激光直接成型(LDS) 功能塑料在手机天线、三维立体电路和智能响应领域广泛应用,是实现智能终端部件轻、薄、小型化的基础材料之一。 2020 年,人类进入了5G 通讯时代。5G 通讯在传输中呈现出低时延、高可靠、低功耗的特点,低功耗的特征能更好地支持互联网和物联网的应用。5G 无线通讯最有希望应用的28 GHz 频段的可用频谱带宽可达1 GHz,而60 GHz 频段每个信道的可用信号带宽则到了2 GHz。 激光直接成型(LDS) 功能塑料是实现LDS 技术的关键材料,在手机天线,三维立体电路,智能感应与响应领域如可穿戴设备、智能医疗器件、无人驾驶汽车、智能家居、无人机等方面可获得广泛的应用,是实现智能终端部件轻、薄、小型化的基础材料之一,也是5G 通讯时代的关键基础材料之一。 目前,LDS 功能塑料在智能终端、特别是在智能手机天线中广泛使用,是4G 通讯信息时代天线及传感器的主流。几乎所有智能手机公司均有机型使用LDS 技术生产的天线。LDS 天线的优势在于: 其与柔性电路板天线和金属片天线相比,LDS 部件可采用其实际需要的形状,从而使其功能服从于结构形态,部件具备完全的三维功能。 由于采用激光成型,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、传感器等智能响应部件。 LDS 天线直接镭雕在器件塑料外壳或中框上,不仅避免器件的内部金属干扰,更可以缩小器件的体积。 LDS 技术生产效率高,产品生产周期短,激光系统耐用、少维护,适用于连续不间断生产,并且故障率低。
LDS 技术及其特点 LDS 技术是由德国LPKF Laser & Electronics AG 集团发明,利用计算机按照导电图形的轨迹控制激光的运动,将激光投照到模塑成型的三维塑料器件上,在几秒到几十秒的时间内,活化出电路图案。对于手机天线设计与生产,简单说就是在成型的塑料支架上,利用LDS 技术可以直接在支架上镭雕、化镀形成金属天线。具体的LDS 工艺如下图所示。
首先将LDS 功能塑料注塑成型,继而将激光光束直接投射在注塑件表面,按照预设计图案控制激光行进轨迹,被激光照射过的部分的金属化合物被活化,具有较高的自催化反应活性,可以诱导下一步金属化学镀从而形成一定厚度的金属层,直到根据预设计图案形成金属化的三维立体图案。 LDS 工艺流程短,操作简单,生产柔性大,线宽、线距精度高,是目前三维立体电路器件、模塑互连器件(MID) 的主要生产工艺之一。应用LDS 技术必须采用具有LDS 性能的功能塑料,该塑料内必须含有绝缘性的金属化合物。 LDS 技术的优点 设计灵活,节省空间。三维电路载体是注塑件表面,可供利用的空间增加;器件更小、更轻;功能更多,设计自由度更大,有可能实现创新性功能。 柔性制造。印制电路(PCB) 工艺修改图案需要改菲林;修改外型需要改模具。而LDS 工艺不要模具和掩模,只修改激光机CAD 数据,优势明显。 工艺流程环保。传统的塑胶表面电镀金属,抗剥离强度差,且需酸粗化、水洗、沉积贵金属钯水等不环保流程,而LDS 工艺直接环保化学镀;相比PCB 工艺,LDS 属于加法工艺,不要去掉铜箔,省略了蚀刻环节,无环境负担。 有利于产品体积再缩小。符合手机等智能终端小型化、薄型的发展趋势。 产品性价比高。省略了五金螺丝、接插件、电路板,在一些应用中实现了高密度的三维立体组装。 常见的LDS 功能塑料产品 LDS 功能塑料的常用树脂基材包括聚碳酸酯(PC),PC/ABS,PBT,PBT/PET,PCT,LCP等材料。目前市场应用最多的是PC 和PC/ABS 为基材的LDS功能塑料,产品特点是表面性能好、力学性能好、价格相对适中,成品天线的射频(RF) 信号好。PC 和PC/ABS 为基材的LDS功能塑料占据了LDS 材料市场一半以上的销售份额。 与PC、热塑性聚酯、PA 类基材相比,LCP 基材的LDS功能塑料的性能更加优越,在5G 通讯时代拥有更加广阔的应用前景。这是由LCP 基材的特性决定的。 LDS 功能塑料应用及发展 LDS 功能塑料已经被广泛应用于通信、汽车电子、机电设备、医疗器械等应用领域,目前最大的应用领域仍然是手机天线。苹果、三星、华为、HTC、小米、华硕、OPPO、联想等,几乎所有手机和笔记本电脑制造商内置天线使用了LDS 功能塑料。 近年来,随着移动支付的兴起,NFC 也成为潮流。2014年MTPS 平台建成,建设银行、中信银行、光大银行、中国银联、中国移动等7 家机构的企业TSM 已系统级接入运行。上海地铁支持刷NFC 手机,北京公交、地铁、便利店已全面支持NFC 手机。NFC 的大规模推广条件逐渐成熟。LDS工艺整合NFC 天线,将NFC 用LDS 的工艺集成到手机外壳上来,手机更轻、更薄、功能更强大。 在汽车领域,采用LDS 功能塑料有利于汽车的小型化、轻量化和智能化: 结构紧凑,相同体积内可以设计更多功能,相同功能需要的体积小。 直接在塑胶支撑件表面形成电路,高集成度减少了汽车组装工艺和配件。 节约的空间用于其它用途,例如增加电动车的电池容量,增加智能响应器件。 国外已采用LDS 功能塑料制造了多功能方向盘和GPS 导航天线,增加汽车功能的同时减少了汽车内部独立组件数量,有利于汽车轻量化和小型化的发展趋势。LDS功能塑料将促进无人驾驶汽车、智能汽车的早日实现。 LDS 功能塑料的特性和优势使得其在通讯、电子器件、芯片制造、精密医疗仪器设备、汽车领域、智能家居、可穿戴设备、智能终端等领域应用市场潜力巨大。 |