Bei der Umsetzung von 3D-MID-Projekten gibt es von Anfang an viele Details zu berücksichtigen. Bereits beim ersten Entwurf des 3D-Körpers die Herausforderungen der späteren Fertigung im Blick zu haben, kann sich erheblich auf die Wirtschaftlichkeit und die Performance des späteren MIDs auswirken. Im folgenen Text erklären wir, wo die wichtigsten Fallsticke lauern und worauf es besonders zu achten gilt.
Die MID-Technologie bietet viele gestalterische Freiheiten und Möglichkeiten zur Auslegung eines Schaltungsträgers. Diese gewinnbringend einzusetzen und dabei die Wirtschaftlichkeit im Blick zu behalten, ist häufig eine besondere Herausforderung. Die zentrale Frage, wenn es um den Einsatz der 3D-MID-Technologie geht, ist:
Wenn diese Frage ausreichend beantwortet wird, kann die MID-Technologie Ihre Vorteile gegenüber alternativen Fertigungsverfahren ausspielen.
Im Folgenden führen wir ein paar Beispiele aus der Praxis auf, die häufig Thema bei der Beantwortung dieser Frage sind.
Ein oft genannter Vorteil der 3D-MID-Technologie ist die Möglichkeit, zusätzliche Funktionen zu integrieren. Das könnten zum Beispiel mechanische Funktionselemente (Gehäuse/Housing, Einfallswinkel /Abstrahlwinkel für Sensoren/Aktoren für Optik- oder Ultraschall-anwendungen) oder elektrische Funktionselemente (Antennenstrukturen, Sensorintegration, Umverdrahtung) sein.
Gerade bei der Fertigung von Prototypen und Machbarkeitsuntersuchungen, kommt der Herstellung der Grundkörper eine besondere Bedeutung zu. Entgegen der Serienfertigung, bei der die Grundkörperfertigung in der Regel mit einem Stahlwerkzeug im Spritzgussverfahren erfolgt, ergeben sich für die Fertigung der ersten Muster weitere Möglichkeiten:
Wir beraten Sie gerne bei der Auswahl eines für Sie passenden Herstellungsprozesses zur Grundkörpererzeugung.
Grundsätzlich empfiehlt es sich auch beim Grundkörper, also bei Spritzgussprozess auf die Einhaltung der LPKF-Design-Rules zu achten.
Es stehen eine Vielzahl verschiedener Kunststoffe zur Verfügung, die sich für den LPKF-LDS-Prozess (Herstellung von 3D-MIDs mittels Laserdirektstrukturierung) eignen. Der Kunde hat hier also die Qual der Wahl, einen zur Applikation passenden Kunststoff auszuwählen und dabei auch die Wirtschaftlichkeit nicht aus den Augen zu verlieren.
Wir beraten Sie gerne und unterstützen Sie auch bei der kurzfristigen Beschaffung von Mindermengen verschiedener Kunststoffe zur Fertigung von Prototypen und Machbarkeitsuntersuchungen.
Hier finden Sie eine Übersicht der aktuell am Markt verfügbaren LDS-Kunststoffe
Bei der 3D-MID-Technologie bzw. bei der Fertigung von dreidimensionalen Schaltungsträgern mit dem LPKF-LDS-Prozess werden die, sich im Kunststoff befindlichen, metallischen Additive durch den Laser „freigelegt“ und damit der Aufbau einer metallischen Schicht an diesen Stellen ermöglicht. Dem Laserprozess kommt eine bedeutende Rolle bei der Fertigung zu, da nicht nur die passenden Parameter zum Einsatz kommen müssen, um eine erfolgreiche Metallisierung zu erzeugen, sondern unter anderem auch die Platzierung des Layouts auf dem Grundkörper in diesem Fertigungsschritt erfolgt. Eine wichtige Frage, der wir uns an dieser Stelle erneut widmen wollen, ist:
Jedes MID muss in der Regel einzeln durch den LDS-Prozess, es sei denn, die Grundkörper lassen sich in einem geeigneten Werkstückträger (Fixture) zusammenfassen und gemeinsam handeln. Zusätzlich ist häufig ein erneuter Handlingsschritt notwendig, wenn mehrere Seiten eines Grundkörpers durch den Laser erfasst und strukturiert werden sollen.
Wenn der Aufwand an dieser Stelle reduziert werden kann, lässt sich die Wirtschaftlichkeit der späteren Serienfertigung häufig stark verbessern.
Die Metallisierung der 3D-MIDs finden im Anschluss an die Laserdirektstrukturierung in chemischen Metallisierungsbädern statt. Die Kosten für die Metallisierung eines Bauteils werden also erheblich von zwei Faktoren bestimmt:
Die Größe der 3D-MIDs und die Schichtdicke der einzelnen Metallisierungsschichten sind also entscheidend für die Kosten. Die Standardschichtdicken liegen bei einer chemischen Metallisierung eines 3D-MIDs bei 7-13µm für die Kupferschicht, 4-8µm für die Nickelschicht und 0,05-0,1µm für die Goldschicht.
Es kann also sinnvoll sein, sich mit den folgenden Fragen zu beschäftigen:
Wenn Schichtstärken, die über die oben genannten Standardstärken hinaus gehen gefordert sind, macht es eventuell Sinn, eine galvanische Verstärkung der chemischen Metallisierung zu prüfen. Dafür ist eine elektrische Ankontaktierung der Bauteile im Metallisierungsbad notwendig.
Bei Prototypen und Mustern erfolgt die Bestückung häufig manuell. Hier fällt die Dreidimensionalität der zu bestückenden MIDs noch nicht so stark ins Gewicht. Bei der Serienfertigung potenzieren sich Ineffizienzen durch ein unnötig komplexes Bauteildesign, oder einer nicht vollständig durchdachten Platzierung der einzelnen Bauelemente allerdings schnell zu einem großen Kostentreiber.
Mit der 3D-MID-Technologie ist vieles möglich, da der Gestaltungsspielraum gegenüber herkömmlichen Fertigungsverfahren enorm ist. Genau dieser Aspekt verleitet allerdings häufig dazu, das Wesentliche aus den Augen zu verlieren und ungewollte Show-Stopper und Kostentreiber zu generieren.
Aus diesem Grund ist eine ganzheitliche Betrachtung der gesetzten Ziele, der Lösungen und des entsprechenden Kosten-Nutzen-Verhältnisses bereits bei der Prototypenfertigung unabdingbar.
Wir beraten Sie gerne, wenn Sie Interesse an der 3D-MID-Technologie haben, oder sich bereits in der Umsetzung einer MID-Anwendung befinden.
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