KMU-innovativ Prozessparameter und Designregeln für die Fertigung und Integration von Funksystemen mittels LDS-MID (MIDProFI)

Problemstellung
Durch den technologischen Fortschritt, z. B. die Einführung der Mobilfunkgeneration 5G oder die Verbreitung von Radarsystemen für das autonome Fahren, werden immer neue Frequenzbänder für die kommerzielle Nutzung erschlossen. Für die dafür benötigten Antennen bietet die Herstellung mittels sogenanntem LDS-MID-Verfahren die Möglichkeit, diese auf gekrümmten Flächen, wie Gehäuseinnenseiten, zu integrieren. Dabei wird ein spritzgegossenes Kunststoffbauteil durch ein spezifisches Laserverfahren, dem sogenannten Laser Direct Structuring (LDS), vorbehandelt. Durch die folgende Metallisierung wird nur an den laserbehandelten Stellen das Kupfer für die Leiterbahnen aufgebracht. Das fertige Bauteil wird als Molded Interconnect Device (MID), also als spritzgegossener Schaltungsträger, bezeichnet.

Projektziele
Ziel des KMU-innovativ-Projekts MIDProFI ist es, die LDS-MID-Technologie für Antennen mit höheren Frequenzbändern von bis zu 70 GHz, beispielsweise für5G-Anwendungen, zu etablieren. Dabei soll insbesondere die Oberflächenrauheit durch die Optimierung des Laserstrahlprozesses so eingestellt werden, dass die Abstrahlleistung der Antenne trotz höherem Frequenzbereich nicht abnimmt. Im Einzelnen werden der Einstrahlwinkel des Lasers und die Ausbreitung der elektromagnetischen Welle von der Antennenoberfläche untersucht. Anschließend sind die Prozessparameter und Designvorgaben in einer Demonstratorantenne zu validieren.

Vorgehensweise
Um die Signalstärke und Leistungsanpassung unter dem Einfluss der prozessspezifischen Fertigungsparameter zu realisieren, sind Simulationsversuche durchzuführen. Daraus lassen sich Anhaltspunkte für einen Optimierungsprozess ermitteln. Im Anschluss werden die unterschiedlichen Laserstrukturierungen auf Testsubstraten analysiert und im Hinblick auf einen optimalen Laserwinkel eingestellt. Abschließend wird ein Demonstrator auf einem dreidimensionalen Grundkörper mit gekrümmter Fläche, z. B. einem Smartphone-Gehäuse, mit einer vollständigen Signalkette erstellt. Dieser Demonstrator besteht aus einer Signalleitung und einer Antennenstruktur auf einer Kunststoffoberfläche und soll im oberen GHz-Bereich senden.

Ergebnisse und Anwendungspotenzial
Diese Technologie kann zukünftig als etabliertes Verfahren zur industriellen Herstellung von Funkantennen, auch für die hochfrequenten 5G-Technologien, zum Einsatz kommen. Dadurch wird eine geometrieoptimierte Gehäuseintegration von 5G-Antennen in mobilen Endgeräten möglich, was sowohl zu Gewichts- als auch Platzeinsparungen führt. Somit findet sich das Projekt MIDProFI sowohl im Ausbau des Internet of Things (IoT), als auch im Bereich der formoptimierten und miniaturisierten Elektronikfertigung wieder. Daraus ergibt sich als weitere Anwendung die Gehäuseintegration der Elektronik in Haushaltsgeräten, wie zum Beispiel Waschmaschinen und Kaffeevollautomaten.