LDS-Technologie in Spulenkörpern - NORWE profitiert von vernetztem PTS Creamid LDS - Forschungsvereinigung Räumliche Elektronische Baugruppen 3-D MID e.V.

Spulenkörper, das Basiselement von Spulen in elektronischen Bauteilen, werden immer kleiner. Zugleich nimmt die Bestückungsdichte zu. Um die wachsenden Anforderungen bei der Entwicklung von Spulenkörpern zu meistern, nutzt das Unternehmen NORWE die LDS-Technologie und setzt auf die Materialkompetenz von LPKF und LaserMicronics.

Die NORWE GmbH, einer der weltweit führenden Spezialisten in der Entwicklung und Herstellung von Spulenkörpern und deren Zubehör, bietet rund 25.000 Spulenkörper für unterschiedlichste Einsatzbereiche. Jährlich produziert sie bis zu ca. 120 Mio. Artikel. Kunden sind Zulieferer der Medizin-, der Automobil-, der Energie- sowie aus der Luft- und Raumfahrttechnik aus aller Welt. Der Globalplayer aus Bergneustadt fertigt Spulenkörper im Kunststoff-Spritzverfahren, die elektrischen Kontakte werden später eingepresst bzw. bestückt. Ob für Trafos in Netzgeräten, Leis-tungselektronik, Sensorik oder Sicherheitselektronik – die Spulenkörper müssen im rauen Alltag höchsten mechanischen, elektrischen und thermischen Belastungen standhalten.

Bei den immer kleiner werdenden Kunststoffkörpern, insbesondere bei SMD- bzw. Oberflächen-montierbaren Bauteilen, kommt es vor allem auf die Koplanarität an: Ungleiche Abstände der Lötkontakte zur Leiterplatte beeinträchtigen das Lötergebnis, und auch die exakte Platzierung der Kontakte wird immer schwieriger. Hinzu kommt die Anforderung, dass die Bauteile bis über 400° C lötfähig sein sollen, so dass flüssigkristalline Polymere als Material ausscheiden. NORWE scannt deshalb den Markt nach innovativen Verfahren und Technologien ab – und ist schließlich mit der Laser-Direktstrukturierung (LDS) der LPKF Laser & Electronics AG sowie deren Produktionsdienstleister LaserMicronics fündig geworden. Ein gemeinsames Pilotprojekt startet, bei dem neben NORWE und LaserMicronics der PTS Plastic-Technologie-Service als Spezialist für strahlenvernetzbare Hochleistungspolyamide beteiligt ist.

Doch wie funktioniert die LDS? Die innovative Technologie vereint elektronische und mechanische Funktionen in einem Bauteil. Zu Beginn entstehen Formteile im Einkomponenten-Spritzguss aus einem mit Additiven versehenem Thermoplast. Ein Laserstrahl schreibt den Verlauf der späteren Leiterbahnen auf den Kunststoff. Durch diese Laseraktivierung bildet sich eine mikroraue Oberfläche, auf der sich das Kupfer während der anschließenden Metallisierung haftfest verankert. Im stromlosen Metalli-sierungsbad entsteht eine bis zu 10 µm starke Cu-Schicht. Zum Schluss kommt Nickel als Sperrschicht hinzu sowie ein hauchdünnes, sehr lötfähiges Gold-Finish.

Zunächst gilt es, einen gut geeigneten Basis-Kunststoff durch Strahlenvernetzung so zu modifizieren, dass die benötigte Temperatur-Stabilität gegeben ist. In dem Pilotprojekt werden in einem ersten Schritt die zu verwendenden Kunststoffe definiert und der Einfluss der Strahlenvernetzung auf ihre LDS-Fähigkeit untersucht: Platten aus vernetztem und unvernetztem PTS Creamid LDS werden für Abzugstests angefertigt und mit Leiterstrukturen versehen. Denn: Beta- oder gammabestrahltes Creamid mit Reinzinnlegierung erlaubt um bis zu 30 Prozent höhere Löttemperaturen – die Vorgabe von über 400° C erscheint somit umsetzbar!

Die Messdaten zu den von LaserMicronics strukturierten Creamid-Prüfplatten erlauben klare Aussagen zu Laser- und Metallisierungsparametern, zur Metallhaftfähigkeit auf dem Kunststoff sowie insgesamt zur Eignung des Verfahrens für die Herstellung von Spulenkörpern. Auf dieser Basis setzt NORWE nun den LDS-Prozess für die Serienproduktion ein. Der erste Erfolg ist die vielversprechende Markteinführung eines metallisierten LDS-Pendants von einem bereits existierenden Mikrobauteil. Ein weiterer Meilenstein ist die neu entwickelte SMD-3-Spulenkörper-Serie aus glasfaserverstärktem, vernetzten Polyamid PA 6.6, die erste Kundenanwendungen erfolgreich bestehen. Serienfähig! Dank LDS kommen die Spulenkörper ohne metallische Lötkontakte aus: kein Einspannen des Bauteils, kein Einpressen der Kontakte. Durch Laserbearbeitung und chemische Metallisierung entstehen die erforderlichen Kontakt- und Anwickelflächen. Bauteilreduzierung, niedrigeres Artikelgewicht, vereinfachte Anschlusstechnik, hervorragende Löteigenschaften, optimale Koplanarität – insgesamt bringen Werkstoffauswahl, Strahlenvernetzung und Laser-Direktstrukturierung viele Pluspunkte mit sich. Und es gibt die Option von Klein- und Mittelserien ohne großen Bestückungsaufwand. Die LDS-Technologie bietet für die Entwicklung und Fertigung von Spulenkörpern viel Potential.

Kontakt:

LPKF Laser & Electronics AG

Herr Malte Borges

Osteriede 7

D-30827 Garbsen

Tel:. +49 5131 7095-1327

Fax: +49 5131 7095-90

malte.borges@lpkf.com

www.lpkf.de

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