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ELEKTRONIKFERTIGUNG
3 - D - M I D -T E C H N O LO G I E
www.polyscope.ch
Ingenieurkunst folgt den Gesetzen der Physik
Die 3-D-MID-Technologie eröffnet
eine neue Dimension
Ingenieure und Künstler haben vieles gemeinsam, sind jedoch grundsätzlich unterschiedlich.
Gemeinsam haben sie, dass beide Neues kreieren. Dafür müssen sie auch kreativ sein.
Verschieden ist bei ihnen der Zweck des Kreierens.
» Nouhad Bachnak
Beispiele für die Fähigkeiten der Funktionsintegration der 3-D-MID-Technologie
Bei einem Künstler ist das Schaffen eines Werkes Selbstzweck. Beim Ingenieur ist es immer
ein Mittel, das einem anderen Zweck dienen
soll. Ingenieure schaffen nicht im freien Raum,
die Ingenieurkunst unterliegt strengstens den
Gesetzen der Physik. Insbesondere Elektroingenieure, die seit Jahren gezwungen sind,
ihre Ideen in Schaltungen auf zweidimensionalen Leiterplatten umzusetzen.
Miniaturisierung, Rationalisierung
und Funktionsintegration
Zumindest in diesem Bereich gibt es seit
einiger Zeit einen Durchbruch, welcher der
Kreativität des Ingenieurs erlaubt, sich in
eine dritte Dimension zu entfalten – die
Autor
Nouhad Bachnak
Director 3D-MID Technology
Member of the Management
nbachnak@cicorel.ch
3-D-MID-Technologie. Eine Technologie von
Ingenieuren für Ingenieure und getreu dem
Ingenieurgrundsatz Nr. 1, ein Werk ist nie ein
Selbstzweck, sondern nur ein Mittel, das einem anderen Zweck dienen soll. So dient die
3-D-MID-Technologie der Miniaturisierung,
Rationalisierung und Funktionsintegration.
Die Technologie ist multidisziplinär
Die 3-D-MID-Technologie (Three Dimensional
Interconnect Devices, zu Deutsch dreidimensionale spritzgegossene Schaltungsträger) ist
eine multidisziplinäre Technologie, die Mechanik und Elektronik miteinander verbindet.
Die 3-D-Schaltungsträger bestehen aus einem
spritzgegossenen Kunststoffsubstrat, auf dem
Leiterbahnen aufgebracht und elektronische
Bauteile montiert sind.
Der Zweck – mehr Funktionen
auf gleichem Raum
Miniaturisierung: Ob beim Auto, bei einer
Küchenmaschine oder beim Handy, der allgemeine Trend geht in Richtig mehr Funktionen
bei gleichbleibendem Bauraum. Die Lösung
ist, die einzelnen Bauteile kompakter herzustellen und den zur Verfügung stehenden
Bauraum optimal auszunutzen.
Rationalisierung bzw. Systemvereinfachung: Mit zunehmendem Ressourcenverbrauch und zunehmender Systemkomplexität
wächst die Notwendigkeit, diesem Trend entgegenzuwirken. Reduzierung der Bauteile und der
Montagezeiten bei einer Baugruppe bedeutet
eine bessere Beherrschung der Komplexität und
Ressourcenschonung bzw. Kostenreduzierung.
Funktionalität: Neue Funktionen, die erst
aufgrund der hohen Funktionsintegrationsarten, 3-D-Gestaltungsfreiheiten und der Präzision von 3-D-MID-Teilen machbar sind.
Die 3-D-MID-Technologie erfüllt die Anforderungen bezüglich Miniaturisierung,
Rationalisierung und Funktionalität besonders durch folgende Fähigkeiten:
■ optimale Raumausnutzung durch dreidimensionale Formgestaltung
■ hohe Funktionsintegrationsdichte mechanischer und elektronischer Funktionen
■ Einsparung von Bauteilen und Prozessschritten
Polyscope 17/11
3 - D - M I D -T E C H N O LO G I E
ELEKT RO N IK F ER T I G U NG
Vor- und Nachteile des jeweiligen Verfahrens
LDS-Verfahren
2K-Verfahren
+ Einfaches (1K) Spritzgusswerkzeug
– Einfache Layoutänderungen
+ Schmale Strukturen möglich (150 mm)
– Viele Prozessschritte (lasern/reinigen)
– Für den Laserstrahl nicht zugängliche Bereiche
können nicht strukturiert bzw. metallisiert werden
+
+
+
–
–
Nur zwei Prozessschritte für die Substratherstellung
Komplexe Leiterbahnführungen möglich
Sehr hohe Reproduzierbarkeit des Layouts
Komplexes (teures) Spritzgusswerkzeug
Leiterbahnbreiten und -abstände nur >300 μm möglich
Wann wird welches Verfahren verwendet?
