Témata
Reklama

Laser mění strukturu pokovovaných materiálů

13. 11. 2002

Rozvoj elektroniky se stavbou celých elektronických a mikroelektronických systémů spojuje v oboru mechatroniky mnohdy i tak zdánlivě odlišné směry, jakými jsou mikroelektronika a mikromechanika.

Technologie mikrosystémů přináší na čip vedle elektronických propojení i mechanické a optické prvky a ve své konečné podobě přechází stále více ze dvou- na třírozměrná provedení. Podstatnou roli v tomto směru hraje i vývoj laserové techniky, jejíž úlohu je možné spatřovat nejen při stále intenzivnější miniaturizaci elektronických prvků a systémů (ať už jde o hustotu integrace plošných spojů nebo o vytváření elektronických 3-D systémů s vyšším stupněm prostorové integrace elektronických a mechanických prvků na společném substrátu způsobem odpovídajícím technologiím SMD), ale dnes už i v přímém ovlivňování struktury ozářených materiálů.
Reklama
Reklama
Reklama

3-D-MID technologie prostorových mikrosystémů

Vyššímu stupni miniaturizace a prostorové integrace mikrosystémů nahrává vedle rostoucích technických požadavků i potřeba průběžného snižování výrobních nákladů. Prostorová integrace, označovaná jako 3-D-MID (Molded Interconnect Devices), přináší pak v obou těchto směrech zásadní skok, navíc s redukcí počtu dílů potřebných při volbě jiné technologie. V jednom 3D provedení spojuje funkci základního stavebního prvku i substrátu elektronických propojení včetně souboru mechanických, optických a optoelektronických prvků. V řadě případů tak výhodně navazuje při další miniaturizaci mikrosystémů na dosavadní 2D systémy, prezentované technikou plošných spojů. Za několik málo posledních let, kdy se s technologií 3D-MID začalo vážně uvažovat v průmyslovém měřítku, dosahují její aplikace ročního nárůstu kolem 50 %. Paradoxem přitom je, že jedním z podstatných impulzů dynamiky rozvoje 3-D-MID technologií, užívaných při vývoji mikrosystémů v nejrůznějších oborech lidské činnosti a slavících svůj úspěch třeba i u elektronických systémů automobilů nejvěhlasnějších značek, je obrovský rozmach něčeho zpočátku tak nepatrného, jako je mobilní telefon. To, co bylo před několika lety výsadou jen úzké vrstvy movitějších zájemců, je dnes už obecně rozšířenou záležitostí. Přitom tento druh pojítka nenabízí už jen hlasovou nebo SMS službu, ale přes notebook dovoluje i propojení na internet, může být doplněn i rádiem či novinkou předvedenou na veletrhu CEBIT – kombinací mobilního telefonu a webkamery. Jen pomocí nových technologií, mezi něž patří právě i prostorová integrace elektronických a mechanických prvků způsobem 3-D-MID, a za obrovské sériovosti výroby je možné postupně zpřístupnit tyto funkce i nejširším vrstvám uživatelů.

Dvousložková technologie

Dosažená úroveň poznání přitom už dovoluje u technologií 3-D-MID volit mezi několika variantami postupů, a to jak v závislosti na výběru plastických hmot ve funkci základního nosného substrátu a jejich schopnostech k pokovování, tak i v závislosti na způsobech nanášení vodivých struktur. Mezi počáteční metody patřilo po vytvarování prostorového výlisku a povrchové aktivaci jeho chemické pomědění, nanesení fotorezistu, osvit schémat budoucího propojení přes 3D masku, vyvolání fotorezistu, elektrolytické Cu povlakování, pocínování, odstranění zbylého fotorezistu, odleptání nefunkčního Cu povlaku a případná úprava konečného povrchu pro dosažení požadovaných parametrů vodivosti. Celý proces s užitím fotorezistu je ale poměrně zdlouhavý a při výběru vhodných polymerů pro prostorový substrát lze zúžit na dvoustupňový proces vstřikování (tzv. „dvousložková technologie“). Přitom v jedné etapě jde o vstřikování složky substrátu schopné pokovení a ve druhé etapě části o vstřikování složky odolné proti pokovení. Mezi jednotlivými operacemi je možné vkládat mezi vrstvy i různé vodivé dráhy nebo jiné elektronické prvky a záleží jen na důvtipu navrhovatele a velikosti požadované série, jak dalece této možnosti využije. Ale komplikovanější postupy se zde vyplácejí až při velkosériové nebo hromadné výrobě s materiálovými kombinacemi, např. PES/PPS, PA66/PA-T, PA6/PA12 nebo ABS/PC.

