Gemeinschaftstand MID auf der hybridica 2010 14 MID-Spezialisten präsentieren Verfahren und Anwendungen der 3D-MID-Technik

Redakteur: Claudia Mallok

Parallel zur electronica findet in der Neuen Messe München vom 9. bis 12. November in Halle C1 die hybridica statt, die Fachmesse für Hybridtechnologien. Auf dem Gemeinschaftsstand des 3-D MID e.V. zeigen 14 Unternehmen und Institute das Potenzial der MID-Technik in Richtung Miniaturisierung, Gestaltungsfreiheit sowie Realisierung völlig neuer Funktionen und Applikationen.

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Räumliche elektronische Schaltungsträger, Molded Interconnect Devices (MID), sind beliebig geformte Spritzgussteile mit integrierter Leiterbildstruktur. Kleinste Baugrößen und höchste Leistungsfähigkeit können durch 3D-MID-Technologie realisiert werden. Die MID-Technologie erlaubt durch die Integration neuer Funktionen eine größere Gestaltungsfreiheit für elektronische Applikationen sowie neue Möglichkeiten bei der Miniaturisierung. Sie schafft enorme technische Rationalisierungspotentiale gegenüber herkömmlichen Leiterplatten, die sie jedoch nicht ablösen, sondern sinnvoll ergänzen.

Auf dem Gemeinschaftsstand des 3-D MID e.V. – Räumliche Elektronische Baugruppen - auf der hybridica 2010 zeigen 14 Unternehmen und Institute an konkreten Lösungen des Potenzial der MID-Technik. Eine Auswahl ist in der Bildergalerie zusammengestellt:

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MID-Fertigung im Laserdirektstrukturierungsprozess

Für die Herstellung dreidimensionaler Schaltungsträger existieren verschiedene Verfahren. So werden beispielsweise 80% aller MID-Teile im Laserdirektstrukturierung (LDS)-Verfahren gefertigt. Das Schweizer Unternehmen Harting Mitronics stellt die additive Laserdirektstrukturierung nach dem LPKF-LDS-Verfahren vor, bei dem die Strukturierung mittels Laserstrahl durch Freilegen und Aktivieren spezieller Wirksubstanzen (Additive) im Kunststoff-Compound erfolgt. Anwendungen dieser Technologie sind 3D-Substrate oder Cavity Packages für Halbleiter Chips. Mit 3D-MID-Schaltungsträgern aus LCP, PA oder PBT-Substratmaterial können zahlreiche Zusatzfunktionen für multifunktionale Packages für MEMS, Sensorik und RFID-Transponder in der Automation, Telekommunikation, Medizintechnik und Logistik realisiert werden.

3D-Mikromontage

Den neuesten Stand der Technik für die vollautomatische und hochpräzise Mikromontage von räumlichen elektronischen Baugruppen auf Basis von MID zeigt Häcker Automation. Die Prozesslösung beruht auf dem Zusammenspiel einer speziellen Substrataufnahme und einem 3D-fähigen Bilderkennungssystem. Mithilfe des „VICO 520“ können dreidimensionale, spritzgegossene Schaltungsträger zeitsparend mit mikroelektronischen Bauelementen bestückt und Materialien unterschiedlicher Viskosität wie Kleber oder Lotpasten aufgebracht werden.

Die 3D-Substrataufnahme ermöglicht es, sowohl konkave als auch konvexe 3D-MID-Komponenten durch Dreh- und Kippbewegungen in die optimale Bestück- oder Dispensposition auszurichten. Die Steuerungssoftware ist dabei in der Lage, Toleranzen von bis zu 250 µm – wie sie bei 3D-MID herstellungsbedingt auftreten – vollautomatisch durch die Neuausrichtung des Werkzeugkopfs auszugleichen. Selbst bei anspruchsvollen Mikromontagen von MID-Komponenten erreicht die Anlage, die mit einem Gurtfeeder-System zur Bauteilzuführung, einem Transportband und einer Vorrichtung zur Verarbeitung von Wafern ausgestattet ist, so eine Positioniergenauigkeit von ±10 µm @ 3 sigma.

Neuer biobasierter PPA-Werkstoff

Auch aus dem Werkstoffbereich zeigen Unternehmen Neuheiten auf der Messe. Evonik Degussa GmbH präsentiert beispielsweise die neueste Generation der Polyphthalamiden für die Produktion von räumlichen Schaltungsträgern per LDS-Verfahren. Der Kunststoff VESTAMID HT plus ist ein verstärktes Polyphtalamid (PPA), mit Glasfasern und mineralischen Füllstoffen verstärkt und daher optimal auf die erhöhten Anforderungen bleifreier Lote ausgelegt.

