LTCC-Basisfolien und Co-Firing im Verbundvorhaben Ansteuerung von LEDs durch LTCC-Ferrit-Module (ALFERMO).Abschlussbericht zum Teilvorhaben. Berichtszeitraum: 01.06.2010 bis 31.05.2013
(Deutsch)
Bitte wählen Sie ihr Lieferland und ihre Kundengruppe
Ziel des Verbundprojektes ALFERMO" war die Entwicklung einer kosteneffizienten Plattform-Technologie für lichtstarke Leuchtdioden (LED)-Arrays. Wichtiger Bestandteil ist ein miniaturisiertes Schaltnetzteil mit integriertem, planarem Leistungstransformator. Für die Herstellung dieses Transformators wurden flache Ferritkerne in dielektrische LTCC Werkstoffe integriert. Der Transformator konnte so auf ein Fünftel seiner ursprünglichen Größe verkleinert und die Treiberschaltung in den standardisierten LED-Kühlkörper (Durchmesser 10 cm, Höhe 5 cm) montiert werden. Im Rahmen des BAM-Teilvorhabens wurden neue dielektrische LTCC-Folien entwickelt, deren Ausdehnungskoeffizient und Schwindungsverhalten an die Ferritfolien (NiCuZn- bzw. MnZn-Werkstoffe) angepasst sind. Dadurch konnten ferritische und dielektrischen Folien fehlerfrei co-gesintert werden und hohe Permeabilitäten bis zu 480 in den Schichtverbunden realisiert werden. Während in kommerziellen LTCC-Schaltungsträgem Leiterbahndicken von 5 µm ausreichen, verlangt der Aufbau eines effizienten Transformators deutlich dickere Silberleiterbahnen. Erfolgreich wurden entsprechende Hochstrom- Leiterbahnen mit Dicken bis 50 pm in die dielektrischen Folien eingebracht und co-gesintert. Durch Sauerstoffpartialdruck-Steuerung beim Co-Sintern wurden die durch Silberdiffusion aus der Leiterbahn in die LTCC-Glasphase verursachten Gefügedefekte (Verzug, Delamination) minimiert. Dadurch konnten Multilayer- Transformatoren mit Hochstromleiterbahnen und bis zu 300 µm dicken Ferritlagen fehlerfrei hergestellt werden. Co-gesinterte Transformatoren mit dickeren Ferritlagen zeigten Risse, so dass für entsprechende Transformatoren vorgesinterte Ferritkerne eingesetzt werden mussten.
Aim of joint research project "ALFERMO" was to develop a cost-effective basic technology for high-power LED-arrays. Crucial part of such LED-modules is a miniaturized switching power supply with an integrated planar power transformer. Manufacturing of the planar power transformer calls for integration of flat ferrite cores into LTCC dielectric substrates. Thus, the transformer size was reduced to one-fifth of its original size, and the driver circuit can be mounted in the LED heat sink (diameter 10 cm, height 5 cm). Thermal expansion and sintering shrinkage of newly developed dielectric tapes were adapted to that of LTCC ferrite tapes (NiCuZn) in the scope of BAM sub-project Due to this, defect free and dense embedded ferrite layers co-sintered between dielectric tapes could be manufactured, and high permeabilities up to 480 were achieved for the embedded ferrites. In contrast to commercial LTCC circuits with 5 µm conductor thickness, efficient transformers require considerably thicker silver conductors. Appropriate high current conductors with a thickness up to 50 µm were integrated inside dielectric layers and successfully co-sintered. Silver diffusion into the adjacent dielectric tapes during the co-sintering led to delamination and distortion of the transformer. In order to reduce the silver diffusion and the resulting transformer failure, the oxygen partial pressure during sintering was optimized. This allowed manufacturing of defect free transformers with up to 300 µm thick ferrite layers However, pre-sintered ferrites had to be used for manufacturing of transformers with thicker ferrite layer (>300 µm).
LTCC-Basisfolien und Co-Firing im Verbundvorhaben Ansteuerung von LEDs durch LTCC-Ferrit-Module (ALFERMO).Abschlussbericht zum Teilvorhaben. Berichtszeitraum: 01.06.2010 bis 31.05.2013