Molded Interconnect Devices (MID) integrieren Leiterbahnen und elektrische Schaltungen direkt in dreidimensionale, fast beliebig formbare Kunststoffbauteile. Die Komponenten sind dabei gleichzeitig Gehäuse und Leiterplatte. Unternehmen können mit den spritzgegossenen Schaltungsträgern kleinere, leichtere und kostengünstigere Bauteile entwickeln als es mit klassischen Leiterplatten möglich wäre. Zudem sind dreidimensionale MID-Systeme einfacher zu montieren und ermöglichen die Integration zusätzlicher Funktionen.
Kaum eine Anwendung stellt so viele unterschiedliche Anforderungen an ein Compound wie die MID-Technologie. LDS erfordert vom Compound eine hohe Wärmebeständigkeit, ein gutes isotropes Bauteilverhalten und vor allem eine gute Metallisierbarkeit.
Geringe Wäremeausdehnung
Im Fokus der Materialentwicklung waren die Realisierung von reduzierten Leiterbahnbreiten sowie die Verbesserung der thermischen Ausdehnung und der Wärmeleitfähigkeit. Die Polymerauswahl beschränkt sich daher auf thermisch sehr stabile Kunststoffe. Als Matrixpolymere setzt Ensinger Polyphthalamide (PPA), Polyetheretherketone (PEEK) und flüssigkristalline Werkstoffe, im Englischen Liquid Crystal Polymers (LCP) genannt, ein. Der Hightech-Kunststoff zeichnet sich durch eine sehr gute Dimensionsstabilität und Steifigkeit, selbst bei sehr hohen Temperaturen, aus. Außerdem hat LCP gute chemische und flammhemmende Eigenschaften. Es ist das thermoplastische Polymer mit der geringsten Wärmeausdehnung. Durch Füllstoffe wurde die Ausdehnung weiter reduziert. Das von Ensinger neu entwickelte Compound TECACOMP® LCP LDS 4107 dehnt sich sowohl in Fließrichtung als auch senkrecht dazu ungefähr gleich stark aus.
Fest und anhaltend fixierte Metallbahnen dank neuer Füllstoffe
Beim LDS-Verfahren werden Polymere mit Metallen verbunden. Die Schwierigkeit dabei ist, dass Kunststoffe grundsätzlich eine viel höhere thermische Ausdehnung aufweisen als Metall. Sind Bauteile einer thermischen Wechselbelastung ausgesetzt, besteht daher die Gefahr, dass Leiterbahnen sich mit der Zeit ablösen.
3D HIPMAS Projekt
Das MID-Herstellverfahren ist komplex und umfasst mehrere Produktionsschritte von der Entwicklung des Grundmaterials, dem Spritzguss, der Metallisierung, der Montage bis hin zur Qualitätssicherung. In Gemeinschaftsforschung entwickeln 12 internationale Unternehmen bis 2015 eine europäische Pilotanlage für 3-D Mikrobauteile. Dabei haben sie sich ein ehrgeiziges Ziel gesteckt: Mehr als 50 Prozent der heutigen Produktionskosten sollen eingespart werden.
Ensinger hat im Rahmen eines Forschungsprojektes viele Versuchsreihen durchgeführt, um die Materialeigenschaften (thermische Ausdehnung) des Polymers an die des Metalls anzugleichen. Als Ergebnis entstanden spezielle mineralische und keramische Füllstoffe, die sowohl in ihrer Größe als auch in ihrer Form neu sind. Die damit optimierten Compound-Rezepturen sorgen für dauerhaft fest verankerte, funktionssichere Metallbahnen.
Das 3D HIPMAS-Projekt wird von der Europäischen Kommission zum 7.Mal im Rahmen der "Public Private Partnership" "Factories of the future" unterstützt.