Ražení Cu fólie za tepla

Jiným způsobem vytváření prostorových struktur mikrosystémů je přenos schématu propojení z nástroje umístěného na razníku na substrát pomocí ražení Cu fólie za tepla. Teplota se při ražení pohybuje v oblasti teploty tání substrátu, případně u amorfních látek nad teplotou skelného přechodu, kdy se substrát povrchově nataví, což působí příznivě i na přilnavost ražené Cu fólie. Tu může zvýšit i užití mezivrstvy při ražení, např. z látek PEI, PES, PA, PBT, PP nebo ABS (u PBT dosahuje povrchová soudržnost až 2,5 N.mm-2, u PA66 1,8 N.mm-2, u PP a ABS 1,5 N.mm-2). Vlastní ražení fólie probíhá v intervalu 1 – 2 s při tlaku 40 – 90 MPa, tloušťka Cu fólie bývá v rozmezí 12 až 70 µm.

Přímá expozice elektronických schémat

Podle tvaru a členitosti substrátu je možné volit i některé jednodušší postupy vytváření 3D struktur, např. prostorové vytvarování substrátu původně jen ve tvaru plošné plastické fólie, až po přenosu propojovacího schématu (připraveného třeba sítotiskem), kdy k mechanickému zpevnění výlisku dochází až následným nástřikem plastu na jeho nefunkční části, nebo třeba i metodu přímé strukturalizace laserovým paprskem v předem připraveném plošném povlaku vhodné kovové vrstvy na prostorovém substrátu. V současné době se jeví ale jako ideální metoda pro postupy 3-D-MID jiný, nově vyvinutý způsob přímé expozice elektronických schémat pomocí ultrafialové části spektra laserového paprsku na povrch modifikovaných plastů, kde ozáření laserovým paprskem (možné je použít i UV lampy s vlnovou délkou 172, 222 nebo 308 nm) přímo mění vlastnosti ozářených míst polymeru a tedy jejich rozdílnou schopnost pro následné galvanické pokovení. Pro tento technologický postup vyvinuli ve Fraunhoferově institutu ILT v Aachen spolu s firmou LPKF, Laser & Electronics AG, z Garbsenu hned několik nových druhů polymerních materiálů. Vrcholem mezi nimi je polyamid s označením PA6/6T MID, vysoce tepelně stálý, s bodem tání až 295 °C, který dovoluje i následné operace pájení vlnou a tím už i plnou integraci procesů MID do technologie SMD. Kromě tohoto špičkového polymeru jsou za podobných vlastností aktivace povrchu laserovým paprskem k dispozici i polymery PBT MID na bázi polybutylentereftalátu (teplota tání 225 oC) a PP MID na polypropylenové bázi, s jejichž využitím se počítá u aplikací s menšími tepelnými nároky. Ozáření laserem nejenže u těchto materiálů dává modifikovanou úpravu struktury, vhodnou pro postupy přímé galvanizace, ale vytváří i optimální zdrsnění ozářeného povrchu pro dosažení maximální soudržnosti galvanicky připravených vodivých drah. Oproti jiným MID procesům způsob využití laserového paprsku a modifikovaných polymerů přináší nejen podstatné zkrácení celého postupu, ale i ekologické přednosti vůči procesům s využíváním fotorezistu a leptání. Laserovým osvitem bez leptání je možné dosáhnout na substrátu i daleko jemnějších elektronických struktur hluboko už pod šířku záznamu 100 µm. Oproti jiným způsobům MID je za přímé laserové depozice elektronických schémat snadně proveditelná i případná změna obrazce propojení, přičemž celý proces je možné ovládat i způsobem přenosu dat metodikou CAD/CAM.
Úprava modifikovaných polymerů
Obecně platí, že pro úpravu modifikovaných polymerů jsou vhodné veškeré typy excimerových laserů s vyzařováním v ultrafialové části spektra, tedy v rozsahu od 193 do 351nm, které kromě LPKF vyvíjejí např. i firmy Lambda Physik nebo TUI Laser. V LPKF však vyvinuli právě pro technologii 3-D-MID speciální 3D laser s pěti stupni volnosti, který může být využit hned u dvou MID technologií – k přímému osvitu modifikovaných polymerů, pokud se použije u metody 3-D-MID tento nový druh materiálu, nebo k odpaření fotorezistu ze stopy budoucího elektronického obvodu v případě volby jiného druhu polymeru a povlakování substrátu ještě vrstvou fotorezistu (v tom případě může být laser vybaven variabilně kromě UV jednotky i laserovou jednotkou s IR vyzařováním). Při fokusaci vyzařovaného paprsku pod ø 40 µm může stejné hodnoty dosáhnout i jemnost elektronických schémat. Rovněž tak jsou rozdílné i hodnoty elektrických parametrů u výsledných struktur dosažených různými způsoby 3-D-MID. U galvanického pokovení, kdy tloušťka vrstvy Cu dosahuje 20 – 50µm, je možné proudové zatížení až 35 A, vyšší je možné u Cu fólií ražených za tepla, kde však limitem pro jemnost elektronických schémat je šířka vodivých drah a roztečí už kolem 200 µm.
Německo a USA určují vývoj 3-D-MID
Jak ukazuje průběh samotných metod 3-D-MID, jejich další vývoj je očekáván především v zemích s vyspělou elektronikou a laserovou technikou. V současné době lze za dvě hlavní světová centra považovat jednak sdružení MIDIA se sídlem v USA, které sdružuje vedle amerických a japonských členů i některé evropské zájemce, a pak, pro nás zajímavé především svým dosahem, sdružení výzkumných institucí a výrobních firem pod názvem Forschungsvereinigung Räumliche Elektronische Baugruppen 3-D MID e. V. se sídlem v německém Erlangenu. To k dnešnímu dni čítá už na 70 svých členů, včetně takových gigantů, jakými jsou Fraunhofer Gesellschaft, Univerzita Erlangen-Nürnberg, ABB, Bayer AG, BMW, DaimlerChrysler, LPKF, Motorola, Oechsler, Bosch, SAIA-Burgess Electronics, Siemens nebo VOGT Electronic.
Reklama
Vydání #11
Kód článku: 21187
Datum: 13. 11. 2002
Rubrika: Inovace / Technologie
Autor:
Firmy
Související články
Téma: technologie pro výrobu forem

