Электронные устройства без печатных плат
Прямое лазерное структурирование (LDS) – особая история успеха. Уже почти 20 лет можно наносить токопроводящие дорожки непосредственно на пластиковые детали в рамках серийного производства. Технология LDS позволяет производить электронные узлы гибкой геометрической формы. Благодаря этому процессу электронные устройства, такие как смартфоны, датчики или медицинские устройства, стали еще меньше и производительнее. Автоматические производственные процессы также делают эту процедуру более экономически целесообразной.
Электронные устройства становятся всё более компактными, поэтому требуются решения, которые придут на смену традиционным печатным платам. Технология LDS способствует дальнейшей миниатюризации и позволяет создавать геометрически более сложные конструкции. Это стабильный и надежный процесс, зарекомендовавший себя в секторах, в которых качество критически важно, таких как медицинская техника или устройства обеспечения безопасности в автомобильной отрасли.
Трехмерные узлы с технологией LDS
Прямое лазерное структурирование позволяет изготавливать блоки с трехмерными литыми монтажными основаниями (3D-MID). С применением технологии 3D-MID электронные компоненты можно поместить непосредственно на трехмерное основание без печатных плат или соединительных кабелей. Основание производится методом литья под давлением, при котором в термопластик вводится непроводящая неорганическая добавка.
Прямое лазерное структурирование (Laser Direct Structuring, LDS)
Структуру токопроводящих дорожек наносят с помощью технологии LDS.
Технология LDS позволяет производить электронные узлы гибкой геометрической формы. Благодаря этому процессу смартфоны, слуховые аппараты и умные часы становятся меньше и производительнее.
Добавки в материале активируются под действием прямого лазерного структурирования, и на пластик можно нанести токопроводящие дорожки. Лазерный луч записывает области, предназначенные для токопроводящих дорожек, и создает структуру с микрошероховатостями. Освобожденные металлические частицы формируют ядра для последующей химической металлизации. Так токопроводящие дорожки наносят на отмеченные лазером области. Другие области трехмерного основания остаются без изменений. Этот пластиковый компонент затем можно собрать в рамках стандартных процессов поверхностного монтажа, как обыкновенную печатную плату. Также он подходит для пайки в паяльной печи.
Универсальное применение лазерной технологии
HARTING 3D-MID AG – крупнейший поставщик компонентов 3D-MID за пределами Азиатского региона. Для процесса прямого лазерного структурирования компания HARTING применяет высокопроизводительные лазерные системы с тремя параллельно работающими лазерами, со смещением на 45 градусов. Благодаря дополнительной оси вращения компоненты можно одновременно обрабатывать лазером со всех сторон (360 градусов). Эта технология позволяет производить изделия гибкой геометрической формы, такие как отражатели или светодиодные лампы. Несмотря на минимальную толщину токопроводящих дорожек в 16–20 нм, они подходят для сложных автомобильных компонентов или устройств с током силой до 10 А, например, для нагревательных спиралей в камерах, которые предотвращают запотевание оптики.
Габариты и расположение
Минимальное расстояние между токопроводящими дорожками (a): 50–150 нм Минимальная ширина токопроводящих дорожек (b): 50–150 нм
Радиус (r): 0,2 мм
Частые изменения во время фазы разработки электроники или новые компоненты с другими габаритами могут привести к дорогостоящей регулировке при традиционном производстве печатных плат. Напротив, схему лазерной обработки можно очень гибко адаптировать с помощью параметров управляющего программного обеспечения лазера. Для этого не требуются изменения в литьевом формовании.
Производство прототипов с помощью технологии LDS также легче по сравнению с традиционными процессами. Компания HARTING может произвести пластиковое основание с помощью совместимого с технологией LDS материала и трехмерной печати. Также можно воспользоваться литьевым формованием с недорогими инструментами для создания прототипов.
Новые тенденции в процессе прямого лазерного структурирования
Некоторые аспекты технологии LDS были усовершенствованы и развиты за последние несколько лет.
- Рабочая область лазера была увеличена с 160x160x80 мм до 200x200x80 мм, что повысило плотность компоновки и позволило обрабатывать еще более крупные компоненты.
- Рабочую скорость лазера можно удвоить до 4 м/с посредством оптимизации сервоузла и зеркал, направляющих лазерный луч, что существенно сокращает время обработки.
- Усовершенствование оптики позволило применять лазерный луч диаметром 100 нм и лазер с острой фокусировкой 50 нм для обработки еще меньших структур.
Компания HARTING – единственный производитель компонентов 3D-MID в мире, обладающий лазерной системой с тремя оптическими устройствами точной фокусировки 50 нм. Благодаря этому, лазеру с точной фокусировкой можно добиться ещё меньших токопроводящих дорожек. Поэтому на один компонент можно нанести много токопроводящих дорожек и повысить плотность компоновки. Помимо прочего, это применяется в технике обеспечения безопасности, так как расположенные близко друг к другу и переплетающиеся проводники могут привести к срабатыванию тревоги даже из-за небольшого физического воздействия на них.
Совершенствование материалов и оптимизация экономики
Для применения в процессе прямого лазерного структурирования сертифицированы только отобранные термопластики; они доступны со склада. Этот процесс можно дополнительно улучшить посредством адаптации пластика к требованиям заказчика:
- в компании HARTING существует процесс, в рамках которого можно ввести добавки LDS в несертифицированные материалы, чтобы они стали совместимыми с технологией MID.
- C помощью цветовых пигментов и специальных добавок LDS можно придать пластику MID особые цвета RAL или Pantone.
- Выбрав подходящие добавки, можно придать ему особые радиочастотные характеристики в зависимости от частотного диапазона.
Чтобы дополнительно повысить экономичность производственного процесса, в компании HARTING применяют автоматизированные роботизированные системы. Лазерная система LDS оснащена вращающимся индексируемым столом, который позволяет вставлять и вынимать компонент в то время, когда другой компонент еще обрабатывается. Процедуры подачи и выгрузки автоматизированы компанией HARTING с помощью роботов. Это повышает производительность и автономность, а также обеспечивает интеграцию в автоматизированные производственные процессы. Процесс литьевого формования также автоматизирован. Здесь робот вынимает детали, изготовленные методом литья под давлением. Применение робототехники также повышает точную воспроизводимость процессов и, следовательно, общее качество продукции.
Защитные крышки для платежных терминалов
Изготовленные с технологией 3D-MID крышки от компании HARTING обеспечивают механическую и электрическую защиту электроники от несанкционированного доступа. Высокоточная изгибающаяся структура определяет любой доступ, какой бы незначительный он ни был, и предотвращает кражи.
Дальнейший рост технологии 3D-MID
Компания HARTING зафиксировала растущий спрос на проекты с применением технологии MID и дополнительно расширила подразделение 3D-MID, сделав инвестиции в машинное оборудование и приобретя компанию конкурентов. Инновационные собственные продукты также подпитывают дальнейший рост. Компания HARTING разработала решение, основанное на технологии 3D-MID, в рамках которого гибкие печатные платы заменяет компонентная несущая. Вместо гибких печатных плат можно оснастить электронными компонентами саму компонентную несущую, что снижает стоимость на две трети.
