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材料人必看:手机全面屏下的天线工艺LDS

新材料在线 2018-03-20 09:46 次阅读

从2017年开始,全面屏成为众多手机的标配,2018年依然会延续这一趋势。全面屏设计,作为手机行业的一大热点,意味着手机顶部空间的缩小,手机天线空间将受到影响。而LDS天线可以大幅度减小天线尺寸,可能是未来手机天线的主流趋势,LDS工艺再一次受到行业的关注!

2014年,是我国的LDS发展的分水岭,这之前,我国相当绝大部分的企业需要向LPKF公司缴纳高额的专利费,而且还附带购买其指定的加工设备及材料,但自2014年11月, LPKF在中国的专利彻底无效后,国内的LDS产业便抓住了这个机遇,全力开发和提升自身的技术与服务水平,各大激光镭雕设备厂、改性塑料厂、化镀厂等纷纷提升行业竞争力。

一LDS的定义

努比亚Z5的后盖设计,采用了LDS技术

官方的语言是“利用计算机按照导电图形的轨迹控制激光的运动,将激光投照到注塑成型的三维塑料器件上,在几秒钟的时间内用激光激活材料—激光使含有掺杂物的塑料中的金属组织化合物分离(激光活化)。激光活化后暴露出来的金属原子为接下来的化镀工艺提供种子层,已激光活化的区域在化镀过程中可生长出厚度为5∼10微米的金属层(表面金属化)从而实现材料的三维电路形成”,简单点说就是用特殊的激光将设定好的线路图雕刻在塑料器件表面,经过化学电镀等步骤后,在塑料表面形成一层金属层电路的工艺。

二LDS工艺过程

LDS工艺过程

在说塑胶成型之前,我们首先来了解下LDS塑料是怎么做的:

科普下什么是LDS塑料?即一种内含有机金属复合物的改性塑料,经激光照射后,使有机金属复合物释放出金属粒子。

而有机金属复合物的特性必须达到:

绝缘性

不是催化性活性剂

抗可见光

可以均匀分散在塑料基体中

激光照射后能释放出金属粒子

耐高温、耐化学性

低毒

无逸出、无迁移、抗提性好

而用于生产的LDS材料该如何选择呢?这里有个LDS专用料及生产厂家的金字塔图:

除了塔中的这些,另有:

聚酰胺类 HTN(杜邦)、PPA(RTP)、增强PA1010(EMS)、PA(华力兴)
聚碳酸酯类 RTP、MEP、SABIC、Lucky Enpla(韩国乐喜)、中塑新材料、金发都有做
聚酯类 PET、PBT(朗盛、中塑)、PET/PBT合金
PC/ABS类 相应的厂家包括RTP、MEP、台湾华宏、SABIC、韩国乐喜、中塑、金发、华力兴、鼎启钟华
其他类 LCP(Ticona、RTP)、PP、PPO、COP、PEEK等

 

下图是巴斯夫、保理、朗盛三家六款LDS材料性能的对比:

附一张LDS材料与无线电性能关系的图,以供参考:

其中:K = Dielectric constant   DF = Dissipation factor

对于究竟如何选材,这边引用下深圳华力兴新材料股份有限公司曹艳霞博士的话:

首先,材质选择需考虑LDS的加工需求,如材料的热膨胀系数、吸水性、机械特性、可焊性后制程的加工特性也是选择的考量因素(如:镭射、超声波焊接等…..)。

其次,材料的规格特性也是选择材质的一个重要考量因素,在开发阶段也可以参考材料供应商的模流分析、产品尺寸调整的一些经验。

了解了什么是LDS塑料颗粒及如何选材后,接下来看下LDS工艺的第一个步骤“塑胶成型”,其实这是一个简单的注塑的过程,将塑料粒子喂入到注塑机,经注射成型后得到塑胶元器件

第二个步骤便是LDS的重要环节——激光镭雕,其原理图如下:

经过上面这个步骤,LDS塑料颗粒中的金属复合物被激活,在器件表面附上一层很薄的金属层,这是接下来金属化(化学镀)的种子层,以便进行进一步的金属原子覆盖。一般情况下:镀铜(12微米)、镀镍(2~4微米)、镀金(0.1微米)。

第三个步骤便是金属化(化学镀层),以镀铜为例,其原理是离散的铜离子,在药水中成为种子,被还原成铜,并粘连在一起。

化学镀的步骤图

基本上到这一步,已完成了LDS的工艺过程,后续继续测试器件的性能,以便进行喷涂等二次加工。

三LDS工艺加工设备

说完了材料、工艺,接下来稍微说下LDS的生产设备,在德国LPKF的专利还在生效前,其通过捆绑商业模式迫使很多加工厂家购买其设备,获取了大量的利润,然在2014年我国判定其专利失效后,我国设备厂商抓住了机遇,产品的性能得到迅速的提升,目前市场上做的好的有:

设备厂商 LDS产品
深圳泛友科技 Tontop-LDS系列
德国乐普科 LPKF-LDS系列
深圳拓博瑞 3DTREATING激光活化机
深圳微航磁电 LDS材料及设备
武汉华工激光 LDS激光加工设备
深圳斯普莱特 LDS3D镭雕机
上海众叠光电 LDS天线镭雕机3D激光镭雕机
深圳大鹏激光 激光打标机
深圳天策激光 福永LDS激光打标机
东莞伟煌激光 LDS天线镭雕机
…… ……

 

举个德国乐普科两款设备的性能对比例子(四频段GSM天线、按照一月22天,每天运行10小时): 

  3D  160i 3D  Fusion
Laser  Beam Quantity 1 3
Cycle  Time 5.7  sec 2.6  sec
Capacity  (k/month) 278 609

 

四LDS工艺优势及其应用范围

相比较传统的加工工艺,LDS技术拥有以下几个优点,也正因为此,其现在的应用领域相当广泛:

1、设计灵活,节省空间:三维电路载体,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。

2、柔性制造:印制电路(PCB)工艺修改图案需要修改菲林,修改外形需要修改模具,而LDS工艺只要修改CAD数据,优势明显。

3、环境友好:制造过程无污染、无高压、无废水、无强电、无噪音

4、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

应用领域:

射频及通信行业: 手机天线、笔记本天线等;

汽车及运输设备制造行业,体现在减轻重量、提供耐用性;

电子电气领域

医疗设备领域

适用于高密度医疗器械的集成式小螺距

另有 精密仪器&测量及军事/航空工业等。

五LDS工艺加工设备

原文标题:材料人必看:手机全面屏下的天线工艺LDS,你了解多少?

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