激光直接成型(LDS) 功能塑料在手機天線、三維立體(ti) 電路和智能響應領域廣泛應用,是實現智能終端部件輕、薄、小型化的基礎材料之一。
2020 年,人類進入了5G 通訊時代。5G 通訊在傳(chuan) 輸中呈現出低時延、高可靠、低功耗的特點,低功耗的特征能更好地支持互聯網和物聯網的應用。5G 無線通訊最有希望應用的28 GHz 頻段的可用頻譜帶寬可達1 GHz,而60 GHz 頻段每個(ge) 信道的可用信號帶寬則到了2 GHz。
激光直接成型(LDS) 功能塑料是實現LDS 技術的關(guan) 鍵材料,在手機天線,三維立體(ti) 電路,智能感應與(yu) 響應領域如可穿戴設備、智能醫療器件、無人駕駛汽車、智能家居、無人機等方麵可獲得廣泛的應用,是實現智能終端部件輕、薄、小型化的基礎材料之一,也是5G 通訊時代的關(guan) 鍵基礎材料之一。
目前,LDS 功能塑料在智能終端、特別是在智能手機天線中廣泛使用,是4G 通訊信息時代天線及傳(chuan) 感器的主流。幾乎所有智能手機公司均有機型使用LDS 技術生產(chan) 的天線。LDS 天線的優(you) 勢在於(yu) :
其與(yu) 柔性電路板天線和金屬片天線相比,LDS 部件可采用其實際需要的形狀,從(cong) 而使其功能服從(cong) 於(yu) 結構形態,部件具備完全的三維功能。
由於(yu) 采用激光成型,改變電路圖案無需改變模具就能實現,非常適合生產(chan) 不同種類的天線、傳(chuan) 感器等智能響應部件。
LDS 天線直接鐳雕在器件塑料外殼或中框上,不僅(jin) 避免器件的內(nei) 部金屬幹擾,更可以縮小器件的體(ti) 積。
LDS 技術生產(chan) 效率高,產(chan) 品生產(chan) 周期短,激光係統耐用、少維護,適用於(yu) 連續不間斷生產(chan) ,並且故障率低。
LDS 技術及其特點
LDS 技術是由德國LPKF Laser & Electronics AG 集團發明,利用計算機按照導電圖形的軌跡控製激光的運動,將激光投照到模塑成型的三維塑料器件上,在幾秒到幾十秒的時間內(nei) ,活化出電路圖案。對於(yu) 手機天線設計與(yu) 生產(chan) ,簡單說就是在成型的塑料支架上,利用LDS 技術可以直接在支架上鐳雕、化鍍形成金屬天線。具體(ti) 的LDS 工藝如下圖所示。
首先將LDS 功能塑料注塑成型,繼而將激光光束直接投射在注塑件表麵,按照預設計圖案控製激光行進軌跡,被激光照射過的部分的金屬化合物被活化,具有較高的自催化反應活性,可以誘導下一步金屬化學鍍從(cong) 而形成一定厚度的金屬層,直到根據預設計圖案形成金屬化的三維立體(ti) 圖案。
LDS 工藝流程短,操作簡單,生產(chan) 柔性大,線寬、線距精度高,是目前三維立體(ti) 電路器件、模塑互連器件(MID) 的主要生產(chan) 工藝之一。應用LDS 技術必須采用具有LDS 性能的功能塑料,該塑料內(nei) 必須含有絕緣性的金屬化合物。
LDS 技術的優(you) 點
設計靈活,節省空間。三維電路載體(ti) 是注塑件表麵,可供利用的空間增加;器件更小、更輕;功能更多,設計自由度更大,有可能實現創新性功能。
柔性製造。印製電路(PCB) 工藝修改圖案需要改菲林;修改外型需要改模具。而LDS 工藝不要模具和掩模,隻修改激光機CAD 數據,優(you) 勢明顯。
工藝流程環保。傳(chuan) 統的塑膠表麵電鍍金屬,抗剝離強度差,且需酸粗化、水洗、沉積貴金屬鈀水等不環保流程,而LDS 工藝直接環保化學鍍;相比PCB 工藝,LDS 屬於(yu) 加法工藝,不要去掉銅箔,省略了蝕刻環節,無環境負擔。
有利於(yu) 產(chan) 品體(ti) 積再縮小。符合手機等智能終端小型化、薄型的發展趨勢。
產(chan) 品性價(jia) 比高。省略了五金螺絲(si) 、接插件、電路板,在一些應用中實現了高密度的三維立體(ti) 組裝。
常見的LDS 功能塑料產(chan) 品
LDS 功能塑料的常用樹脂基材包括聚碳酸酯(PC),PC/ABS,PBT,PBT/PET,PCT,LCP等材料。目前市場應用最多的是PC 和PC/ABS 為(wei) 基材的LDS功能塑料,產(chan) 品特點是表麵性能好、力學性能好、價(jia) 格相對適中,成品天線的射頻(RF) 信號好。PC 和PC/ABS 為(wei) 基材的LDS功能塑料占據了LDS 材料市場一半以上的銷售份額。
與(yu) PC、熱塑性聚酯、PA 類基材相比,LCP 基材的LDS功能塑料的性能更加優(you) 越,在5G 通訊時代擁有更加廣闊的應用前景。這是由LCP 基材的特性決(jue) 定的。
LDS 功能塑料應用及發展
LDS 功能塑料已經被廣泛應用於(yu) 通信、汽車電子、機電設備、醫療器械等應用領域,目前最大的應用領域仍然是手機天線。蘋果、三星、華為(wei) 、HTC、小米、華碩、OPPO、聯想等,幾乎所有手機和筆記本電腦製造商內(nei) 置天線使用了LDS 功能塑料。
近年來,隨著移動支付的興(xing) 起,NFC 也成為(wei) 潮流。2014年MTPS 平台建成,建設銀行、中信銀行、光大銀行、中國銀聯、中國移動等7 家機構的企業(ye) TSM 已係統級接入運行。上海地鐵支持刷NFC 手機,北京公交、地鐵、便利店已全麵支持NFC 手機。NFC 的大規模推廣條件逐漸成熟。LDS工藝整合NFC 天線,將NFC 用LDS 的工藝集成到手機外殼上來,手機更輕、更薄、功能更強大。
在汽車領域,采用LDS 功能塑料有利於(yu) 汽車的小型化、輕量化和智能化:
結構緊湊,相同體(ti) 積內(nei) 可以設計更多功能,相同功能需要的體(ti) 積小。
直接在塑膠支撐件表麵形成電路,高集成度減少了汽車組裝工藝和配件。
節約的空間用於(yu) 其它用途,例如增加電動車的電池容量,增加智能響應器件。
國外已采用LDS 功能塑料製造了多功能方向盤和GPS 導航天線,增加汽車功能的同時減少了汽車內(nei) 部獨立組件數量,有利於(yu) 汽車輕量化和小型化的發展趨勢。LDS功能塑料將促進無人駕駛汽車、智能汽車的早日實現。
LDS 功能塑料的特性和優(you) 勢使得其在通訊、電子器件、芯片製造、精密醫療儀(yi) 器設備、汽車領域、智能家居、可穿戴設備、智能終端等領域應用市場潛力巨大。
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