LDS wird vorzugsweise bei kleinen bis mittelgrossen
Stückzahlen bzw. bei mehreren Layoutvarianten verwendet
2K wird bei grossen Stückzahlen ( >1 Mio. p.a.), grossen
zu metallisierenden Flächen und bei schwer strukturierbaren Layouts verwendet
Die Mittel – zwei Verfahren
haben sich etabliert
Zur Herstellung von 3-D-MID-Substraten gibt
es verschiedene Herstellungsverfahren, von
denen sich zwei auf dem Markt durchgesetzt
haben. Das Laser-Direkt-Strukturierungsverfahren (LDS) und das ZweikomponentenSpritzgussverfahren (2K).
LDS-Verfahren: Das Verfahren besteht aus
den drei Prozessschritten Spritzguss, Laser,
Metallisierung.
Spritzguss: Beim LDS-Verfahren stellt
man die Spritzgussteile aus einem mit einem
Metallkomplex dotierten Kunststoff her. Die
Materialauswahl erfolgt je nach Applikationsanforderungen (Betriebsbedingungen, Temperaturbeständigkeit usw.). Die Anforderungen
an die Spritzgussqualität, insbesondere an
die Spritzgusshaut (Bauteiloberfläche plus
zirka 40 µm Tiefe), sind sehr hoch, da diese
sogenannte Spritzgusshaut die Basis für die
nachfolgenden Prozessschritte bildet. Eine
Mould-Flow-Analyse vor dem Design Freeze
ist deswegen dringend zu empfehlen.
Laserstrukturierung: Nach dem Spritzgiessen der Bauteile erfolgt die Strukturierung des
Layouts auf dem Spritzgussteil mittels Laserstrahl. Der Laserstrahl aktiviert einerseits den
im Kunststoff befindlichen Metallkomplex und
andererseits raut die strukturierte Oberfläche
des Kunststoffes auf. Die aufgeraute Oberfläche begünstigt die Verankerung der Metallschicht, die bei dem nachfolgenden Metallisierungsprozess erfolgt.
Laserstrukturierung
Metallisierung: Als Erstes wird eine chemische Kupferschicht auf den strukturierten Flächen aufgebaut. Darauf können verschiedene Metallschichten aufgebaut werden.
Standardschichten sind Nickel-Phosphor
und Sudgold (Sudgold wird im Gegensatz
zum galvanischen Auftrag das chemisch aufgetragene Gold genannt und ist reines weiches Gold). Die Dicke der Standardschicht:
Cu: 8 µm; NiP: 8 µm; Au: 0,1 µm.
2K-Verfahren: Der Spritzgusskörper besteht
bei diesem Verfahren aus einer metallisierbaren und einer nicht metallisierbaren
Kunststoffkomponente. Die metallisierbare
Komponente bildet die Struktur für die zu
metallisierenden Leiterbahnen, während die
nicht metallisierbare Komponente die Isolationsfläche bildet. Die darauf folgende Metallisierung ist ähnlich wie beim LDS-Verfahren, mit einigen Anpassungen der
chemischen Bäder.
Aufbau- und Verbindungstechnik (AVT):
Die Bestückung der Substrate kann mit Löten,
Leitkleben, Boden oder NCA-Flip-Chip erfolgen. Dafür werden spezielle Bestückungsautomaten verwendet, die die 3-D-Bestückung
ermöglichen.
Am Ende der Fertigungskette entsteht ein
3-D-MID-Teil, das als Sensor in einem Auto,
als Schalter in einer Küchenmaschine oder
auch als Antenne in einem Handy seinen
Dienst zuverlässig leistet.
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Infoservice
Cicorel SA
Route de l’Europe 8, 2017 Boudry
Tel. 032 843 05 04, Fax 032 843 05 99
info-3dmid@cicor.ch, www.cicor.com
Metallisierung
Phasen des Herstellungsprozesses bei einem 3-D-MID-Teil
Spritzguss
Polyscope 17/11
Laserstrukturierung
Metallisierung
AVT
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