MID-Technologie von LPKF 3D-MID-Antennen für 5G im Millimeterwellenbereich

Forscher der Leibniz Universität Hannover haben das 3D-MID Verfahrens von LPKF für Antennen im Millimeterwellenbereich z. B. für den 5G-Mobilfunk oder Automotive-Sensorik getestet. Erste Prototypen einer Antenne zum Einsatz bei 24 GHz wurden am HFT gefertigt und durch Messungen verifiziert.

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. Elektrische Strukturen, wie z.B. Antennen, können damit auf nahezu beliebig geformten Flächen aufgebracht werden.
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 ermöglicht eine flexible Antennenentwicklung, um so auch bei sehr herausfordernden Randbedingungen zukunftsfähige Lösungen zu bieten.
Das HFT setzt für seine Entwicklungen auf die LDS-Technologie (Laser-Direktstrukturierung). 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, z.B. 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 HF-Anwendungen, die jenseits von 6 GHz arbeiten, legte den Grundstein für die Kooperation zwischen dem HFT und LPKF.
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, z.B. 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.

Interessenten können sich bereits jetzt beim LPKF-Projektverantwortlichen Malte Fengler (malte.fengler@lpkf.com) für weitergehende Informationen vormerken lassen.