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Lasertechnologie für
Mechatronic Interconnect
Devices (MIDs)

3D-MIDs durch Laser-­Direktstrukturierung (LDS)

Hochintegrierte elektronische 3D-Bauteile

Mit Hilfe der additiven Laser-Direktstrukturierung der LPKF Laser & Electronics AG, einem führenden Verfahren in der Molded Interconnect Device-Technologie – kurz 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.

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 Leiterstrukturen vorgesehen sind, mit dem Laserstrahl belichtet und dabei das zugesetzte Additiv aktiviert. In der nachfolgenden Metallisierung in einem Kupferbad bilden sich auf den aktivierten Bereichen die Leiterbahnen haftfest und konturenscharf aus. Nacheinander lassen sich so  verschiedene Schichten, zum Beispiel Nickel und 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 hohe 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 Anbieter von  technischen Lösungen für die dreidimensionale 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-, der 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.

Metallisierung

Es lassen sich je nach Anforderung verschiedene Schichten aufbauen.

  • Chemisch Kupfer, Nickel, Gold
  • Galvanisch Kupfer
  • Flash Gold

Bestückung

Eine Bestückung mit elektronischen Bauteilen nach der Metallisierung ist möglich.

  • 3D-Bestückung (pick & place)
  • Dampfphasenlöten (vapor phase soldering)
  • Leitkleben (conductive adhesive bonding)
  • Al-Drahtbonden (aluminum wire bonding)
  • Flip-Chip Prozess (flip chip process)

 Downloads

Broschüre
LPKF-LDS: Laser-Direktstrukturierung für 3D-Schaltungsträger (pdf - 2 MB)
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Guideline
Designregeln für laserdirektstrukturierte MID-Komponenten (pdf - 901 KB)
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Übersicht
Geeignete Kunststoffe für LPKF LDS Systeme (pdf - 179 KB)
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Übersicht
Zertifizierte Produzenten für das LPKF-LDS-Verfahren (pdf - 666 KB)
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Das Produktportfolio für die LDS-Technologie

Besonders für große Bauteile geeignet: Während ein Strang mit dem Laser bearbeitet wird, fährt der zweite in Position. Damit entfallen Nebenzeiten fast vollständig.

Ausgestattet mit einem Rundschalttisch lassen sich Klein-, Mittel- und Großserien von 3D-Schaltungsträgern besonders wirtschaftlich herstellen.

Das Einsteigersystem für die Produktion von 3D-Schaltungsträgern. Der Fusion3D 1100 kann mit kundeneigenen Werkstückaufnahmen ausgestattet werden.

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