激光直接成型实现低成本3D集成电路
图2:激光直接成型(LDS)刻蚀高分子材料,进而创造出一个活化的粗糙表面,
以易于实现金属镀层
在selectConnect Technologies公司获得专利的selectConnect金属化过程中,第一步是化学镀铜,暴露着金属微粒的粗糙表面,创建一个负电势,实现铜层的沉积。由于铜的抗氧化性能相对较差,因此后来大多数3D-mid都选择化学镀镍。当然,也可以选择沉积金层,金层将提供更为卓越的抗抗氧化性能,同时还能为表面贴装元件提供理想的安装面。对于这些金属镀层,典型的镀层厚度为:铜为100~600微英寸(1英寸=24.5);镍为50~100微英寸;金为3~8微英寸。当然,根据实际应用需求,如承载更大的电流,铜和镍的镀层可以更厚些。但是金层的厚度必须限制在8微英寸以内,因为镀金层的过程并不是一个自催化过程。如果需要较厚的金镀层,那么化学镀金层是一种可行的选择方案。
应用与限制
目前,LDS技术最常见的应用领域是无线天线和载流电路。利用LDS技术,可以将手机天线集成到手机内部的一个功能性塑料元件上,从而消除了对单独金属天线的需求。在集成手机天线应用中,LDS技术的好处发挥得淋漓尽致:既实现了部件整合和产品小型化,又减少了部件组装工作,这对于大批量生产和降低手机成本至关重要。此外,LDS技术还很容易与快速成型相结合,以配置不同的天线布局。目前,市场中很多手机天线的制造都是利用LDS技术实现的。
除了集成手机天线应用外,目前LDS技术正在拓展到更加广泛的应用领域。从本质上讲,LDS技术是将电子线路集成到了机械塑料元件上。如果没有LDS技术,那么至少需要一个单独的电路板或柔性电路来承载电子线路。
面对封装方面的限制,设计人员自然而然地会在电路布局方面挑战极限,他们希望电子线路越来越细,两条线路之间的间隔越来越小。由于LDS技术使用的光束直径为65μm,当然这是理论上最小的宽度,而在实际加工过程中,最小宽度至少是理论值的两倍。对于两条线路之间的间隔,其最小间隔必须要保证在镀层过程中,不会导致两根平行的电子线路相交(短路)。根据迄今为止的实践经验,适合生产的最小电子线路宽度和线路之间的间隔分别为0.008英寸(8mil)和0.010英寸(10mil)。当然,在技术上可能还可以实现更小的电路线宽和电路间隔,但是在实际加工中需要认真考虑设计的各个方面,确保能够为大批量生产提供一个足够可靠的加工过程。
随着安装表面贴装元件灵活性的增加,现在基本上已经可以将电子线路板作为机械塑料元件的一部分了(见图3)。对于需要无铅回流焊的应用,聚合物LCP和PPA可承受典型的回流焊温度;BASF公司提供的聚酰胺PA6/6T树脂,可以承受必要的高温。在塑料元件中,也可以创建过孔用于连接元件的两侧,这为设计师带来了更大的灵活性,因为这样就可以在元件的两面布置电路了。由于过孔的表面需要进行激光活化处理,因此过孔的设计可以采用简单的圆锥形来实现。
图3:用LDS技术制造的用于医疗器械中的电路板,
显示了注塑元件与电子线路和表面贴装元件的一种独特集成方式
LDS技术在医疗领域也开辟出了广泛的应用天地。除了用于制造静脉调节器、血糖仪、牙科工
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