Das LDS-fähige PPA ist zudem speziell für die Spritzguss-Fertigung geeignet. Zur Auswahl stehen PA10T mit besonders breitem Prozessfenster und sehr geringer Wasseraufnahme, das außerdem zu 50% biobasiert und damit besonders umweltfreundlich ist, sowie PA6T/X mit erhöhter Temperaturbeständigkeit. Bauteile aus dem neuen Werkstoff kommen vor allem bei Fertigungsschritten bei großer Wärme zum Einsatz.

Erhöhte Fertigungstiefe

Eine eigene, neu konstruierte Metallisierungsstraße für die LDS-Strukturierung stellt LaserMicronics vor. Dabei wird beim LDS-Prozess ein Bauteil aus einem mit LDS-Additiven dotierten Kunststoff im Einkomponenten-Spritzguss hergestellt. Anschließend wird das dreidimensionale Kunststoffbauteil zunächst mit Laser strukturiert und später metallisiert. Der Laserstrahl überträgt das dreidimensionale Layout einer Schaltung auf das Bauteil. Im darauf folgenden stromlosen Metallisierungsprozess bauen sich bis zu drei Metallschichten nacheinander auf und bilden das Leitungsnetz.

Während der Spritzguss mit erprobten Materialen und Partnern erfolgt, schließt die neue Metallisierung eine strategische Lücke zwischen Rohling und Endprodukt. Beide Prozessschritte liegen in einer Hand. Die neuentwickelte Metallisierung von LaserMicronics umfasst 27 getrennte Bäder und eine zusätzliche Trocknung. Temperatur, Sättigung der Bäder, Tauchdauer sowie eine vollständige Benetzung sind für einen zuverlässigen Schichtaufbau entscheidend.

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Produktbeispiel MID LED-Leuchtelement

Multifunktionale LDS-Komponenten kommen nicht nur in der Elektronik- und Automobilindustrie oder Telekommunikation und Industrieautomatisierung zum Einsatz. Potenzial bieten diese Bauteile insbesondere auch für die Medizintechnik. 2E mechatronic ist es gelungen, das LDS-Verfahren für die Herstellung von MID-Teilen für die Medizintechnik einzusetzen. Das neue LDS-MID-basierte LED-Leuchtelement für die Dentaltechnik ist eine Eigenentwicklung des Unternehmens und wird mittels Laserdirektstrukturierung hergestellt. Die Hochdrucklampe mit dem Bauelement zeichnet sich dabei vor allem durch eine sechsfache Lebensdauer bei gleichzeitig enormer Leuchtkraft und geringem Energieverbrauch aus.

Serienfertigung im Partnerverbund

Das neugegründete Unternehmen MID-TRONIC Wiesauplast fertigt MID-Baugruppen in den MID-Technologien Zweikomponenten-Spritzguss und LDS-Technik und deckt die gesamte Wertschöpfungskette ab: die Fertigungsschritte Spritzguss, Lasern, Bestücken und Löten der elektronischen Bauteile sowie den elektrischen Test. Um die Entwicklung der MID-Technik voranzutreiben, entwickelt MID-TRONIC zusammen mit Partnern derzeit einen neuen 3D-Bestückautomaten. Diese Anlage basiert auf einer Standardmaschine, in der ein Sechs-Achs-Roboter in das Maschinenbett der Anlage integriert ist. Diese Maschine wird ab Sommer 2011 im Einsatz sein.

MID-Technik im Messeforum auf der hybridica 2010

Dem Potenzial und den Trends in der Entwicklung und Fertigung von MID-Technik widmet sich auch das hybridica Forum. In speziellen Vorträgen präsentieren Experten die neuesten Entwicklungen im Bereich der MID-Technik. Markus Thamm, Chief Marketing Officer von Häcker Automation, hält beispielsweise am dritten Messetag einen Vortrag zur „3D-Mikromontage von spritzgegossenen Schaltungsträgern (3D-MID)“. In einem weiteren Vortrag schildert Karl Görmiller, Managing Director bei MID-TRONIC Wiesauplast, die „Erfahrungen eines mittelständischen Unternehmens beim Aufbau einer MID-Fertigung“.

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