Díly, součásti či výrobky, které spatřily světlo světa díky tomu, že byly vylisovány, odlity či vykovány ve formě, jsou doslova všude kolem nás. Forma je zařízení často velmi složité a komplexní a k její výrobě je potřeba řada špičkových technologií. Následující článek představuje některé z nich.

Vývoj průmyslové tomografie

Tomografie jako zobrazovací metoda vznikla brzy po zavedení rentgenografie do praxe, a to jak (převážně) lékařské, tak průmyslové. Smyslem vytvoření tomografického záznamu – tomogramu – bylo zachytit řez zobrazovaného objektu, nejčastěji ukrytého ve hmotě, která jej obklopuje tak, aby na tomto řezu byl zřetelný obrys jeho tvaru. Řada takovýchto řezů pak umožnila učinit si představu o skutečném tvaru a umístění objektu.

Experimentální zařízení pro měření dynamického chování radiálního vodního čerpadla

Součástí nabídkového řízení velkých vodních čerpadel je i přejímací test zmenšeného modelu čerpadla, na němž jsou zákazníkovi předvedeny jeho hydraulické charakteristiky a současně jsou testovány reakční síly v čerpadle. Tyto údaje jsou velmi důležité pro finální dimenzování stavby vodního díla.

Související články
Termomechanické zpracování

Globální svět s možností volného cestování a neomezeného přístupu k informacím s sebou přináší riziko chybných nebo nepřesných překladů odborných pojmů z jiných jazyků. Ve své praxi vysokoškolského lektora s předchozí zkušeností technologa se setkávám zejména v posledních letech se značným rozvolňováním odborných pojmů, které mohou vést až k matení odborné veřejnosti. V tomto příspěvku se pokusím stručně shrnout přehled a podstatu technologických postupů, označovaných v češtině pojmem termomechanické zpracování (TMZ, resp. TMP, z anglického thermomechanical processing, což odpovídá též pojmu thermo-mechanical treatment – TMT).

Reklama
Reklama
Reklama
Reklama
Související články
Inovativní firma roku 2014: VÚHŽ

Soutěž Česká inovace vyhlásila nejlepší tuzemské inovace roku 2014. Jednou ze tří společností oceněných v kategorii Inovativní firma je VÚHŽ, a. s., (původně Výzkumný ústav hutnictví železa) za digitální hladinoměr určený pro hutní provozy (kontilití), kde je pro výrobu kvalitních ocelí potřeba zajistit ustálenou výšku hladiny tekuté oceli v krystalizátoru.

Možná řešení průmyslových a výrobních hal

Vizuální komunikace firmy v souladu s moderní architekturou – to je současný trend v oboru průmyslové haly a komerční objekty. Vítězí jednoduché, energeticky úsporné a bezpečné stavební systémy.

O stavu ekonomiky a roli vůdců

V povídání s Janem Urbanem, vysokoškolským pedagogem, podnikovým poradcem, publicistou a autorem řady knih a článků, se prolíná řada myšlenek nedávno zesnulého profesora Milana Zeleného, i když se osobně nikdy nepotkali. Několik top manažerů a emeritních CEO, kterým jsme tento rozhovor poskytli před zveřejněním, doporučilo slova Jana Urbana tesat do kamene. V intencích uvažování excelentních ekonomů Zeleného i Urbana lze říci, že dosud panuje rozpor, který nastiňuje tento rozhovor: trend zaměňování popisu akce za akci samotnou se spíše prohlubuje místo toho, aby v praxi ustupoval – v politice, podnikání i ve vzdělávání.

