Beim Sintern von Keramik wird den Grünlingen bei hohen Temperaturen die Luft entzogen - ein Prozess, der unweigerlich mit einer erheblichen Volumenkontraktion und erheblichen Dimensionsänderungen einhergeht. Diese Schrumpfung führt häufig zu Verwerfungen, einem der hartnäckigsten Mängel, die die Keramikherstellung seit der Antike plagen. Während leicht elliptische Haushaltsschüsseln vielleicht unbemerkt bleiben, hat der Aufstieg der Hochleistungskeramik die Sorge um die Kontrolle der Verformung verstärkt. Bei Substraten aus Niedertemperaturkeramik (Low-Temperature Cofired Ceramic, LTCC), die in elektronischen Bauteilen verwendet werden, treten während des Co-Sinterns typischerweise flächige Schrumpfungen von 12-16% mit einer Ungleichmäßigkeit von ±0,3-0,4% auf, was die präzise Ausrichtung von Verbindungslöchern und Leiterbahnen beeinträchtigt.
Revolutionierung des Deformationsmanagements
Innovative Lösungen zielen nun darauf ab, die Schrumpfung selbst zu beseitigen, anstatt ihre Auswirkungen lediglich zu mildern. Schwindungsfreie Sintertechnologien stellen bahnbrechende Ansätze dar, bei denen Materialien die Schrumpfung entweder ganz vermeiden oder auf ein vernachlässigbares Maß reduzieren. Diese Methoden lassen sich in zwei Kategorien einteilen, die auf einer gerichteten Kontrolle beruhen:
Zweidimensionaler (2D) Null-Schrumpf
Diese Technik wurde in erster Linie für plattenförmige Bauteile wie LTCC-Platten entwickelt und ermöglicht eine einachsige Dickenreduzierung bei gleichzeitiger Unterdrückung der Schrumpfung in der Ebene durch drei Mechanismen:
Poröses Zwischenschichtsystem: Ein vorgebrannter poröser Medienkern unterstützt die äußeren Glas/Keramik-Verbundschichten während der Verdichtung. Geschmolzenes Glas dringt in die Poren ein und erzeugt dichte, flache Platten.
Modell der statischen Reibung: Zuerst wird eine dichte Zwischenschicht eingebrannt, um die oberen und unteren Schichten zu verankern; das anschließende Sintern nutzt die Grenzflächenreibung zur gegenseitigen Stabilisierung. Beide Varianten ergeben formstabile LTCC-Substrate ohne spezielle Ausrüstung.
Dreidimensional (3D) Null-Schrumpfung
Echte volumetrische Stabilität erfordert einen Ausgleich der entgangenen Porosität durch technische Expansion. Zu den Materialstrategien gehören:
- Reaktives Sintern von Cordierit-Waben unter Verwendung dichterer Ausgangsstoffe (Tonerde + Magnesia + Quarzglas), deren Kristallisation zu einem expansiven Wachstum führt, das die Beseitigung von Hohlräumen ausgleicht.
- Additive Reaktionen in Al₂O₃- oder Si₃N₄-Systemen - Einführung von Al/Si-Pulvern, die mit gasförmigen Spezies oxidative/nitrierende Phasen bilden und kontrollierte Aufblähungseffekte erzeugen.
- Herkömmliche Fliesen nutzen thermisch expandierende Mineralien wie Pyrophyllit und Diopsid während des Glasurbrandes, um die Schrumpfung bei der Verdichtung auszugleichen.
Die derzeitige Umsetzung zeigt ein deutliches technologisches Reifegefälle:
| Technologie | Produktionsbereitschaft | Typische Schrumpfungsrate | Gleichmäßigkeitsfehler | Anmerkungen |
|———————|———————|———————–|————————|——————————–|
| 2D-Null-Schrumpfung | Vollständig kommerzialisiert | <0,1% (bis zu 0,01%) | <0,008% | Massenproduktion möglich |
| 3D-Null-Schrumpfung | Labormaßstab | Nahezu Null berichtet | Schwankt erheblich | Stabilität muss weiter validiert werden
Da die Hochleistungskeramik immer engere Toleranzen erfordert - von mikroelektronischen Verpackungen bis hin zu Komponenten für die Luft- und Raumfahrt - entwickelt sich die Beherrschung der Schrumpfungstechnik weiter. Während zweidimensionale Lösungen die Fertigungsreife erlangt haben, bleibt die dreidimensionale Nullschrumpfung ein aktives Forschungsgebiet, das eine noch nie dagewesene geometrische Präzision über alle Achsen hinweg verspricht.
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Diese Liste umfasst die wichtigsten Geräte, die typischerweise in folgenden Einrichtungen zu finden sind www.v2smt.com, der sowohl für SMT- als auch für Durchstecklötverfahren (Dip) geeignet ist. Jedes Element dieses umfassenden Leitfadens ist von zentraler Bedeutung für die Gewährleistung einer qualitativ hochwertigen, effizienten und zuverlässigen Elektronikmontage.
