Keramische Vielschichtkondensatoren (Multilayer Ceramic Capacitor, MLCC) sind Schlüsselkomponenten in der modernen Elektronik. MLCCs bestehen aus alternierenden metallischen Schichten (Elektroden) und keramischen Schichten (Dielektrika). In ultradünnen MLCC-Chips bestehen die einzelnen Mikroschichten aus submikrometrischen Metall -und Keramikpartikeln. Zudem werden nanometrische keramische Additive zugefügt, die das Sintern der Elektrode verzögern und den Sinterverzug zwischen den verschiedenen Schichtmaterialien minimieren. Eine Reihe von Mängeln wie Rissbildung, Delamination der Schichten sowie Inhomogenität und Diskontinuität der Elektrodenschichten können in ultradünnen MLCCs beobachtet werden. Rissbildung und Delamination führen zur Verwerfung des Produkts. Diskontinuitäten in den Elektroden (unbedeckte Bereiche) und mangelnde Dickenhomogenität erzeugen eine Reihe von Problemen wie zum Beispiel Kapazitätsverlust, Kurzschlüsse, Leckstrom und verringerte Zuverlässigkeit. Es ist allgemein anerkannt, dass diese Defekte auf die unterschiedliche Sinterkinetik von Elektrode und Dielektrikum während des Kosinterns der MLCCs zurückzuführen sind. Informationen über die Entstehung dieser Mängel sind jedoch nur in geringem Maß verfügbar, da herkömmliche Nachbearbeitungsmethoden und zweidimensionale (2D) Bildgebungsverfahren mit Einschränkungen verbunden sind. In diesem Zusammenhang wurden In-Situ-Synchrotronröntgentomographie sowie Simulationen mit der Diskrete Elemente Methode (DEM) durchgeführt, um den Ursprung und die Entwicklung der Mängel während des Kosinterverfahrens zu erforschen. Bildgebende Röntgenverfahren, wie z. B. 2D Radiographie und dreidimensionale (3D) Nanocomputertomographie (Röntgen-nCT) ermöglichen zerstörungsfreie In-Situ-Beobachtung der Gefügeentwicklung in 2D und 3D. Begleitend kann mittels DEM Methode das Sintern von MLCCs unter Berücksichtigung der Partikeleigenschaften des Pulvers (Partikelgröße , Packung, etc..) simuliert werden. Ein mittels Synchrotronstrahlung betriebenes Transmissionsröntgenmikroskop (TXM, Advanced Photon Source , Argonne National Laboratory , IL, USA) mit räumlichen Auflösungsvermögen von 30nm wurde verwendet, um ein repräsentatives zylindrische Volumen von Ø 20µm x 20µm aus einer 0603 (1,6 mm × 0,8 mm) Gehäusegröße eines MLCC bestehend aus Nickel (Ni) – Elektrode und Bariumtitanat (BaTiO3 oder BT) zu extrahieren und vor und nach dem Sintern unter 2H2 % + Ar-Atmosphäre zu charakterisieren. 3D-Computertomographie des Gefüges zeigt dass die Inhomogenität der gesinterten Elektrode auf die anfängliche Heterogenität in den Elektrodenschichten zurückzuführen ist. In-Situ-Röntgenradiographie während des Sinterns (Heizrampe von 10 °C und 1h Haltezeit bei 1200 °C gefolgt von einer Kühlrampe von -15 °C) eines repräsentativen Volumens eines MLCCs bestehend aus Palladium- (Pd) Elektrode und BNT (Barium – Neodym - Titanat) wurde ebenfalls durchgeführt. Diese Studie bestätigt, dass Diskontinuitäten in der Elektrode auf deren anfänglichen Heterogenität zurückzuführen sind, welche mit den Partikeleigenschaften des Pulvers zusammenhängen. Die Diskontinuität tritt im frühen Stadium des Sinterzyklus auf. In diesem Stadium beginnt die Elektrode zu sintern, während das dielektrische Material als nichtsinterndes Substrat agiert, welches eine geometrische Einschränkung zur Folge hat. Korrelative Studien mit Focused Ion Beam - Rasterelektronenmikroskop (FIB - SEM) - Tomographie wurden auf grünen und gesinterten MLCC Proben bei hoher Auflösung (5 × 5 × 5 nm3 ) durchgeführt. FIB Bilder