IPD-GLAS

3D-Glasstrukturierung: Ein technologischer Durchbruch

Das Partnerprojekt IPD-GLAS wurde in Zusammenarbeit mit dem ILT (Fraunhofer-Institut für Lasertechnik) und dem IAF (Fraunhofer-Institut für Angewandte Festkörperphysik) initiiert und für den Zeitraum vom 1. Januar 2023 bis 31. Dezember 2023 genehmigt. Ziel des Projekts war es, neuartige Verfahren zur präzisen Bearbeitung von Glaswafern zu entwickeln, die für Hochfrequenz- und Quantentechnologien geeignet sind. Dies umfasst vor allem die Optimierung von Bearbeitungstechnologien.

Neue Wege in der Glasbearbeitung dank enger Zusammenarbeit

Das Projekt IPD-GLAS wird durch die enge Zusammenarbeit mehrerer Institute vorangetrieben, wobei jedes Institut auf seine jeweiligen Stärken fokussiert ist:

Im Mittelpunkt des Projekts steht die Weiterentwicklung der 3D-Glasstrukturierung mithilfe der Selective Laser-induced Etching (SLE)-Technologie. Diese ermöglicht es, 200 mm große Glaswafer, insbesondere aus Materialien wie Schott AF32eco und Quarzglas, hochpräzise zu bearbeiten. Das SLE-Verfahren setzt Laserstrahlen ein, um komplexe Mikrostrukturen im Glas zu erzeugen, bevor diese durch nasschemische Ätzung verfeinert werden. Ein zentraler Begriff dabei ist die Hatching- und Slizing-Technik, entwickelt durch das ILT im Laufe des Projektes. Hierbei handelt es sich um Laserverfahren, bei denen feine Linienstrukturen (Hatching) und präzise Schnitte (Slizing) in das Glas eingebracht werden, um komplexe Kanalgeometrien zu schaffen. Ein weiterer Fokus liegt auf der Anpassung von Strahlparametern sowie der Verbesserung des Ätzverfahrens für Aluminium-Silikat-Gläser. Das ISIT hat parallel das Verfahren zur Befüllung der Glasstrukturen mit Aluminium-Schmelzen weiterentwickelt. Dies ermöglicht die Fertigung elektrischer Leitungen in Glaswafern, die aufgrund ihrer flexiblen Geometrien und exzellenten Hochfrequenzeigenschaften besonders für 5G- und 6G-Technologien geeignet sind. Außerdem wurden im Rahmen des Projekts gemeinsam mit dem IAF Demonstratoren für IPD-Module für Hochfrequenz-Frontend-Anwendungen entwickelt.

Warum IPD-GLAS besser ist: Der innovative Ansatz

Bisher existieren mehrere konkurrierende Technologien zur Herstellung von elektrisch leitfähigen Durchführungen in Wafersubstraten, die meist auf dem Einsatz von Lot- oder galvanisiertem Kupfer basieren. Diese Verfahren erfordern eine zusätzliche Haftvermittlerschicht, was den Produktionsprozess aufwendiger gestaltet und die Anwendungsmöglichkeiten einschränkt. Besonders für Hochfrequenzanwendungen sind diese Methoden aufgrund des sogenannten Skin-Effekts problematisch: Bei steigender Frequenz konzentriert sich der elektrische Strom an der Oberfläche, was bei minderleitenden Materialien wie Haftvermittlern zu unerwünschten Verlusten führt. Ein alternativer Ansatz nutzt in Glas eingebettete Stiftvias aus Materialien wie Silizium oder Wolfram. Diese Materialien bieten jedoch ebenfalls schlechtere Hochfrequenzeigenschaften und sind für Quantentechnologien wenig geeignet. Hier setzt das Projekt IPD-GLAS mit einem revolutionären Verfahren an: Die Druckbefüllung von Glasdurchführungen mit einer Aluminium-Schmelze. Diese innovative Technologie erlaubt die Füllung von Durchgangsbohrungen in dielektrischen Substraten mit Aluminium – und das bei verschiedenen Geometrien, etwa hinsichtlich Lochdurchmesser, Flankenwinkel, Kanalneigung und Kanallänge.