Mechatronic integrated devices (MID)

Online-Anfrage für Mechatronic Integrated Devices/MID

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Sie können auch ohne CAD-Daten eine Anfrage für das 3D-MID online platzieren. Geben Sie dazu einfach Ihre Anfrage, Ihre spezifischen Anforderungen, sowie das gewünschte Material Ihres Werkstücks in unser Online-Anfrage-Formular ein. Unsere Experten prüfen Ihre Daten und nehmen dann umgehend mit Ihnen Kontakt auf, um Ihnen schnellstmöglich ein attraktives Fertigungsangebot unterbreiten zu können.

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Mehr Funktionalität für räumliche elektronische Baugruppen – Mechatronic Integrated Devices

Als Mechatronic Integrated Devices oder auch Molded Interconnect Devices (spritzgegossene Schaltungsträger) bezeichnet man räumliche elektronische Baugruppen – sogenannte 3D-MID. Mit einem speziellen Verfahren werden metallische Leiterbahnen auf ein bestimmtes Substratmaterial (häufig Kunststoff) aufgebracht und so dreidimensionale Baugruppen erzeugt, die gleichzeitig als Schaltungsträger dienen.

Diese räumlichen elektronischen Baugruppen werden mittels 3D-MID-Technologie gefertigt und ermöglichen gegenüber herkömmlichen Baugruppen die Integration von elektronischen, mechanischen, fluidischen, optischen und thermischen Funktionen. Die so entstehenden Zusatznutzen stellen Vorteile dar, die mit zweidimensionalen Schaltungsträgern (Leiterplatten) nicht realisiert werden können.

Aufgrund der Gestaltungsfreiheit die die Verwendung von spritzgegossenen Kunststoffträgern als Basis eines Mechatronic Integrated Device ermöglicht, spricht man in diesem Zusammenhang auch von 3D-Elektronik. Die Begriffserweiterung Mechatronic Integrated Devices gegenüber Molded Interconnect Devices (Ursprung Molded = spritzgegossen) wird zunehmend verwendet, da die dreidimensionalen Grundkörper nicht mehr ausschließlich durch den Einsatz der Spritzgusstechnologie und nicht mehr ausschließlich aus Kunststoff hergestellt werden.

Der Einsatz innovativer Technologien zur Herstellung der Grundkörper wie beispielsweise dem 3D-Druck und die Verwendung neuer Substratmaterialien ermöglichen immer weitere Funktionalitäten und erweitern die Möglichkeiten der MID-Technologie zunehmend. Siehe dazu auch hier: Erste Schritte mit der 3D-MID Technologie.

3D-MID-Prototyp: MIDCopter
3D-MID-Prototyp: MIDCopter

Herstellung von 3D-MID

Es existieren verschiedene Fertigungsmöglichkeiten zur Herstellung von 3D-MID. Neben dem 2K-Spritzgießen, dem Laser-Resist-Verfahren und dem Heißprägen, gehört vor allem das durch das deutsche Maschinenbauunternehmen LPKF Laser&Electronics AG entwickelte LPKF-LDS-Verfahren (Laser-Direkt-Strukturierung) zu den gängigen Methoden zur Fertigung von Mechatronic Integrated Devices.

Wir fertigen ausschließlich nach dem von LPKF entwickelten Verfahren und dem Laser-Resist-Verfahren.

Die Herstellung von Mechatronic Integrated Devices/MID nach dem LPLF-Verfahren erfolgt in einer Prozesskette mit den folgenden vier grundlegenden Prozessschritten:

1. Grundkörpererzeugung (Spritzguss, 3D-Druck)

Im ersten Prozessschritt wird der Grundkörper erzeugt, der später als Schaltungsträger verwendet werden soll. Dazu werden mit speziellen Additiven versehene Kunststoffe (meist Thermoplaste) eingesetzt. Die Verarbeitung dieser Kunststoffe findet im Spritzgießverfahren und zunehmend im 3D-Druck statt.

2. Laser-Direkt-Strukturierung von Mechatronic Integrated Devices

Bei der Laser-Direkt-Strukturierung werden die speziellen im Kunststoff enthaltenen Additive „freigelegt“. Das dazu verwendete Verfahren wurde von der LPKF Laser & Electronics AG entwickelt. Bei der Ablation der obersten Spritzgusshaut werden die darunter befindlichen Keime durch den Laserstrahl aktiviert und somit für eine spätere Metallanhaftung modifiziert.

3. Metallisierung von Mechatronic Integrated Devices

Die durch die Laser-Direkt-Strukturierten modifizierten Kunststoffkörper lassen sich in speziellen Metallisierungsprozesse chemisch oder galvanisch weiterverarbeiten. Die bei der Strukturierung freigelegten Additive dienen im Prozessschritt der chemischen Metallisierung als Keimling für Kupferpartikel.

Auf dieser Art und Weise entsteht eine erste leitfähige Schicht, die in weiteren Metallisierungsprozessen verstärkt, oder mit anderen Metallen (z.B. Nickel, Gold) ergänzt werden kann. Bei der chemischen Metallisierung wird stromlos metallisiert, bei der galvanischen Metallisierung werden die Bauteile elektrisch ankontaktiert.