bestätigen, dass die Auflösung der Röntgen-nCT ausreicht, um die Entwicklung dieser Heterogenität zu beschreiben. Dennoch erlaubt die FIB –Tomographie eine genauere Interpretation der Röntgen-nCT neu. Darüber hinaus stellt diese Technik detaillierte Parameter für die DEM –Simulationen bereit. DEM wurde verwendet, um das Gefüge eines Mehrschichtsystems während des Systems zu simulieren. Diese Simulationen arbeiten auf Partikelskala und beschreiben somit die Partikeleigenschaften der Schichtsysteme im frühen Sinterstadien. Zuerst wurde das Sintern der Ni-Matrix mit BT-Einschlüssen unter Verwendung des dp3D Codes (entwickelt bei SIMaP/GPM2, Université de Grenoble, Frankreich) simuliert. Die verzögernde Wirkung von BT-Einschlüssen auf das Sintern der Nickelmatrix wurde durch Variation der Größe, der Menge und der Homogenität der Einschlüsse vorhergesagt. Eine sinkende Verdichtungsrate der Matrix bei zunehmendem Volumenanteil von Einschlüssen und abnehmender Größe der Einschlüsse wird festgestellt. Bei konstantem Volumenanteil und Größe der Einschlüsse führt eine bessere Verteilung der Einschlüsse zu einer stärkeren Verzögerung der Sinterkinetik der Nickelmatrix . Das Kosintern von BT / Ni / BT -Mehrfachschichten wurde mit DEM unter Berücksichtigung der mittels hochauflösender FIB-Nanotomographie (FIB-nT) ermittelten Partikeldaten, wie zum Beispiel der Partikelgröße sowie deren Verteilung, Heterogenität und Porengeometrie, simuliert. Das Temperaturprofil wurde auch in diesen Simulationen wiedergegeben. Es zeigt sich, dass sich die Diskontinuitäten in den Elektroden aus der anfänglichen Heterogenität im Grünling sowie der geometrischen Einschränkung während des frühen Sinterstadiums ergeben. Dies ist in guter Übereinstimmung mit den experimentellen Beobachtungen. Parameterstudien legen nahe, dass Diskontinuitäten durch die Homogenisierung der Packungsdichte und der Dicke der Elektroden sowie mit einer schnelleren Aufheizrate minimiert werden können. Die experimentellen Ergebnisse und DEM-Simulationen erlauben eine allgemeine Schlussfolgerung: die Diskontinuitäten in den Elektroden nach dem Sintern stammen aus der anfänglichen Heterogenität in den Elektrodenschichten und treten im frühen Stadium des Sinterns auf, während welchem die dielektrischen Schichten die Schrumpfung der Elektrodenschichten behindern. Ein Mechanismus für die Defektentwicklung wird vorgeschlagen: Nach der Lamination der BT-Blätter gibt es zwangsläufig heterogene Regionen in den Elektroden. Unterhalb von 950-1000 oC verdichtet das Nickelpulver überall außer in den heterogenen Zonen. In letzteren wird Entsinterung beobachtet. In diesem Stadium sind die Ni-Schichten unter Zugspannung. Zugspannungen in den dünneren Abschnitten erzeugen Materialfluss in die dickeren Regionen, bis die dünneren Abschnitte unterbrochen werden und sich Diskontinuitäten bilden. Sobald die Nickelelektrode komplett verdichtet ist, stehen die Elektroden unter Druckspannung bei hohen Temperaturen (1100 °C) aufgrund der Verdichtung der BT-Blätter. Die Druckspannung resultiert in Schrumpfung des viskosen Nickels, was wiederum zu Schwellungen der Elektroden und damit zu einer weiteren Erhöhung der Diskontinuität in den Elektroden führt. Währenddessen werden die Nano-Zusatzstoffe durch ihre mangelnde Benetzbarkeit mit Ni bei hohen Temperaturen ausgetrieben. Die aggregierten Zusatzstoffe im BT sintern und erzeugen somit möglicherweise Perkolation zwischen benachbarten BT-Schichten, wodurch die mechanische Haftung zwischen Ni und BT- Schichten in den MLCCs verbessert wird.