LDS-Fertigung 3D-Antennen im Millimeterwellenbereich

LDS-Antennen finden sich heute in vielen Consumer-Produkten, beispielsweise in Smartphones oder Wearables. Wissenschaftler untersuchen aktuell die LDS-Technologie hinsichtlich ihrer Eignung für die Produktion von Antennen im Millimeterwellenbereich – erste Prototypen wurden bereits erfolgreich getestet.

Anbieter zum Thema

Micro-Epsilon Messtechnik GmbH & Co. KG

Franke GmbH

FACTUREE - Der Online-Fertiger

LaserMicronics GmbH

Kompakte 3D-Antennen, die auch im Frequenzband von 30 bis 300 GHz, also einem extrem hohen Frequenzen im Millimeterwellenbereich, arbeiten können, sollen die künftige Mobilfunkgeneration einleiten. Daran arbeiten im Rahmen einer Kooperation das Unternehmen LPKF Laser & Electronics aus Garbsen sowie Forscher des Instituts für Hochfrequenztechnik und Funksysteme (HFT) der Leibniz Universität Hannover. Sie nehmen aktuell die Anwendung des LDS-Verfahrens, also der Laser-Direktstrukturierung für zukünftige Drahtlosapplikationen genau unter die Lupe. Denn mit zunehmender Frequenz steigen auch die Anforderungen an die Antennenkomponenten. Mehrere zum Herbst des Jahres angestrebte Veröffentlichungen zeigen die Eignung der LDS-Technologie für Antennen im Millimeterwellenbereich – zum Beispiel für den Mobilfunk der fünften Generation (5G) oder Automotive-Sensorik.

Herausfordernde Anforderungen bei gleichzeitiger Erhöhung der Integrationsdichte und eine Erweiterung der Frequenzbänder erfordern flexible Ansätze für die Funktionalisierung vorhandener Bauräume bei hochfrequenten Anwendungen. Eine Lösung: Die MID-Technologie (Molded Interconnect Devices, eng. für: Spritzgegossene Schaltungsträger). Elektrische Strukturen, wie zum Beispiel Antennen, können damit auf nahezu beliebig geformten Flächen aufgebracht werden.

3D ermöglicht flexible Antennenentwicklung

Dipl.-Ing. Aline Friedrich, Doktorandin am HFT, arbeitet seit mehreren Jahren mit 3D-MID-Technologien: „Dreidimensionale Antennen bieten bei bestimmten Anwendungsgebieten deutliche Vorteile. Im Rahmen von Prototypen konnte bereits gezeigt werden, dass 3D-Antennen bei geschickter Auslegung eine leistungsfähige Alternative zu herkömmlichen Anordnungen darstellen.“ Der dreidimensionale Aufbau ermögliche eine flexible Antennenentwicklung, um so auch bei sehr herausfordernden Randbedingungen zukunftsfähige Lösungen zu bieten.

Das HFT setzt für seine Entwicklungen auf die LDS-Technologie. Dabei strukturiert ein Laserstrahl einen dreidimensionalen Körper, der aus einem LDS-dotierten Kunststoff hergestellt wurde. Der Laserstrahl überträgt ein gewünschtes Schaltungslayout auf das Substrat und aktiviert dabei das Additiv. In einer nachfolgenden stromlosen Metallisierung bauen sich an den überfahrenen Strukturen Kupferschichten auf, die sich anschließend mit unterschiedlichen Oberflächenfinishes veredeln lassen.

Die LDS-Technologie ist bereits als bevorzugtes Fertigungsverfahren für 3D-Antennen im Consumer-Bereich etabliert. In vielen Smartphones, Tablets und Wearable Devices finden sich heutzutage LDS-Antennen, die den Frequenzbereich bis 6 GHz abdecken, beispielsweise für Bluetooth, LTE oder Wi-Fi.

Je höher die Sendefrequenz, desto kürzer die Wellenlänge – damit steigen auch die Anforderungen an die Komponenten. Die Frage nach den relevanten Fertigungskriterien für Hochfrequenz-Anwendungen, die jenseits von 6 GHz arbeiten, legte den Grundstein für die Kooperation zwischen dem HFT und LPKF.

Erste Prototypen getestet

Da für zukünftige Funksysteme auch im Bereich der Consumer Electronics oder Smart Home eine Erweiterung der Nutzfrequenzbänder zu höheren Frequenzen zu erwarten ist, liegt ein Fokus der Kooperation auf der Evaluierung und Optimierung der LDS-Fertigung für Anwendungen im Millimeterwellenbereich, zum Beispiel für künftige 5G-Kommunikationstechnologien. Erste Prototypen einer Antenne zum Einsatz in der Millimeterwellensensorik bei 24 GHz wurden am HFT gefertigt und durch Messungen erfolgreich verifiziert. Die Fertigung von Testantennen bei 77 GHz ist aktueller Inhalt der Zusammenarbeit. Die bereits durchgeführten Testmessungen zeigen sich auch für diese Anwendungen sehr vielversprechend und lassen neue Möglichkeiten für LDS-basierte Antennen bei höheren Frequenzen erwarten.

Erste Veröffentlichungen der Ergebnisse werden im Herbst 2016 erwartet und in wissenschaftlichen Magazinen sowie internationalen Konferenzen diskutiert.

(ID:44083749)