Schaltungsträger Dreidimensionales Leiterplattendesign für jedermann

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Beta LAYOUT GmbH

Precoplat Präzisions-Leiterplatten-Technik GmbH

IBR Leiterplatten GmbH & Co. KG

Der Aarbergener Leiterplattenspezialist Beta LAYOUT ermöglicht das Design und die Herstellung von dreidimensionalen Schaltungsträgern aus einer Hand.

Zu Anfang des Jahres hat Beta LAYOUT den Bereich 3D-MID (Molded Interconnect Device) von der LPKF-Tochter LaserMicronics übernommen. LaserMicronics wollte nicht mit den eigenen Kunden im Bereich Laser-Direktstrukturierung (LDS) im Wettbewerb stehen, weshalb man den Geschäftszweig aufgab. Daher offeriert der Leiterplattenspezialist aus Aarbergen seinen Kunden nun einen kompletten 3D-MID-Prototypenservice mit eigener Fertigung.

Dies beginnt bei der Gestaltungssoftware: Interessenten können sich die Designsoftware „Target 3001!“ kostenlos herunterladen und mit diesem Programm ihren dreidimensionalen Schaltungsträger am Bildschirm erstellen. Im Gegensatz zu manchen bisherigen Ansätzen erlaubt es diese Lösung, die Schaltung direkt auf dem vorher konstruierten 3D-Körper zu erstellen.

3D-Entwurfslösung reduziert den Arbeitsaufwand

Gerade die Software bildete bisher ein großes Hindernis für das Thema MID, weiß der zuständige Produktmanager von Beta LAYOUT, Manuel Martin: „Die Software war immer ein Riesenthema, es gab bisher nur eine Layout-Software, die das konnte. Aber auch das war keine Aus-einer-Hand-Lösung, sondern mehr ein Plug-in, bei dem man aus verschiedenen Programmen etwas zusammensetzen musste.“

Die Zusammenführung von dreidimensionalem Mechanical CAD (MCAD) und der Entwurfslösung für Leiterplatten entlastet Elektronikentwickler insofern, als sie ihre Schaltung direkt am 3D-Körper entwerfen und verändern können, ohne dabei zwischen verschiedenen Softwareprogrammen wechseln zu müssen.

3D-Druck verbilligt den Prototypenbau erheblich

Neben der Softwareproblematik gab es ein weiteres Hindernis, das der Akzeptanz für 3D-MID im breiten Markt noch entgegen stand, und das war die Prototypentechnik. „Bisher war es so, dass man für einen Prototypen immer erst einmal ein Spritzgießwerkzeug anfertigen musste“, der Sales & Marketing Manager bei Beta LAYOUT: „Damit lagen die Initialkosten im fünfstelligen Euro-Bereich. Und dann weiß man ja immer noch nicht, ob der Prototyp auch das hält, was er versprochen hat. Und dann hat man aber schon locker 20.000 Euro ausgegeben.“

Stattdessen setzen die Aarbergener hier auf den 3D-Druck. Da man es jetzt streng genommen nicht mehr mit einem „Molded Device“, also einem im Spritzguss gefertigten Werkstück, zu tun hat, wird das Kürzel MID jetzt ein bisschen anders definiert, nämlich als „Mechatronic Integrated Device, weil der Prototyp eben nicht auf Spritzgießbasis hergestellt wird“, erläutert Marketingmanager Hartmut Pfromm.

Im Vergleich zum Spritzguss weisen die im 3D-Druckverfahren hergestellten Teile allerdings auch Nachteile auf: Sie sind zum Beispiel mechanisch nicht so gut belastbar und können deshalb nicht als Serienteile eingesetzt werden.

Aber als Proof-of-Concept sind sie gut geeignet: „Das ist wichtig für die Industrie. Dort werden Prototypen zum Beispiel für Funktionstests im Anwenderumfeld benötigt.

3D-gedruckte Teile können das gewährleisten“, ergänzt Pfromm.

Die im 3D-Drucker gefertigten Werkstücke werden schließlich lackiert. Der hierfür verwendete Lack enthält ein Additiv, das bei der Direktstrukturierung durch den Laser aktiviert wird. „Durch eine Chemische Reaktion wachsen dann dort kleine Metallsamen. In einem nass-chemischen Prozess wird dann Kupfer an die vorher aktivierten Flächen ankontaktiert“, erklärt Produktmanager Manuel Martin. Hierfür verwenden die Aarbergener eine spezielle Galvaniklinie. Von der Bestellung bis zur Auslieferung des bestückten Prototypen-Werkstücks dauert es laut Martin derzeit zwischen vier und sechs Wochen.

Laserstrukturierung ist bei Handy-Antennen verbreitet

Diese Demokratisierung der dreidimensionalen Schaltungsträger stößt in der Branche auf reges Interesse, sagt Manuel Martin: „Wir hatten auf den letzten Messen sehr, sehr gute Resonanz. Wir sehen auch, dass sich die Leute mit dem Target-Tool beschäftigen. Da kommen immer wieder Anfragen herein.“

Das Interesse am Thema MID kommt aus vielen Anwendungsbereichen. Im Bereich der Smartphones sind bereits jetzt Laser-strukturierte Antennendesigns verbreitet. Insbesondere bei Kunststoffgehäusen trägt inzwischen das Gehäuse die Antenne mit. Anfragen gibt es aber auch aus der Automobilindustrie sowie aus dem Bereich der elektrischen Haushaltsgeräte und Werkzeuge: „Bei Bohrmaschinen möchte man gerne die Leiterbahnen direkt ins Gehäuse integrieren, weil das die Haupt-Schwachstelle ist. Ganz oft geht es den Kunden darum, dass sie Kabelbäume eliminieren möchten, weil das immer ein anfälliges Problem ist“, beobachtet Manuel Martin.

Natürlich erfordert es zumindest in Teilen eine neue Herangehensweise, wenn man bisher mit planen Leiterplatten zu tun hatte und nun dreidimensionale Schaltungsträger entwirft. „Wenn eine Leiterbahn um eine Kante geführt werden soll, müssen ein paar Sachen beachtet werden“, erläutert Martin: „Die Kante darf zum Beispiel nicht im spitzen Winkel designt sein, sondern muss einen Radius haben, damit es nicht zu einer Unterbrechung kommt.“

Martin ergänzt: Um einfach nur Leiterplatten zu ersetzen, sei diese Technik nicht geeignet. „Aber wenn man damit einen gewissen Mehrwert erzielen möchte, indem man zum Beispiel beim Einbauen noch mehr Platz schafft, weil das Gerät so hochintegriert ist, dann sollte man über diese Lösung auf jeden Fall nachdenken.“

3D-gedruckte Elektronik – der Heilige Gral der Elektronikfertigung

* Franz Graser ist Fachredakteur Print/Online bei der ELEKTRONIKPRAXIS.

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