LTCCs bestehen aus einem dreidimensionalen Mikronetzwerk aus Metallstrukturen, die in einem Glas-Keramik-Substrat eingebettet sind. Das Co-Sintern des keramischen Substrats mit den metallischen Leiterbahnen bei Temperaturen von ca. 900° C erlaubt die Verwendung von Ag und Cu als Elektrodenmaterial (siehe Abbildung c). Im Vergleich zu typischen Kunststoffleiterplatten (z.B. PCB) weisen LTCCs eine höhere thermomechanische Stabilität auf (d.h. höherer Elastizitätsmodul, geringerer thermischer Ausdehnungskoeffizient) und können höheren Beschleunigungen standhalten (bis ca. 60 g). LTCCs können bei hohen Temperaturen (bis 180° C) eingesetzt werden und eignen sich daher für Systeme, die sowohl thermischen als auch mechanischen Belastungen ausgesetzt sind.
Ein wesentliches Problem bei der Herstellung von LTCCs ist die Kombination von Materialen mit unterschiedlichen Ausdehnungskoeffizienten, die zu hohen lokalen Spannungen führen können. Diese internen Spannungen können evtl. zu einer Entstehung von Rissen führen sowie zu Delaminationen zwischen den Keramiklagen und den Metallelektroden. Hauptziel dieses Projekts war die Identifizierung von „Schwachstellen“ im Design von LTCCs. Zu diesem Zweck wurden neue miniaturisierte Testmethoden entwickelt, um die mechanische Festigkeit an verschiedenen Stellen im Inneren der Komponente zu bestimmen. Die Untersuchungen quantifizierten den Einfluss von Feuchtigkeit auf die mechanische Festigkeit und Lebensdauer von LTCC-Substraten. Dieses Know-how wurde an die am Projekt beteiligten Unternehmen weitergegeben und hat bereits Eingang in die Prozessführung in der LTCC-Produktion gefunden.
Als zweites Ergebnis des Projekts wurde ein auf FE-Modellen basierendes Designtool entwickelt, um die mechanischen Belastungen an bestimmten Stellen des Bauteils (d.h. in der Nähe von Durchkontaktierungen, zwischen Keramik und Metallelektroden) zu analysieren. Dieses Modell erlaubt die Umsetzung von Designstrategien, um die mechanische Beanspruchung bestimmter Stellen innerhalb der LTCCs zu reduzieren und somit die mechanische Zuverlässigkeit und Lebensdauer des Bauteils zu erhöhen.
Die wissenschaftliche Leistung besteht unter anderem in der Entwicklung geeigneter Testverfahren zur lokal aufgelösten, quantitativen Ermittlung der (Zeit-)Festigkeit von LTCC-Substraten. Darüber hinaus führten die Arbeiten zu einem besseren Verständnis der Auswirkungen der Umgebungsbedingungen auf die mechanische Festigkeit von LTCCs. Das im Rahmen des Projekts entwickelte parametrische 2D FE-Modell zur Beschreibung der Belastungen an bestimmten Stellen der Komponenten hat somit entscheidend dazu beigetragen, die Unternehmenspartner (insbesondere EPCOS OHG) in der Designoptimierung zu unterstützen.
Das Projekt wurde mit den Unternehmen EPCOS OHG (Deutschlandsberg) und Continental Automotive GmbH (Regensburg, Deutschland) sowie mit dem Institut für Struktur- und Funktionskeramik der Montanuniversität Leoben bearbeitet.