LDS,5G智能终端非常具有潜力的工艺介绍

LDS激光直接成型工艺,在4G手机时代,用于塑胶手机外壳制作天线,特别火热。随着后来金属手机外壳的兴起,此工艺开始沉寂一段时间。但是随着5G时代的来临,非金属材料在各种智能终端逐渐又恢复过来,LDS节约空间,有利于产品轻量化,轻薄化,将在5G智能终端领域重新焕发光彩。我们有必要重新认识LDS工艺。欢迎大家加入LDS、3D-MID交流群,包括LDS塑料、助剂、天线、手机、智能穿戴、医疗、激光设备、电镀等企业:

1、 LDS是什么

LDS—Laser Direct Structuring(激光直接成型)工艺是由德国LPKF公司研发的,是一种专业镭射加工、射出与电镀制程的3D-MID(Three-dimensional moulded interconnect device)生产技术。此前LDS天线技术主要应用于移动通讯领域,实现智能手机天线功能。

LDS与3D-MID

LDS(Laser Direct Structuring)激光直接成型技术是一种专业激光加工、射出与电镀制程的3D-MID(Three-dimensionalmouldedinterconnectdevice)生产技术,其原理是将普通的塑料元件赋予电气互连功能、支撑元器件功能和塑料壳体的支撑、防护等功能,以及由机械实体与导电图形结合而产生的屏蔽、天线等功能结合於一体,形成所谓3D-MID。

2、 LDS工艺流程

通俗点讲,就是用特殊激光将已经设计好的线路图案雕刻在3D塑料成品上(瞬间完成),然后再将其放入化学药水中进行化镀,经过一系列步骤后,金属就按照设计图案在塑料表面生根发芽了。

图:LDS工艺原理
图:LDS典型的工艺流程

以手机LDS天线为例:含有机金属复合物的改性塑料通过注塑成型得到特定的形状;通过激光照射得到特定形状活化区域;化学镀可将更多的金属原子依附在活化区域中,从而得到功能性电路板;为了防止电路板被磨损,一般通过喷涂或组装将其覆盖保护。

Laser Direct Structuring制程主要有五个步骤:

(1)射出成型(Injectionmolding)。此步骤在热塑性的塑料上射出成型;

(2)镭射活化(LaserActivation)。此步骤透过镭射光束活化,藉由添加特殊化学剂镭射活化使物体产生物理化学反应行成金属核,除了活化并形成粗糙的表面,使铜在金属化过程中在塑料上扎根;

(3)电镀(Metallization)。此为LDS制程中的清洁步骤,在仅用作电极的金属化塑胶表面进行电镀5~8微米的电路,如铜、镍等,使塑料成为一个具备导电线路的MID元件;

(4)喷涂/组装(Assembling);

(5)RF测试。

3、 LDS工艺特点及优势

工艺特点

(1)工艺成熟稳定、产品性能优越、任意可激光入射三维面均可实现高精度布图;

(2)适用于三维表面,更广的设计空间、成本较FPC高,需化镀、需特定材料。

优势

(1) 打样成本低廉。

(2)开发过程中修改方便。

(3)塑胶元件电镀不影响天线的特性及稳定度。

(4)产品体积再缩小,符合智能终端薄型发展趋势。

(5)产量提升。

(6)设计开发时间短。

(7)可依客户需求进行客制化设计。

(8)可用于镭射钻孔。

(9)与SMT制程相容。

(10)不需透过光罩。LDS工艺与其它技术相比有两个主要优势:


第一,与柔性电路板天线和金属片天线相比,LDS部件具备完全的三维功能。LDS部件可采用其实际需要的形状—功能服从形态。因为采用激光成型,改变电路图案无需改变模具就能实现,非常适合生产不同种类的天线。

第二, LDS技术效率极高:产品生产周期短,激光系统耐用、少维护,适合7X24不间断生产,并且故障率低—是成功生产的理想选择。不仅仅适合于生产手机部件。

4、 LDS的应用

这一技术此前最广泛地应用于手机天线。其他应用还包括汽车用电子电路、提款机外壳及医疗级助听器等。

LDS技术在手机中可用来制作LDS天线,未来5G 智能手机的天线多频段设计更为复杂,LDS材料及技术可用于天线的轻薄结构设计,设计自由度高。

图 LDS在手机天线应用
图 LDS在汽车方向盘上应用
图:汽车带LDS走线和SMT组件的LED照明组件(来自MOLEX)
图:LDS在医疗助听器应用
图:牙科用器具上用的高集成度的电路载体板

5、 LDS新机会

(1) 笔记本电脑

便携是5G笔记本重要性能之一,轻量化成趋势。

5G时代的天线频段特别多,天线设计也更复杂。要满足天线设计,同时又提升笔记本电脑内部的空间利用率,采用激光直接成型(LDS)技术无疑是行之有效的方法。LDS技术就如同以镭射光作笔,在塑料部件上画出天线的图形,直接成为电路图。这有效地解决了更小空间内设计更复杂天线的问题,同时让减轻机身重量成为可能。SABIC 针对 5G应用的两款材料介绍

(2)智能手表

采用LDS制作手表天线更加稳定、也可以避免内部元器件的干扰,精准度更高,同时可以节省出更多的设计空间,让手表做得更加小巧。

(3)5G手机天线

华为Mate 30的手机天线采用金属中框+LDS的技术方案,天线数量相比4G 手机有了大幅提升。LDS为当前高端机主流天线方案,其特点在于一致性好,精度高,设计灵活,将成为Sub 6Ghz时期天线重要方案。

5G手机金属中框+LDS技术

双曲屏:金属边框变细了,不用分段来天线了,天线用LDS工艺代替了FPC,内侧玻璃后盖,或机身内侧塑胶上,都可以使用LDS工艺

(4)TWS蓝牙耳机

TWS:True Wireless Stereo的缩写,意为真正的无线立体声。LDS天线的最大的缺点就是成本高,工艺复杂。最大优点就是天线可以直接做到外壳背面,这样天线的净空区大,天线效率高。

飞傲的互联网子品牌翡声的EW1真无线蓝牙耳机,就是采用了LDS天线技术,蓝牙信号强,不断流断音,抗干扰能力强。

漫步者 EDIFIER TWS1 真无线蓝牙耳机-拆解-对比TWS5 LDS天线与TWS1 LCP天线

使用LDS激光直接成型天线,将这种多见于高端手机中的工艺下放到TWS耳机,进一步保证射频稳定性,使信号传输更远更流畅。

6、 LDS相关供应商

材料商代表:DSM、EMS、SABIC、塞拉尼斯、Evonik、BASF、Lanxess、三星、金发、锦湖日丽、中塑、蓝星广州合成、韩国乐喜、华力兴、日本三菱等;

设备厂家代表:泛友科技、拓博瑞、斯普莱特、众叠光电、微航磁电以及其他相关设备厂商;

化学镀化学药水:确信乐思化学贸易有限公司、MacDermid 麦德美、陶氏化学、安美特、日本奥野等。

欢迎大家加入LDS、3D-MID交流群,包括LDS塑料,助剂,天线,手机,智能穿戴,医疗、激光设备、电镀等企业。

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