2014年11月19日，LPKF集團(tuán)LDS專(zhuān)利失效，此后國(guó)內(nèi)LDS相關(guān)產(chǎn)業(yè)得到了快速的發(fā)展。本文作者從材料出發(fā)，詳細(xì)介紹了如何選用LDS專(zhuān)用料？LDS產(chǎn)業(yè)鏈知名廠商以及新的形勢(shì)下，我們?cè)撊绾螌DS技術(shù)應(yīng)用更廣？
一、LDS工藝技術(shù)簡(jiǎn)介
LDS（激光直接成型）技術(shù)由德國(guó)LPKFLaser & Electronics AG集團(tuán)發(fā)明，是一類(lèi)在改性塑料表面激光刻蝕出電路的技術(shù)。目前已廣泛應(yīng)用在智能手機(jī)、筆記本電腦天線，醫(yī)療設(shè)備傳感器、汽車(chē)設(shè)備傳感器、電子電氣產(chǎn)品等中。LDS技術(shù)的具體介紹請(qǐng)查看→一張圖看懂什么的LDS天線技術(shù)？
圖1：LDS技術(shù)激光活化原理
LDS技術(shù)實(shí)現(xiàn)的工藝流程包括六步，如圖2所示。
圖2：LDS技術(shù)完整工藝流程
具體的說(shuō)，完整的LDS技術(shù)工藝流程包含以下六個(gè)步驟：
1) 具備特殊晶體結(jié)構(gòu)的金屬氧化物的制備；該金屬化合物作為L(zhǎng)DS專(zhuān)用料的助劑提供專(zhuān)用料對(duì)激光鐳雕的敏感程度；
2) 選用合適種類(lèi)和用量的LDS助劑，采用熔融共混技術(shù)制備LDS專(zhuān)用料；
3) 模廠根據(jù)終端客戶(hù)的需求和LDS專(zhuān)用料的要求開(kāi)模和注塑；
4) 注塑成型后的素材到鐳雕線完成鐳雕過(guò)程；
5) 已鐳雕完成的素材到化鍍線完成化鍍過(guò)程；
6) 化鍍后的成素材測(cè)試相關(guān)性能，為后續(xù)的噴涂等二次加工做好準(zhǔn)備。
總的來(lái)說(shuō)，LDS技術(shù)實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵因素包括三個(gè)，首要必須有對(duì)鐳雕激光敏感的LDS專(zhuān)用料作為基材；二是電路設(shè)計(jì)及激光雕刻系統(tǒng)；最后是良好有效化鍍系統(tǒng)及過(guò)程控制。
其中，LDS專(zhuān)用料國(guó)外供應(yīng)商包括Sabic、DSM、BASF和三菱工程塑料，國(guó)內(nèi)如深圳華力興新材料、成都麥艾迪、中塑新材料和金發(fā)科技等。激光鐳雕機(jī)供應(yīng)商國(guó)外為L(zhǎng)PK，常用型號(hào)包括MicroLine 160I、Fusion 1100、Fusion 6300和Fusion 1500，國(guó)內(nèi)如泛友Precision3D、Precision3DC和拓博瑞的3D TREATING?；円汗?yīng)商如麥得美、羅門(mén)哈斯、樂(lè)思化學(xué)等。
二、LDS技術(shù)的六大優(yōu)勢(shì)！
LDS的技術(shù)優(yōu)勢(shì)在于：
1) 成品體積小，符合現(xiàn)代社會(huì)產(chǎn)品向小型化、微型化發(fā)展的趨勢(shì)；
2) 制程簡(jiǎn)化：塑膠射出-鐳射活化-化鍍-成品出貨；
3) 研發(fā)制造時(shí)間短，制程穩(wěn)定；
4) 符合環(huán)保要求，無(wú)需添加酸洗活化劑；
5) 電路的最小線寬線距可精確至150μm；