Plzeňské setkání strojařů

Katedra technologie obrábění Fakulty strojní Západočeské univerzity v Plzni letos uspořádala již devátý ročník mezinárodní konference Strojírenská technologie Plzeň. V porovnání s minulým ročníkem zaznamenala podstatně větší návštěvnost – čítala téměř dvě stě účastníků a uskutečnilo se bezmála šedesát prezentací. Náš časopis na konferenci figuroval jako mediální partner akce.

MM Glosa: Eine große Katastrophe

V Německu to stále vře. Vedle obav z politických iniciativ a churavějící ekonomiky řeší naši západní sousedé i otázky rasismu. Skupina vědců, jejichž úkolem bylo zkoumat, jak kdysi dávno žili dinosauři, se raději zabývá otázkou, zda jména dinosaurů odpovídají dnešnímu duchu doby. Zatímco dinosauři kdysi obývali Zemi bez zájmu o politickou korektnost, jejich jména jsou nyní předmětem vášnivých debat, zdali nejsou rasistická nebo sexistická…

Co přinese rok 2024 v oblasti automatizace?

Řada otřesů v posledních několika letech předznamenala novou éru zvýšených geopolitických a ekonomických rizik. Výrobci jsou nuceni k tomu, aby do obchodních modelů začlenili odolnost a flexibilitu a aby přehodnotili globální dodavatelské řetězce a vztahy. Zároveň stoupá tlak na začlenění principů ESG do rozhodování o provozu (tato zkratka z anglických slov environment, social a governance označuje vliv firmy na životní prostředí, pracovní podmínky ve firmě a její vliv na společnost, celkové fungování firmy uvnitř i navenek a její transparentnost).

Promluvy Štefana Kassaye: Devalvace vědy vědeckou komunikací?

Užívání cizích slov v běžné řeči ještě nikoho neudělá vědcem ani to nepovýší jeho společenskou úroveň. Přesto má člověk, kromě běžné výměny názorů, svůj záměr, kterému odpovídá i příslušný komunikační styl. Pochopitelně, že vysoce uznávaná osobnost chce mít možnost být šiřitelem svých vlastních názorů.

Promluvy Štefana Kassaye: S novým rokem nové příležitosti

Milý úsměv již z dálky prozrazuje dobrou náladu Janka, mého přítele z dětství. Září radostí, z byť i náhodného setkání. „Štefane, víš, co všechno mě čeká? Tvrdá robota. Počínaje prvním pracovním dnem.“ Řekne mi hned na uvítanou. Jeníček toho má vždy dost na práci. Zlepšovací návrhy, inovace… A navíc, jako představitel podniku, svým dobře míněným posláním oplývá nesmírným zájmem o vše kolem. Chce šířit dobro, a pomáhat lidem realizovat jejich předsevzetí. Není to ale vždy tak jednoduché, vnější svět ovlivňuje ten náš vnitřní. Například, když byl prezentován vládní program, vyslechli jsme různá vyjádření, často i extrémní. Projevoval se určitý osobnostní intelekt. A jak dny plynou, až příliš často odkrývají znova rozdané karty. Do státní ekonomiky pronikají politické názory, a ekonomika je součástí podnikání.

Jak ušetřit za energie: Využijte odpadní teplo

Řada průmyslových provozů využívá různé technologie, při nichž vzniká velké množství odpadního tepla. Tato draze získaná energie často uniká bez užitku, například ve formě odvodu horkých spalin komínem. Na druhé straně teplo potřebujeme na ohřívání vody nebo na vytápění. K tomu, abychom unikající teplo zadrželi a využili je tam, kde je ho potřeba, slouží technologie zpětného získávání neboli rekuperace tepelné energie.

Kristova léta

Ke svému závěru se nachýlil rok, ve kterém stále rezonovaly všechny krize, které si Evropa nashromáždila za předchozí období. Některé státy se jejich důsledky popraly celkem se ctí, jako například Polsko, další se vrátily do předcovidové úrovně a bohužel Česká republika jako jediná stále lapá po dechu. Proč? Co je důvodem?

Reklama
Předplatné MM

Dostáváte vydání MM Průmyslového spektra občasně zdarma na základě vaší registrace? Nejste ještě členem naší velké strojařské rodiny? Změňte to a staňte se naším stálým čtenářem. 

Proč jsme nejlepší?

  • Autoři článků jsou špičkoví praktici a akademici 
  • Vysoký podíl redakčního obsahu
  • Úzká provázanost printového a on-line obsahu ve špičkové platformě

a mnoho dalších benefitů.

... již 25 let zkušeností s odbornou novinařinou

      Předplatit