Kontinuierlich weiterentwickelte Fertigungsverfahren ermöglichen für zahlreiche Anwendungen elektronischer Schaltungsträger die zunehmende Miniaturisierung und Funktionsintegration. Beispiele dafür sind: Sensoren und Aktoren für die Automobil-, Automatisierungs- und Medizintechnik sowie Antennen in der Telekommunikationstechnik. Hierfür eignet sich die MID-Technik (Moulded Interconnect Devices oder auch Mechatronic Integrated Devices).

Für miniaturisierte 3D-Schaltungsträger ist vorzugsweise das laserbasierte Strukturieren mit anschließendem selektiven Metallisieren einsetzbar (Bild 1). Zum einen lassen sich so mit einem fein fokussierten Laserstrahl kleinste Leiterstrukturen mit einem Pitch von bis zu 100 μm realisieren. Zum anderen erlauben die 3D-Formgebung durch Spritzgießen und das Strukturieren mit 3D-scannenden Lasersystemen Leiterbahnlayouts auf 3D-Freiformflächen.

Laser-Direktstrukturieren von 3D-Schaltungsträgern
Das LDS-Verfahren (Laser-Direktstrukturieren) des Unternehmens LPKF Laser und Electronics aus Garbsen eignet sich zum Aufbau von dreidimensionalen Schaltungsträgern auf Basis von Thermoplasten (Bild 2).
Dazu werden gefüllte Thermoplaste mit speziellen laseraktivierbaren Additiven durch Spritzgießen verarbeitet. Mittlerweile ist die Werkstoffpalette groß, beispielsweise LCP, PPA, PEEK, PBT, PET+PBT, ABS und PC+ABS, sodass für unterschiedliche Anwendungen ein geeigneter Thermoplast zur Verfügung steht. 3D-scannende IR-Laser aktivieren selektiv die Bauteiloberfläche. Dabei wird das mittels CAD erzeugte Leiterbahnlayout auf das Bauteil übertragen.

Für zweilagige Leiterstrukturen lassen sich im gleichen Prozessschritt lasergebohrte Durchkontaktierungen einbringen. Der maskenlose 3D-Strukturierungsprozess ermöglicht mit einer einfachen Anpassung der
CAD-Daten eine maximale Flexibilität, insbesondere bei Designänderungen im Entwicklungsprozess. Nach der Laserstrukturierung entfernt ein Reinigungsschritt die Laserablationsprodukte von der Bauteiloberfläche. Dies kann zum Beispiel nasschemisch innerhalb der Metallisierungslinie erfolgen. Für hohe Anforderungen an die Leiterbahnoberflächen bei nachfolgenden Prozessen der Aufbau- und Verbindungstechnik, beispielsweise beim Drahtbonden, empfiehlt sich die CO₂-Schneestrahlreinigung.

Anschließend werden die laserstrukturierten Bereiche außenstromlos metallisiert. Dabei übernehmen die laseraktivierten Additive in den Thermoplasten die Funktion eines Katalysators, der die selektive Abscheidung der Kupferstartschicht auf dem Thermoplast ermöglicht. Typischerweise wird ein Schichtsystem aus Cu/Ni/Au abgeschieden, wobei auch alternative Schichtsysteme, zum Beispiel Cu/Pd/Au und Cu/Ag, machbar sind. Die Gesamtschichtdicken der abgeschiedenen Leiterbahnen liegen zwischen 10 und 15 μm. Für größere Schichtdicken ist eine galvanische Verstärkung der Kupferstartschicht erforderlich. Nach dem Metallisieren können Prozesse aus der Aufbau- und Verbindungstechnik, zum Beispiel die SMD-Montage mittels Löten oder Leitkleben sowie die Chipmontage, durchgeführt werden, wobei die Assemblierung ebenfalls auf drei- dimensionalen Geometrien möglich ist. [...]

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