3D-MIDs durch Laser-Direktstrukturierung (LDS)

Hochintegrierte elektronische 3D-Bauteile

Mit Hilfe der von der LPKF Laser & Electronics SE erfolgreich in den Markt etablierten, additiven Laser-Direktstrukturierung, einem führenden Verfahren in der Molded Interconnect Device-Technologie (MID), lassen sich auf der Oberfläche von spritzgegossenen Bauteilen Leiterbahnen erzeugen. Damit können auf einzigartige Weise mechanische und elektronische Funktionen auf einem Formteil integriert werden.

Partner für Ihre LDS Anwendung

Nach der erfolgreichen Einführung der LDS-Technologie in den Markt und einer langen Zeit als führender Maschinenanbieter, zieht sich LPKF aufgrund einer Sättigung der Bedarfe für weitere Kapazitäten als beratender Dienstleister und Maschinen-Lieferant zunehmend aus dem Markt zurück und verweist auf die vielzähligen etablierten Material- und Service-Partner (siehe Liste im Download-Bereich).

Der Service für Bestandssysteme wird selbstverständlich weiterhin für die zugesagten Zeitspannen gewährleistet.

Spritzgegossene Formteile mit strukturiertem Leiterbild

Voll 3D-fähig -- der Laserstrahl definiert das Layout

Beim LDS Prozess wird die Leiterbahn durch einen Laserstrahl definiert, der das Layout direkt auf das spritzgegossene Kunststoffelement schreibt.

Dem Spritzguss-Kunststoff ist ein spezielles LDS-Additiv zugesetzt. Aus diesem Material wird zunächst das benötigte Bauteil gegossen. Anschließend werden die Bereiche, auf denen leitfähige Strukturen vorgesehen sind, mit dem Laserstrahl belichtet und dabei das zugesetzte Additiv aktiviert. In der nachfolgenden Metallisierung, zum Beispiel in einem Kupferbad, bilden sich auf den aktivierten Bereichen die Leiterbahnen bzw. Antennenstrukturen haftfest und konturscharf aus. Nacheinander lassen sich so verschiedene Schichten, zum Beispiel Nickel, Palladium sowie Gold, Silber oder Lötzinn aufbauen.

Vorteile für neue Produkte

Hohe Gestaltungsfreiheit
Miniaturisierung und Gewichtsreduktion
Integration verschiedener Funktionalitäten (3D-Leiterbahnstrukturen, Antennen, Schalter, Steckverbinder und Sensorik)
Verkürzung von Montagezeiten
Verringerung der Prozessschritte
Vergleichweise geringe Initialkosten

Das patentierte LDS-Verfahren

LDS-Prozessschritte

1. Spritzguss

Die laserstrukturierbaren Formteile werden im Einkomponenten-Spritzguss aus handelsüblichem, mit Additiven versehenem Kunststoff hergestellt. Im Vergleich zum Zweikomponenten-Spritzguss wird nur ein einfaches Werkzeug benötigt und das Gussverfahren verläuft schneller.

2. Laseraktivierung und -strukturierung

In diesem Schritt strukturiert der Laserstrahl das Leiterbild. Die Aktivierung des thermoplastischen Kunststoffmaterials erfolgt durch die Laserenergie. Eine physikalisch-chemische Reaktion erzeugt metallische Keime – das ist der Aktivierungsprozess. Zusätzlich zur Aktivierung bildet der Laser eine mikroraue Oberfläche, auf der sich das Kupfer während der Metallisierung haftfest verankert.

3. Metallisierung

Die Metallisierung der LPKF-LDS-Bauteile beginnt mit einem Reinigungsschritt. Im Anschluss daran erfolgt ein additiver Leiterbahnaufbau in stromlosen Kupferbädern, typischerweise in einer Größenordnung von 8 bis 12 μm/h. Zum Schluss erfolgt in der Regel ein stromloser Auftrag von Nickel und einer dünnen Goldschicht. Auch anwendungsspezifische Beschichtungen wie z. B. Sn, Ag, Pd/Au, OSP etc. lassen sich in diesem Verfahren aufbringen.

4. Bestückung

Viele laseraktivierbare Kunststoffe mit einer hohen Wärmebeständigkeit, wie LCP, PA 6/6T oder PBT/PET-Blend sind reflow-lötfähig und deshalb kompatibel zu Standard-SMT-Prozessen. Beim Lotpastenauftrag ist das Dispensen der Standardprozess, wenn unterschiedliche Höhenniveaus erreicht werden müssen. Es gibt eine Reihe von Anbietern für technische Lösungen der dreidimensionalen Bestückung.

LDS-Technologie in der Anwendung

Millionenfach bewährt

Die LDS-Technologie bewährt sich in vielen Alltags-Anwendungen. So ist sie in kompakten Sensoren wie etwa Drucksensoren zu finden. Auch in Mobiltelefonen werden MIDs auf Basis der LDS-Technologie verwendet. Hier dienen die dreidimensionalen Schaltungsträger platzsparend und millionenfach eingesetzt als integrierte Antenne. Anwendungen finden sich unter anderem auch in der Medizin-, Automotiv-, Klima- oder der Sicherheitstechnik.

Durchgangskontaktierungen

Mit der LPKF-LDS-Technologie lassen sich zuverlässige Durchkontaktierungen herstellen, um die Oberflächen von MIDs zu verbinden. Dies erweitert die Möglichkeiten des Layouts.