6) 鐳射可作導(dǎo)穿孔，深度可達(dá)50μm。
圖：LDS制程生產(chǎn)的手機(jī)外殼
LDS樣品開(kāi)發(fā)工作方便，對(duì)市場(chǎng)反應(yīng)靈活，投放市場(chǎng)速度快。LDS應(yīng)用最多的是4G通訊的手機(jī)和筆記本天線材料。國(guó)際上知名的天線廠商Laird、Molex、Tyco、啟碁等目前均已使用LDS技術(shù)大量生產(chǎn)天線產(chǎn)品，幾乎所有已知的智能手機(jī)公司如Apple、Samsung、SEMC、HTC、華為、聯(lián)想、中興等均已有機(jī)型使用LDS技術(shù)生產(chǎn)的天線。
另外，LDS材料還可提供定制性能，如阻燃、增強(qiáng)、超韌等，可進(jìn)一步擴(kuò)大其應(yīng)用領(lǐng)域和范圍。
三、LDS技術(shù)用塑料到底有哪些？
具備激光敏感功能的特種工程塑料是LDS技術(shù)能以實(shí)施的核心和關(guān)鍵之一。常見(jiàn)的塑料材料如PE、PP、聚酯、PC、ABS、PC/ABS以及高性能特殊工程塑料如耐高溫尼龍（PA46、PA6T、PA9T、PPA、PA6/6T、HTN等）、液晶聚合物（LCP）等由于其分子結(jié)構(gòu)中不存在對(duì)鐳雕激光波長(zhǎng)敏感的分子結(jié)構(gòu)及化學(xué)鍵，很難在鐳雕激光的波長(zhǎng)作用下直接活化產(chǎn)生可以進(jìn)一步催化化學(xué)鍍過(guò)程的催化劑，從而使得這些聚合物不能直接用于LDS的材料。考慮到材料的來(lái)源易得性，LDS材料往往在常用聚合物的基礎(chǔ)上進(jìn)行改性。
據(jù)報(bào)道，世界上能夠提供LDS商品化材料的公司主要是歐洲、美國(guó)和日本的大型跨國(guó)公司，表1給出了已經(jīng)商品化的LDS材料及其供應(yīng)商的一覽表。表2給出了國(guó)外LDS專(zhuān)用料常用材質(zhì)及商品牌號(hào)。
表1：商品化LDS材料及其制造商
表2 國(guó)外主要LDS材料及其商品牌號(hào)
圖：LDS用塑料分布圖
其中，通訊信息領(lǐng)域中開(kāi)發(fā)和研究最多的是PC和PC/ABS為載體的LDS材料，它們以其優(yōu)異的耐熱性、機(jī)械性能和加工性能以及相對(duì)適中的價(jià)格占據(jù)了LDS材料市場(chǎng)一半以上的銷(xiāo)售份額，產(chǎn)品性能特點(diǎn)是表面性能好、機(jī)械性能好。其國(guó)外主要制造商包括沙伯基礎(chǔ)創(chuàng)新塑料（Sabic）、三菱工程塑料（Mitsubishi）。
由于LDS專(zhuān)用工程塑料技術(shù)難度高，加上LPK集團(tuán)“專(zhuān)利壟斷”的認(rèn)證和準(zhǔn)入的限制，已知國(guó)內(nèi)LDS新型工程塑料目前僅有深圳華力興、廣州金發(fā)科技、深圳中塑、四川麥艾迪等幾家生產(chǎn)和提供。加速?lài)?guó)內(nèi)具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的高性能LDS材料的研究和開(kāi)發(fā)是適應(yīng)4G、5G無(wú)線移動(dòng)通訊信息時(shí)代的迫切要求。
表3 深圳華力興LDS材料牌號(hào)及性能
從表3可以看出，深圳華力興新材料的PC全系列LDS專(zhuān)用料性能與國(guó)外同類(lèi)品牌接近，同時(shí)其具有更高的加工穩(wěn)定性，具有很高的性?xún)r(jià)比和地區(qū)供貨優(yōu)勢(shì)。
