pdf ( 3 MB ) - LPKF Laser & Electronics AG

1 Einleitung
Fortschreitende Miniaturisierung bei zunehmender Komplexität der Formteile durch
Funktionsintegration sowie immer kürzer werdende Produkt-Lebenszyklen sind die
Herausforderungen denen sich Anbieter moderner, hochwertiger Funktionsbauteile
heute vor allem in der Elektro/Elektronik-, in zunehmendem Maße aber auch z.B. in
der Automobil-, Medizin- und Telekommunikationsindustrie stellen müssen.
Zusätzlich unterliegen die meisten Produkte einem ständig wachsenden
Wettbewerbsdruck nach immer höherer Performance bei gleichzeitig höherer
Zuverlässigkeit und niedrigerem Preis. Für den Automotive-, bzw. Automotive-
Zulieferer-Bereich gilt dies insbesondere. Bei modernen PKW der Mittelklasse
entfallen z.B. die Kosten mit steigender Tendenz auf elektronische und
mikrosystemtechnische Komponenten. Das jährliche Wachstum allein der
Halbleiterkosten an den Gesamtfahrzeugkosten betrug in den letzten Jahren 17% [1].
Nicht nur Abmessungen und Gewicht sowie der Energieverbrauch müssen reduziert
werden, sondern auch in der Fertigung müssen die Verfahren vereinfacht und
verkürzt werden um auch in lohnintensiven Ländern fertigen und gleichzeitig
wettbewerbsfähig sein zu können. Dazu ist die Zahl der Teile einschließlich Montageaufwand
deutlich zu reduzieren, wofür spritzgegossene Schaltungsträger (Moulded
Interconnect Devices - MID) in Kombination mit einer geeigneten Aufbau- und
Verbindungstechniken ideal geeignet sind. MIDs nutzen die große räumliche
Gestaltungsmöglichkeit des Kunststoffspritzgießens und integrieren mechanische
und elektrische Funktionalität in einem Modul. Typische mechanische Funktionen wie
Taster, Stecker- und andere Verbindungselemente sind z.B. gleichzeitig in ein, als
Schaltungsträger dienendes Funktionsbauteil integrierbar. Abhängig von der
Zielsetzung können sowohl einfache Leiterbahnen als Kabelersatz wie auch feinste
Schaltungen als z. B. Sensormodul oder als Chipgehäuse im Bereich des
Mikropackaging eingesetzt werden.
Mit dem von LPKF entwickelten Laser-Direkt-Strukturierungsverfahren (LDS) ist es
möglich, hochauflösende Schaltungslayouts auf komplexen dreidimensionalen
Trägerstrukturen zu realisieren und die oben angesprochenen Einheiten Gehäuse
und Leiterplatte funktionell zu integrieren. Die Grundlage des Verfahrens bilden
dotierte Thermoplaste, auf denen die zu realisierenden Leiterbahnen mittels Laser
gezielt aktiviert und anschließend im chemischen Bad metallisiert werden können.
Die Grundidee dieser Technologie besteht darin, dass bei Einwirkung der
Laserstrahlung spezielle metallorganische Substanzen im Kunststoff aktiviert werden
und diese aktivierten Keime eine nachfolgende stromlose Metallisierung ermöglichen.
Bei der Laserstrukturierung wird gleichzeitig die erforderliche Oberflächenstruktur an
der Grenzfläche Kunststoff-Metall erzeugt, die für eine hohe Haftung verantwortlich
ist.
Um die Lücke zwischen der Produktentwicklung und der Serienproduktion zu
schließen, können neben einer Reihe von Hochleistungsthermoplasten auch
Duroplaste mit entsprechenden metallorganischen Substanzen dotiert werden. Diese
werden als Harz-Härter-System für etablierte Prototyping-Verfahren eingesetzt, wie
z.B. das Vakuumgießen von Polyurethanharzen. Dadurch wird der Entwickler in die
Lage versetzt Prototypen von spritzgegossenen Schaltungsträgern herzustellen,
ohne vorab in ein kostenintensives Spritzgießwerkzeug investieren zu müssen.
Innerhalb kürzester Zeit können mit dem LPKF-LDS-Verfahren auf Basis von 3-D
CAD Volumendaten elektrisch funktionale Prototypen hergestellt werden. Im