ТЕХНОЛОГІЯ LDS: ДИЗАЙН ЕЛЕКТРОНІКИ БЕЗ ОБМЕЖЕНЬ

08.06.2023 |

У процесі LDS струмопровідні доріжки позначаються лазером безпосередньо на пластикових елементах

З чого насправді складається технологія LDS (Laser Direct Structuring – Пряме лазерне структурування), найкраще простежити на основі її наступних етапів.

Формування пластикових елементів в процесі лиття під тиском

Пластмаси, на яких пізніше можна сформувати провідні доріжки методом LDS, повинні містити спеціальні добавки. Існує відносно широкий каталог пластмас, які можна використовувати для формування елемента, доступні від багатьох виробників, але щоразу пластик повинен містити вищезгадану добавку для активації поверхні. Це однокомпонентні пластмаси, які відносно легко відливаються у форму.

Активація та формування структури лазерним променем

На цьому етапі підкладка активується енергією, що подається лазерним променем. У місцях, де повинні бути створені провідні доріжки, лазер активує термопластичний матеріал і виробляє металеві ядра під час фізичної та хімічної реакції. Крім того, на додаток до активації поверхні, лазер утворює мікропористу поверхню, на якій метал, що формує доріжку, легко прикріплюється на наступних етапах.

Металізація                  

Етап металізації починається з очищення. Потім, у процесі використання мідної ванни з додаванням, провідний шар створюється без електроліту, зазвичай у діапазоні від 8 до 12 мкм/годину. Наступним кроком є ​​електрометалізація нікелю та створення шару золота. За бажанням, залежно від вимог застосування, також можна виготовляти покриття Sn, Ag, Pd/Au або OSP.

Монтаж

Багато пластикових підкладок, активованих лазером, таких як LCP, PA 6/6T або PBT/PET, мають високу термостійкість і тому можуть пройти стандартний процес пайки оплавленням. Природно, сам процес монтажу набуває 3D-виміру, тому нанесення пасти відбувається в дозаторах. В даний час на ринку є кілька постачальників обладнання для тривимірної збірки.

Переваги LDS

Перш за все, технологія LDS – це велика свобода в дизайні. Можна створювати конструкції практично будь-якої форми, об’єднуючи кілька компонентів схеми без використання друкованих плат: крім провідних доріжок, цим методом можна виготовляти антени, датчики або контактні майданчики.

Відсутність необхідності використовувати жорсткі або гнучкі друковані плати також означає додаткові можливості для мініатюризації конструкції, а отже зменшення ваги пристроїв. Виробники обладнання LDS також посилаються на коротший час монтажу, зменшення кроків у загальному процесі та відносно низькі початкові витрати.

Однією з найпопулярніших програм LDS, безсумнівно, є смартфони, що містять тривимірні поля для контактів або інтегровані безпосередньо з механічними частинами антени.

Основні принципи проектування

Доріжки та відстані між доріжками

Однією з ключових цілей використання технології LDS і створення тривимірних деталей MID (molded interconnect devices – формовані пристрої з’єднання) є ефективне використання доступного простору. Ширина доріжок ≥150 мкм (6 мил) і відстань між доріжками ≥200 мкм (7,9 мил) неодноразово перевіряли себе на практиці. Однак можна створити вузькі доріжки та проміжки, якщо цього вимагає програма.

Розміри робочого простору

Робоче поле заготовки обмежене робочим полем лазера. Лазерне поле моделі LPKF Fusion3D являє собою усічений конус з діаметром основи 160 мм (6,3″) і кутом нахилу між стінкою та основою 70 градусів. У цьому полі робота може виконуватися в трьох вимірах без обертання або підняття заготовки.

Кут лазера

Активація полімеру здійснюється лазером, тому одним із важливих параметрів процесу є кут, під яким промінь торкається активованої поверхні (фактично, він вимірюється як кут між лінією, перпендикулярною до активованої поверхні, і самим лазерним промінем). Якщо виміряний таким чином кут перевищує 70 градусів, його необхідно зменшити, обертаючи активований елемент під час процесу. Завдяки повороту можна проектувати елементи з поверхнями, повернутими одна до одної на кут до 90 градусів.

Оптимізація продуктивності

Чим вища ефективність процесу LDS, тим він економічніший. Загальний час, необхідний для обробки деталі, – це час, витрачений на переміщення компонента, і час, витрачений на його структурування. У свою чергу, час, необхідний для виготовлення конструкції, залежить від кількості положень, в яких необхідно обробити елемент. Зведення до мінімуму кількості необхідних положень разом із компонуванням окремих поверхонь безпосередньо впливає на ефективність процесу.

Покриття внутрішньої сторони отворів

Для лазерної обробки внутрішніх стінок отворів отвори повинні бути конічними (з одного або обох боків). Зі збільшенням товщини стінки отвори повинні ставати все більшими і більшими в діаметрі, щоб дозволити лазеру досягти всієї внутрішньої поверхні. Співвідношення між конічними отворами на одній грані 1:1, для отворів з обома конічними гранями – 2:1.

Тримачі та з’єднання

Тривимірні компоненти повинні надійно триматися протягом усього процесу монтажу. Тримачі повинні бути розташовані таким чином, щоб не пошкодити чутливі частини, такі як доріжки, контактні площадки або компоненти. Самі доріжки також не повинні проходити через стики самого елемента, створені в процесі його виготовлення.

За матеріалами сайту https://tek.info.pl