Physik am Freitag: Gläser und Glaskeramiken für Elektronik-Anwendungen

Gläser und Glaskeramiken für Elektronikanwendungen: Anwendungen in Halbleiter- „packages“ und in 5G Mobilfunknetzen

Dr. Martin Letz, SCHOTT AG

Gläser sind bekannt für ihre optische Transparenz und Glaskeramiken für ihre extrem niedrige thermische Ausdehnung. In der Materialklasse der Gläser und Glaskeramiken finden sich aber auch Systeme mit Eigenschaften, die für viele Elektronikanwendungen von Bedeutung sind. Ein Beispiel dafür ist die Halbleiterindustrie mit ihrem immer währenden Trend zu kleineren und dichter gepackten Strukturen. Hier kommt das „Moore'sche Gesetz“, nach dem sich seit den 60er Jahren des vorigen Jahrhunderts die Packungsdichte auf einem Halbleiterchip etwa alle 2 Jahre verdoppelt, langsam zum Ende.

Ein Haupttreiber für weiterhin höhere Integration ist das Packen (packaging) von zunehmend komplexeren Baugruppen in einem Bauteil. Hier spielen ultradünne Gläser eine entscheidende Rolle, da sie gute dielektrische Eigenschaften mit mechanischer Steifigkeit verbinden und in Ihrer thermischen Ausdehnung massgeschneidert werden können.

Ein weiteres Beispiel sind Mobilfunkanwendungen. Die Menge der weltweit drahtlos übertragenen Daten verdoppelt sich jedes zweite Jahr und neue Mobilfunkstandards wie 5G haben gegenüber den jetzigen verfügbaren Systemen eine Erhöhung der Datenrate um einen Faktor 1000 zum Ziel. Hierfür gibt es Gläser und Glaskeramiken mit hervorragenden und definierten Eigenschaften im Bereich der dafür relevanten Frequenzen zwischen 1 und 100 GHz. Die Kombination von hoher Homogenität mit niedrigem dielektrischen Verlust und ein weiter Bereich der Dielektrizitätskonstanten eröffnet der Materialklasse der Gläser und Glaskeramiken weite Anwendungsbereiche. Im Vortrag werden einige Beispiele aus dem Bereich Antennen und Resonatoren vorgestellt.