Beschichtungen für 3-D-MID-Technik

Räumlich spritzgegossene Schaltungsträger aus Kunststoff (Three-Dimensional Molded Interconnect Devices - 3-D MID) vereinen mechanische und elektrische Funktionen in einem Bauteil. Sie schaffen ein enormes Miniaturisierungspotential durch die Einsparung von Bauteilen und sparen Kosten durch die Eliminierung von Montageschritten.

AHC nutzt zur Metallisierung von MID-Bauteilen die Zwei-Komponenten-Spritzgusstechnik (Two-shot molding). Durch den Einsatz der Zwei-Komponenten-Spritzgusstechnik besteht die Möglichkeit, räumlich spritzgegossene Kunststoffbauteile partiell zu metallisieren, da eine metallisierbare Kunststoffkomponente mit einer nicht metallisierbaren Kunststoffkomponente verbunden wird. Die metallisierbare Komponente kann auch die Form von elektrischen Leiterbahnen annehmen. Diese Technologie bietet eine Alternative zu den bekannten Verfahren mit Leiterplatten und Stanzgittern.

Darüber hinaus besteht die Möglichkeit, laserstrukturierbare Kunststoffe wie LCP, PBT, u.a. mit Palladium oder Kupferdotierung zu verwenden. Mittels Laserbearbeitung werden die Metallpartikel im Substratmaterial aktiviert und können selektiv metallisiert werden.

Zur Untersuchung der Temperaturwechselbeständigkeit, der Haftung und der Duktilität einer auf dem Kunststoff LCP aufgebrachten Chemisch-Kupfer-Schicht wurde eine Temperaturwechselprüfung nach DIN 53 496 (jetzt ersetzt durch DIN 53 100) durchgeführt (4 h bei -40 °C, 1 h bei RT, 16 h bei +160 °C, vier Zyklen). Dabei konnten keine optisch erkennbaren Schäden an der Schicht, keine Blasenbildung oder Mikrorisse festgestellt werden.Die Haftfestigkeit liegt bei LCP als Grundwerkstoff deutlich über 0,5 N/mm (Schältest).

Als Werkstoff für miniaturisierte Anwendungen ist LCP (Liquid Crystalline Polymer) auf Grund seiner Verarbeitbarkeit sowie seiner thermischen Eigenschaften besonders geeignet. Die niedrige Viskosität von LCP und das daraus resultierende gute Fließverhalten ermöglichen die Abbildung feinster Strukturen in einem Spritzgusswerkzeug. LCP bietet sich besonders bei äußerst feinen Leiterbahnstrukturen (Strukturfeinheit bis 200 µm) und langen Fließwegen an, die beispielsweise mit Polyamid oder ABS/PC nicht mehr realisiert werden können. LCP ist ein hochtemperaturbeständiger und extrem maßhaltiger Werkstoff, der den Temperaturen der gängigen Lötverfahren Stand hält und kein Wasser aufnimmt.

Die elektronischen Funktionen von MID-Bauteilen werden durch einen selektiven Metallisierungsschritt im Anschluss an den Zwei-Komponenten-Spritzguss realisiert. Als beschichtbare Kunststoff-Komponente wird von AHC ausschließlich der LCP-Typ E 820 i Pd (Ticona) verwendet.

Für laserstrukturierte Komponenten kann ebenfalls auf LCP Vectra E 820 i Pd oder andere mit Kupfer dotierte Kunststoffe wie PBT zugegriffen werden.

Die 3-D-MID-Technik und damit Beschichtungen für diese Technik werden bei der Serienproduktion von Steckerplatinen, 3D-Schaltungsträgern, Leiterplatten, EMV-Gehäusen oder anderen elektrotechnischen Bauteilen eingesetzt. Der Vorteil der 3D-MID-Technik besteht darin, dass Teilezahl und Montageaufwand reduziert sowie Gestaltungsfreiheit und Reproduzierbarkeit erhöht werden.

Verfahrensvarianten 

Verfahrensvarianten ergeben sich dadurch, dass auf die zunächst aufgebrachte Kupferschicht je nach Bedarf weitere funktionelle Schichten abgeschieden werden können. Beispielsweise lässt sich auf die Kupferschicht Chemisch Nickel (DURNI-COAT®) oder auch die Kombination Chemisch Nickel/Gold aufbringen.Chemisch Nickel lässt sich mit einer Schichtdicke von bis zu 20 µm aufbringen. Galvanische Schichten oder kombinierte chemisch-galvanische Schichten können wesentlich dicker sein.