Rynek zastosowań czujników jest bardzo duży: mikrosystemy są szeroko wykorzystywane w przemyśle informatycznym i telekomunikacyjnym, motoryzacyjnym oraz lotniczym, a także w budowie maszyn i urządzeń. Podstawą tych elementów elektronicznych są "płytki" – cienkie kawałki materiału, zwykle wykonane z krzemu, na które nakładane są cienkie warstwy. Produkcja i dalsza obróbka płytek krzemowych jest bardzo pracochłonna i kosztowna. Instytut Mikrotechnologii Produkcji na Uniwersytecie Leibnitz w Hanowerze (IMPT) badał alternatywne metody produkcji dla zastosowań w czujnikach. Badania wykazały, że modyfikowany polieteroeteroketon (PEEK) może zastąpić drogie podłoża, takie jak krzem. Do wykonania demonstratora funkcyjnego (czujnik temperatury i pola magnetycznego) metodą wtrysku z bezpośrednią strukturalizacją laserową (LDS) użyto materiału TECACOMP PEEK LDS black 1047045 – wysokowydajnego kompaundu firmy Ensinger.
Produkcja czujnika zamkniętego, który można łatwo połączyć z procesami montażu płytek drukowanych, metodą LDS, obejmuje trzy etapy produkcyjne:
W pierwszym etapie podłoża są wytwarzane z tworzywa sztucznego aktywowanego laserowo w procesie formowania wtryskowego. Zawierają one predefiniowane struktury czujników oraz pionowe połączenia przewodzące prąd elektryczny (VIAs) dla połączeń przelotowych. Kolejnym krokiem jest laserowe wiercenie wgłębień i aktywacja polimeru kompatybilnego z LDS poprzez bezprądowe, selektywne wytrącanie metali. Następnie za pomocą napylania katodowego nakładana jest niestrukturyzowana warstwa czujnika. Wymagane struktury są następnie naświetlane w procesie CMP (polerowania chemiczno-mechanicznego).
Zastosowanie formowania wtryskowego z bezpośrednią strukturalizacją laserową zmniejsza złożoność procesów produkcji i pakowania. W przeciwieństwie do tradycyjnej produkcji płytek krzemowych, metoda LDS nie wymaga środowiska czystego (cleanroomu) ani fotolitografii.
Oprócz zmniejszenia liczby etapów procesu, zastosowanie aktywowanych laserowo wysokowydajnych polimerów zamiast krzemu jako podłoża do produkcji płytek może również przynieść znaczne korzyści w zakresie kosztów produkcji. Stefan Bur, Kierownik Działu Zastosowań dla MID/LDS w firmie Ensinger, dostrzega ogromny potencjał w tym innowacyjnym zastosowaniu: "Szczególnie w branży elektronicznej polimer PEEK zyskuje na znaczeniu dzięki swoim szczególnym właściwościom. Badanie przeprowadzone przez IMPT wykazało, że nasza mieszanka TECACOMP PEEK LDS, która jest unikalna na rynku, może być stosowana jako materiał na płytki. W początkowych zastosowaniach czujnik wykazywał około 75% wydajności konwencjonalnego czujnika na bazie krzemu. Koszty produkcji wykazały potencjalne oszczędności w wysokości 90 procent.” Firma Ensinger jest przekonana, że w przyszłości również małe i średnie przedsiębiorstwa będą w stanie produkować niedrogie płytki na potrzeby technologii mikrosystemów z wykorzystaniem metody LDS. “Z tego powodu inwestujemy w rozwój tych kompaundów. Nasz nowy produkt, TECACOMP PEEK LDS grey, został już zoptymalizowany do zastosowań, które stawiają szczególnie wysokie wymagania dotyczące powierzchni”, wyjaśnia Stefan Bur.
Kompaundy TECACOMP PEEK LDS mogą być interesujące dla czujników w elektrotechnice, inżynierii mechanicznej i technologii medycznej. Potencjalne obszary zastosowań to czujniki położenia (czujniki AMR i GMR), czujniki prądów wirowych, czujniki temperatury do pomiarów w laboratoriach lub procesach przemysłowych (cienkowarstwowe czujniki PT), czy przetworniki prądu stałego (konwertery DC).
Jeśli chodzi o produkcję mikrosystemów, LDS stawia szczególnie wysokie wymagania wobec polimerów. Ensinger od wielu lat opracowuje termoplastyczne mieszanki do bezpośredniej strukturyzacji laserowej i jest obecnie jedynym specjalistą w dziedzinie tworzyw sztucznych, który może zaoferować PEEK do procesu LDS certyfikowany przez LPKF Laser & Electronics AG. TECACOMP PEEK LDS black 1047045 jest zoptymalizowany pod względem zawartości wypełniaczy mineralnych. Materiał ten jest wyjątkowo odporny na temperaturę (do 260°C, temperatura długotrwała), posiada bardzo dobrą wytrzymałość linii zgrzewu, dobrą przyczepność i wykazuje wysoką odporność chemiczną na rozpuszczalniki. Ponadto, TECACOMP PEEK LDS ma bardzo niski współczynnik liniowej rozszerzalności cieplnej - bliższy współczynnikowi metali niż wielu innym tworzywom sztucznym.
Ilustracja przedstawia mikrostruktury (siatka Bragga) na czujniku. Kompaund TECACOMP PEEK LDS black 1047045 firmy Ensinger jest wyjątkowo odporny na temperaturę, ma bardzo dobrą wytrzymałość linii spawu, dobrą przyczepność i wykazuje bardzo wysoką odporność chemiczną na rozpuszczalniki. Ponadto materiał ten ma bardzo niski współczynnik liniowej rozszerzalności cieplnej (Zdjęcie: Ensinger / IMPT)
Czujnik prądów wirowych. Do jego produkcji metodą LDS zastosowano kompaund TECACOMP PEEK LDS grey. Ten nowy wariant produktu firmy Ensinger, zajmującej się przetwórstwem tworzyw sztucznych, spełnia szczególnie wysokie wymagania dotyczące powierzchni (Zdjęcie: Ensinger / IMPT)
Czujnik pola magnetycznego, wykonany metodą formowania wtryskowego z bezpośrednią strukturalizacją laserową (LDS). Zastosowanym podłożem jest wysokowydajny polimer TECACOMPPEEK LDS black 1047045 firmy Ensinger (Zdjęcie: Ensinger / IMPT).
Telefon +48 65 529 58 10
[obfemailstart]aW5mb0BlbnNpbmdlci5wbA==[obfemailend]
