Laser-Direktstrukturierung: Kompakte 3D-Antennen für Applikationen im mm-Wellenbereich

Im Rahmen einer Kooperation mit dem Institut für Hochfrequenztechnik und Funksysteme (HFT) der Leibniz-Universität Hannover wird bei LPKF aktuell die Anwendung des LDS-Verfahrens für zukünftige Drahtlos-Applikationen unter die Lupe genommen. Erste Ergebnisse sind vielversprechend.

Die LDS-Technik (Laser-Direktstrukturierung) ist als Fertigungsverfahren für 3D-Antennen in der Konsumelektronik bereits etabliert. In vielen Smart­phones, Tablets und Wearables finden sich heutzutage LDS-Antennen, die den Frequenzbereich bis 6 GHz abdecken, zum Beispiel für Bluetooth, LTE oder WiFi. Je höher die Sendefrequenz, desto kürzer die Wellenlänge – damit steigen aber auch die Anforderungen an die Komponenten. Die Frage nach den relevanten Fertigungskriterien für HF-Anwendungen, die jenseits von 6 GHz arbeiten, legte den Grundstein für die Kooperation zwischen dem Institut für Hochfrequenztechnik und Funksysteme (HFT) an der Leibniz-Universität Hannover und der Firma LPKF.

Da für zukünftige Funksysteme auch im Bereich der Konsumelektronik oder beim 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, beispielsweise für künftige 5G-Kommunikationsverfahren.

Erste Prototypen einer Antenne (Bild) zum Einsatz in der Millimeterwellen­sensorik bei 24 GHz wurden am HFT gefertigt und durch Messungen erfolgreich verifiziert. Die Fertigung von Test­antennen für 77 GHz ist aktueller Inhalt der Zusammenarbeit. Die bereits durchgeführten Testmessungen zeigen sich auch hier sehr vielversprechend und lassen neue Möglichkeiten für LDS-basierte Antennen bei höheren Frequenzen erwarten.

Alternative zu herkömmlichen ­Antennen-Anordnungen

Dipl.-Ing. Aline Friedrich, Doktorandin des HFT an der Leibniz-Universität Hannover, arbeitet seit mehreren Jahren mit 3D-MID-Verfahren: „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 ermöglicht eine flexible Antennenentwicklung, um so auch bei sehr herausfordernden Randbedingungen zukunftsfähige Lösungen anbieten zu können.“

Das HFT setzt für seine Entwicklungen gezielt auf die LDS-Technik: Dabei strukturiert ein Laserstrahl einen dreidimensionalen Körper, der aus einem LDS-dotierten Kunststoff hergestellt wurde. Der Laserstrahl überträgt ein gewünschtes Schaltungs-Layout 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 Oberflächen-Finishes veredeln lassen.