I dispositivi di interconnessione stampati LDS per le onde millimetriche

I dispositivi di interconnessione stampati (MID) sono la risposta a tre dimensioni (3D) alla crescente domanda di mercato per componenti più piccoli ed affini per un efficiente e flessibile supporto alla produzione di circuiti.  La flessibilità 3D sta diventando sempre più importante e indispensabile per indirizzare le sfide a fronte del progetto di moderni sistemi a radiofrequenza.

Introduzione

Per alcuni anni, sono stati sviluppati vari metodi per consentire l’integrazione di modelli circuitali così come elementi radianti e schermanti sulle parti in plastica di forme quasi arbitrarie, fornendo l'intero ambito di progettazione 3D per lo sviluppatore.  La disponibilità di metodi per la produzione di MID 3D può agevolare l’ottimizzazione di processi di produzione in funzione della specifica applicazione. Per esempio, quando si usano questi metodi per la fabbricazione di dispositivi RF, le parti plastiche 3D rimpiazzano i laminati RF che sono tipicamente utilizzati. Questo significa che i requisiti stabiliti sulle proprietà RF del substrato materiale, così come la metallizzazione applicata, devono incontrarsi nella realizzazione delle parti 3D. Questo è specialmente significativo per applicazioni future nel range di frequenze delle onde millimetriche (mmWave). Un metodo di produzione per i MID che era già comune per la fabbricazione su larga scala di antenne nei dispositivi commerciali (ad esempio, smartphones, tablets, laptops), è il metodo laser direct structuring (LDS)1 . L’inserimento di parti stampate plastiche combinato con superfici attivate dal laser che permettono la metallizzazione selettiva, apre un quasi illimitato ambito progettuale. Poiché le attuali applicazioni di LDS realizzate principalmente coprono frequenze fino a 6 GHz, questo articolo valuta la disponibilità del metodo LDS per applicazioni RF fino al range mmWave.

La fabbricazione LDS per i dispositivi MID

Il processo LDS con i suoi elementi laser di metallizzazione selettiva fornisce grande flessibilità per lo sviluppo di dispositivi elettronici. Questo include l’ambito di progetto 3D nello sviluppo dei processi, così come l’adattabilità di un progetto durante l’andamento della fabbricazione. Il substrato che deve essere metallizzato con il metodo LDS è tipicamente realizzato in un processo di stampa ad iniezione, utilizzando materiali termoplastici o termoindurenti che sono drogati con uno speciale riempitivo di ossidi di metallo miscelati. Utilizzando la stampa ad iniezione convenzionale, è possibile la produzione di grandi volumi del desiderato substrato 3D. Inoltre, sono disponibili per essere processati materiali suscettibili LDS che possono essere trattati con processi di fabbricazione aggiuntivi come la stampa di depositi fusi (FDM) per lo sviluppo di prototipi.

Un altro metodo di realizzazione di un substrato disponibile per il processo LDS è l’utilizzo di una vernice LDS chiamata LPKF Proto-Paint. Con questa vernice quasi arbitrariamente il substrato dei materiali può essere metallizzato con il metodo LDS2. Basato su un set di dati  CAD includendo il progetto meccanico ed elettrico della parte, il modello circuitale è trasferito alla parte stampata dal laser strutturante e forma le relative strutture per essere metallizzate. I sistemi laser LDS 3D ad alta velocità possono strutturare quasi arbitrariamente forme 3D ottenendo sottili piazzole inferiori a 150 μm, come anche grandi modelli di circuiti per il trasporto di radiazione, calore e corrente. Con la strutturazione possono essere influenzati parametri come la larghezza del fascio laser, la sovrapposizione delle linee strutturate, la velocità di ripetizione dell’impulso, l’angolo di inclinazione (α) e la potenza del laser, le caratteristiche meccaniche della superficie plastica come adesione e rugosità, così anche le proprietà elettriche dello strato di metallo (vedi Figura 1a).

Figura 1: geometria del processo substrato laser LDS (a); tipica metallizzazione ENIG, (b) composti della metallizzazione e spessori (c), e una parte campione a vari steps (d).

In quel modo, gli specifici requisiti di un’applicazione possono essere considerati nel processo di strutturazione, entro certi limiti. Il fascio laser causa microrugosità della superficie e attiva la miscela di ossido di metallo che serve come catalizzatore per una successiva metallizzazione. Nel processo elettrolitico di placcatura, un primo strato di rame è depositato solo su queste aree attivate. Lo strato di rame ha una conducibilità di circa 30 MS/m. L’ablazione del laser forma microcavità sulla superficie e assicura un forte legame tra il rame e i substrati, con un’intensità di adesione di 0,8 N/mm o più alta.

Nei processi di placcatura aggiuntivi, la superficie è tipicamente finita utilizzando nichel elettrolitico ed immersione in oro (ENIG). La risultante configurazione dello strato è illustrata nella figura 1b, che mostra il suo tipico spessore. I differenti disponibili composti della metallizzazione (vedi figura 1c), consentono la migliore metallizzazione implementata per una specifica applicazione scelta. In funzione della resina plastica utilizzata, un LDS MID può essere usato per lo stato dell’arte dei processi SMT applicando vari metodi alle basse o alte temperature di saldatura, come il reflusso. La figura 1d mostra una parte LDS in differenti step di fabbricazione: iniezione di plastica stampata, struttura laser, metallizzazione con lo standard LDS ENIG e assemblaggio finale (da sinistra a destra). La raccomandata minima larghezza della linea è 150 μm con un minimo gap fino a meno di 150 μm. In [...]

Iscriviti e ricevi GRATIS
Speciale Pi

Fai subito il DOWNLOAD (valore 15€) GRATIS

ATTENZIONE: quello che hai appena letto è solo un estratto, l'Articolo Tecnico completo è composto da ben 2980 parole ed è riservato agli abbonati PLATINUM. Con l'Abbonamento avrai anche accesso a tutti gli altri Articoli Tecnici MAKER e PLATINUM e potrai fare il download (PDF) di tutti gli EOS-Book, Firmware e degli speciali MONOTEMATICI. ABBONATI ORA, è semplice e sicuro.

Abbonati alle riviste di elettronica

Una risposta

Scrivi un commento

Il tuo indirizzo email non sarà pubblicato. I campi obbligatori sono contrassegnati *

Iscriviti e ricevi GRATIS
Speciale Pi

Fai subito il DOWNLOAD (valore 15€) GRATIS