So können noch höhere Schichtdicken bei der Metallisierung erzielt werden. Der am häufigsten verwendeten Schichtaufbau besteht aus einer Schicht Kupfer, gefolgt von einer Schicht Nickel und einer abschließenden Schicht Gold (Flashgold).

4. Bestückung von Mechatronic Integrated Devices

Im letzten Prozessschritt der Herstellung eines MID, können die Mechatronic Integrated Devices mit elektronischen Bauelementen bestückt werden. Mechatronic Integrated Devices/MID lassen sich dabei grundsätzlich nach demselben Prinzip bestücken, wie herkömmliche Platinen.
Eine besondere Herausforderung stellt die Bestückung der dreidimensionalen Schaltungsträger allerdings dar, wenn viele Bauelemente auf verschiedensten Ebenen der MID-Baugruppen platziert werden sollen und so ein komplexes Bauteildesign entsteht.

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.

3D-Bestückung eines MID-Bauteils bei TEPROSA
3D-Bestückung eines MID-Bauteils bei TEPROSA

Vorteile von Mechatronic Integrated Devices/MID

Die Verwendung der MID-Technologie ermöglicht die Integration von mechanischen und elektronischen Funktionen und kann somit zu einer Miniaturisierung einer Baugruppe beitragen.  Gestalterische Freiheiten in der Entwicklung, die Reduktion von Montagekosten und weitere Kostenvorteile sind weitere Vorteile der Technologie.

  • Hohe Gestaltungs- und Designfreiheit für die Entwicklung von elektronischen Bauteilen
  • Integration von zusätzlichen Funktionen für Kunststoffteile (Antennen, RFID-Elemente, Schalter, Abschirmungen, Stechverbinder…)
  • Hoher Miniaturisierungsgrad möglich
  • Reduktion von Montagekosten, zum Beispiel durch monolithische Integration
  • Prototypenfertigung kostengünstig und schnell im 3D-Druck-Verfahren.

Prototyping und Machbarkeitsstudien für Mechatronic Integrated Devices

Bei der Anwendung der MID-Technologie 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. Lesen Sie in unserem Blog, wo die wichtigsten Fallsticke lauern und worauf es besonders zu achten gilt.

Werkstoffe für Mechatronic Integrated Devices

Mittlerweile existieren eine Vielzahl an laseraktivierbaren Thermoplasten, die das notwendige metallische Additiv enthalten und sich damit für die Herstellung von MID mit dem von LPKF Verfahren der Laser-Direkt-Strukturierung eignen. Hier finden Sie eine Auswahl der grundsätzlich verfügbaren Polymere:

  • PC (Polycarbonat)
  • PC + PET (Polycarbonat (PC) mit den Eigenschaften des Polyethylenterephthalat (PET))
  • PC/ABS (Polycarbonat (PC) mit den Eigenschaften des Acrylnitril-Butadien-Styrol (ABS))
  • PA/PPA (Polyamid (PA) mit den Eigenschaften des Polyphathalamids (PPA))
  • PA6 (Polyamid 6)
  • PPA (Polyphathalamid)
  • PA4 (Polyamid 4)
  • PA66 (Polyamid 66)
  • LCP (Liquid Crystal Polymer)
  • PEEK (Polyetheretherketon)
  • PPS (Polyphenylensulfid)
  • PET (Polyethylenterephthalat)
  • PEI (Polyetherimid)
  • PBT (Polybutylenterephthalat)
  • PET + PBT (Polyethylenterephthalat)
  • COP (Cyclic Olefin Polymer)
  • PPE (Polyphenylenether)

Wir beraten Sie gerne bei der Auswahl des Kunststoffgranulats, des geeigneten Verfahrens und übernehmen für Sie die Beschaffung. Eine Auswahl der gängigen Kunststoffgranulate haben wir immer auf Lager, so dass wir umgehend mit Ihrem Projekt starten können.

Elektrische Bauteile auf MIDCopter
Auf dem MIDCopter sind über 70 Bauteile bestückt.

Unser Qualitätsmanagement

Als Dienstleister für die Fertigung von Mechatronic Integrated Devices haben wir haben uns das Ziel gesetzt, Produkte mit höchsten Qualitätsansprüchen zu fertigen. Um dieses Ziel zu erreichen, arbeiten wir im Rahmen unseres Qualitätsmanagementsystems nach klar definierten Prozessen, die wir ständig überprüfen und weiterentwickeln. Qualität bezieht sich für uns nicht nur auf die Produkte, sondern auf alle Geschäftsprozesse. Weitere Informationen zu unserem Qualitätsmanagementsystem und unseren Prozessen finden Sie hier.

Die Forschungsvereinigung 3 D-MID

TEPROSA ist Mitglied der Forschungsvereinigung 3 D-MID und beteiligt sich auch im Rahmen des Forschungsbeirats an der Ausrichtung der Forschung zum Thema Mechatronic Integrated Devices.

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Neben der Fertigung von Mechatronic Integrated Devices (MID) bieten wir Ihnen auch die folgenden Dienstleistungen:

Teprosa – technology + Engineering

Paul-Ecke-Str. 6
39114 Magdeburg
Deutschland

Tel 0391 598184 70
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