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3D-MID-Technologie als Alternative zu Flex-Leiter­platten

Redakteur: Dr. Anna-Lena Gutberlet

Flexible Leiterplatten bieten viele Vorteile, aber die Bestückung und Montage sind aufwendig. Ein Bauteilträger, basierend auf 3D-MID-Technologie, soll Flex-Leiterplatten einfach ersetzen und gleichzeitig bis zu zwei Drittel der Kosten einsparen.

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Elektronische Bauteile, wie LEDs, ICs, Fotodioden und Sensoren werden direkt auf den Bauteilträger bestückt. Anschließend lassen sich die bestückten Bauteilträger wie Standard-SMD-Komponenten verarbeiten.
Elektronische Bauteile, wie LEDs, ICs, Fotodioden und Sensoren werden direkt auf den Bauteilträger bestückt. Anschließend lassen sich die bestückten Bauteilträger wie Standard-SMD-Komponenten verarbeiten.
(Bild: Harting)

Beim MID-Herstellungsprozess wird ein Kunststoffträger mit einem kundenspezifischen Leiterbahnlayout versehen, auf welchem anschließend elektronische Komponenten bestückt werden. Flexible Leiterplatten aus dünnen Polyimidfolien haben sich durch die flexiblen Einsatzmöglichkeiten in vielen Produktbereichen durchgesetzt. Ihre Bestückung und Montage erfordert allerdings einen erhöhten Handlingsaufwand.

Bauteilträger können durch automatische Bestückung verarbeitet werden

Harting hat einen Bauteilträger entwickelt, der direkt mit elektronischen Bauteilen bestückt werden kann und somit flexible Leiterplatten ersetzt. Der Bauteilträger dient als Verbindungselement zwischen der Leiterplatte (PCB) und elektronischen Bauteilen, wie LEDs, ICs, Fotodioden oder Sensoren. Die bestückten Bauteilträger werden in Blister-Gurten auf Rollen (Tape & Reel) ausgeliefert und können als Standardbauform, wie andere SMD-Elektronikkomponenten, durch eine automatische Bestückung verarbeitet werden.

Aktuell sind zwei unterschiedliche Baugrößen verfügbar, auf welchen Elektronikkomponenten mit der Standardbaugröße SOIC-8 und kleiner bestückt werden können. Darüber hinaus realisiert Harting auch kundenspezifische Baugrößen.

Der mit diesem Verfahren entwickelte Bauteilträger ist flexibel für unterschiedliche Anwendungen einsetzbar. So kann er mit mehreren Sensoren bestückt werden, die z. B. 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 Harting ein Patent angemeldet.

Für folgende drei Beispielanwendungen spielt der Bauteilträger seine Vorteile gegenüber Flex-Leiterplatten aus:

Bauteile im 90°-Grad Winkel zur Leiterplatte: Der Bauteilträger ist geeignet, wenn elektrische Komponenten wie Sensoren rechtwinklig zur Leiterplatte positioniert werden sollen. Der automatische Bestückungsprozess ermöglicht eine hohe Genauigkeit in der Platzierung der Temperatur- und Hallsensoren, was zu exakten, wiederholgenauen Messresultaten führt. Ein weiteres Anwendungsbeispiel sind optische Komponenten wie LEDs oder Fotodioden zur Realisierung von präzisen Lichtschranken.

Abstand zur Leiterplatte: Der Bauteilträger ermöglicht auch einen Abstand zwischen der Leiterplatte und einem elektronischen Bauteil. Ein Temperatursensor kann somit für die Temperaturmessung im Gehäuse eingesetzt werden, ohne, dass das Messresultat durch die Abwärme von weiteren Komponenten auf der PCB beeinflusst wird. Eine LED kann auf diese Weise in einem Abstand zur Leiterkarte platziert und somit mögliche Schattierungen umliegender Komponenten vermieden werden.

Antennenfunktion: Der Bauteilträger kann 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 MHz und GHz-Frequenzbereich verwendet werden, z.B. Bluetooth, WiFi, ZigBee oder 5G.

Kostenvorteil ergibt sich durch den Wegfall des oft komplexen Handlings flexibler Leiterplatten

Elektronische Bauteile, wie LEDs, ICs, Fotodioden und Sensoren werden von Harting direkt auf den Bauteilträger bestückt. Die Gesamtkosten für den Bauteilträger sind im Vergleich zu Flex-Leiterplatten um zwei Drittel geringer. Der Kostenvorteil ergibt sich durch den Wegfall des oft komplexen Handlings flexibler Leiterplatten wie bestücken, kleben und montieren.

Das Verfahren ist selbst bei kleinen Stückzahlen im Vorteil, da der Bauteilträger unverändert für unterschiedliche Anwendungen genutzt werden kann und keine Kosten für ein neues Spritzgusswerkzeug entstehen. Im Vergleich zu Flex-Leiterplatten werden auch eine präzisere Positionierung der Bauteile und eine größere Wiederholgenauigkeit erreicht.

Ein weiterer Vorteil des Bauteilträgers ist die geringe Projektlaufzeit bis zur Auslieferung fertiger Komponenten. Da der Kunststoffträger unverändert bleibt, reichen Vorgaben zur Platzierung der Elektronikbauteile. 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.

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