen 0,6 und 0,9 mm dick. Jede der vier bis sechs Lagen ist mit einem Teil des Schaltungslayouts bedruckt. Mit leitfähigem Material gefüllte Löcher in den Lagen verbinden die Layoutabschnitte. Ein Schaltungsdesign geht in die dritte Dimension. Große durchgängige Vias dienen zur gezielten Wärmeabfuhr von der Oberseite (z.B. von einem IC) auf die Unterseite. Der Herstellprozess einer LTCC-Keramik wird beschrieben. Aus physikalischen Gründen sind Steuergeräte auf LTCC-Basis weniger störanfällig als Leiterplatten-Steuergeräte.
Low Temperature Cofired Ceramics (LTCC): eine Technologie für elektronische Steuergeräte unter extremen Belastungen
2004
8 Seiten, 8 Bilder, 11 Quellen
Conference paper
German
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