3D-MIDs als Alternative zu Flex-Leiterplatten

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Mit spritzgegossenen Schaltungsträgern (3D-MID) von Harting lassen sich gegenüber herkömmlichen flexiblen Leiterplatten zwei Drittel der Kosten einsparen.

Durch die 3D-MID-Technologie können elektronische Bauteile direkt auf einen dreidimensionalen Grundkörper bestückt werden – und zwar ohne Leiterplatten und Verbindungskabel. Der Grundkörper wird dabei von Harting im Spritzgießverfahren hergestellt, wobei der thermoplastische Kunststoff mit einem nicht leitenden, anorganischen Additiv versehen ist. Damit dieses Material elektrische Leiterbahnen aufnehmen kann, werden die Additive im Kunststoff durch eine Laserdirektstrukturierung (LDS) „aktiviert“. Dabei beschreibt der Laserstrahl die für die Leiterbahnen vorgesehenen Flächen und es entsteht eine mikroraue Struktur. Die freigesetzten Metallpartikel bilden die Kerne für die anschließende chemische Metallisierung. Auf diese Weise werden auf dem dreidimensionalen Grundkörper elektrische Leiterbahnen aufgebracht. Der verwendete Kunststoff verfügt über eine hohe Wärmebeständigkeit und lässt sich somit im Reflow-Ofen löten.

Der mit diesem Verfahren entwickelte Bauteil-Träger ist flexibel für unterschiedliche Anwendungen einsetzbar – und ermöglicht die Miniaturisierung von Bauteilen. So kann er beispielsweise mit mehreren Sensoren bestückt werden, die für eine Messung in drei Achsen (X, Y, Z) in drei Richtungen ausgerichtet werden. Die Bauteile können gleichzeitig auf zwei parallele Flächen auf der Vorder- und der Rückseite, sowie auf der Stirnfläche aufgebracht werden. Für den Bauteilträger hat der Automatisierungsexperte ein Patent angemeldet.

3D-MIDs als Antennen für 5G oder Wifi

Elektronische Bauteile können direkt auf den neuen Bauteil-Träger automatisch bestückt werden. Das oft komplexe Handling flexibler Leiterplatten entfällt durch das 3D-MID-Spritzgießverfahren. Die Kosten sind dadurch um bis zu zwei Drittel geringer. Foto: Harting

Ein weiteres Beispiel für eine 3D-MID-Anwendung ist die Antennenfunktion: Der Bauteil-Träger kann dafür mit unterschiedlichen Grundpolymeren hergestellt werden. Dabei können elektrische Eigenschaften wie Dielektrizitätskonstante und Verlustfaktor der Materialien berücksichtigt werden, die für Antennen geeignet sind. Das anwendungsspezifische Antennenlayout kann für verschiedene Applikationen im Megahertz- und Gigahertz-Frequenzbereich verwendet werden – wie zum Beispiel Bluetooth, Wifi, Zigbee oder 5G.

Harting setzt die gesamte 3D-MID-Prozesskette seit über zehn Jahren von der Projektidee bis zum bestückten Serienprodukt im eigenen Haus um. Die Technologie wird für Anwendungen unter anderem in der Medizintechnik, in der Industrie- und Unterhaltungselektronik bis hin zu sicherheitsrelevanten Bauteilen in der Automobilindustrie eingesetzt.

Spritzgießverfahren auch bei kleinen Stückzahlen im Vorteil

Elektronische Bauteile, wie LEDs, ICs, Fotodioden und Sensoren werden von Harting direkt auf den Bauteil-Träger automatisch bestückt. Die Gesamtkosten für den Bauteil-Träger sind im Vergleich zu Flex-Leiterplatten-Lösungen um zwei Drittel geringer. Der Kostenvorteil ergibt sich durch den Wegfall des oft komplexen Handlings flexibler Leiterplatten wie Bestückung, Kleben und Montage. Das Spritzgießverfahren ist selbst bei kleinen Stückzahlen im Vorteil, da der Bauteil-Träger unverändert für unterschiedliche Anwendungen genutzt werden kann und keine Kosten für ein neues Spritzgießwerkzeug entstehen. Im Vergleich zu Flex- Leiterplatten werden auch eine präzisere Positionierung der Bauteile und eine größere Wiederholgenauigkeit erreicht.

Harting nennt als weiteren Vorteil des Bauteil-Trägers die geringe Projektlaufzeit bis zur Auslieferung fertiger Komponenten. Da der Kunststoffträger unverändert bleibt, reichen Vorgaben zur Platzierung der Elektronikbauteile. Die Experten für 3D-MID erstellen daraus einen fertigungsoptimierten Layout-Vorschlag. Für die Anpassung der elektrischen Leiterbahnen an die jeweilige Anwendung reicht eine Anpassung des Laserprogramms aus. Die Auslieferung der ersten Muster aus der Fertigung ist nach Freigabe durch den Kunden und der Anlieferung der Komponenten innerhalb von zwei bis drei Wochen möglich – falls nötig auch schneller.

sk

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