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四、作為用戶(hù)，該怎樣選擇LDS專(zhuān)用料？
首先，材質(zhì)選擇需考慮LDS的加工需求，如材料的熱膨脹系數(shù)、吸水性、機(jī)械特性、可焊性后制程的加工特性也是選擇的考量因素（如：鐳射、超聲波焊接等…..）。
其次，材料的規(guī)格特性也是選擇材質(zhì)的一個(gè)重要考量因素，在開(kāi)發(fā)階段也可以參考材料供應(yīng)商的模流分析、產(chǎn)品尺寸調(diào)整的一些經(jīng)驗(yàn)。
針對(duì)已確定材質(zhì)的LDS專(zhuān)用料來(lái)說(shuō)，終端用戶(hù)和模廠在選用LDS專(zhuān)用料時(shí)要兼顧下面四個(gè)因素：
1、首先要關(guān)注材料的加工熱穩(wěn)定性。LDS專(zhuān)用料中添加有可對(duì)基體樹(shù)脂催化降解的金屬化合物，很容易在塑料粒子擠出加工和注塑過(guò)程中發(fā)生熱降解反應(yīng)。熱穩(wěn)定性差的專(zhuān)用料會(huì)在注塑過(guò)程中存在明顯的料花和析出現(xiàn)象，注塑件表面發(fā)黃發(fā)暗，材料的熔融流動(dòng)指數(shù)很高。
2、注塑件的鐳雕和化鍍程序的良率高，一般要求注塑件鐳雕的良率在98%以上，化鍍良率在96%以上。鐳雕和化鍍的良率與LDS專(zhuān)用料的結(jié)構(gòu)和性能密切相關(guān)，是LDS技術(shù)得以實(shí)現(xiàn)的前提和基礎(chǔ)。
3、材料的機(jī)械加工性能必須滿(mǎn)足終端客戶(hù)的使用要求。
4、材料必須通過(guò)終端客戶(hù)的應(yīng)用要求測(cè)試，如手機(jī)天線材料終端產(chǎn)品的切片測(cè)試、附著力測(cè)試、恒溫恒濕實(shí)驗(yàn)、高/低溫存儲(chǔ)測(cè)試和冷熱交替沖擊測(cè)試等。
五、LPK集團(tuán)專(zhuān)利壟斷的失效將給我們帶來(lái)多少機(jī)遇？
LDS技術(shù)是德國(guó)LPKF公司率先提出并申請(qǐng)專(zhuān)利保護(hù)的。
多年來(lái)，LPKF在業(yè)內(nèi)廣泛宣揚(yáng)其LDS“專(zhuān)利技術(shù)”的先進(jìn)性，但實(shí)質(zhì)上通過(guò)“捆綁商業(yè)模式”達(dá)到獲取豐厚利潤(rùn)的目的。LPKF要求使用該“專(zhuān)利技術(shù)”加工的廠家不但購(gòu)買(mǎi)其特殊的激光設(shè)備，并且要求技術(shù)加工廠商從其指定的塑料廠商購(gòu)買(mǎi)注塑用塑料，從而實(shí)現(xiàn)他們“技術(shù)-商業(yè)”全面獲利的模式。然而，智能移動(dòng)終端快速發(fā)展，智能手機(jī)及穿戴式電子設(shè)備等核心零配件及組裝都對(duì)集成化、立體化有極高的要求，用精密立體激光制作電子器件具備明顯優(yōu)勢(shì)。迫切需求盡快開(kāi)發(fā)和應(yīng)用LDS技術(shù)。隨著無(wú)線移動(dòng)通訊和穿戴式電子設(shè)備等的迅速發(fā)展，LPKF的專(zhuān)利“保護(hù)”越來(lái)越成為了LDS技術(shù)應(yīng)用行業(yè)和產(chǎn)業(yè)發(fā)展的桎梏和枷鎖。
圖：3D立體電路LDS加工中心（來(lái)源：深圳微航磁電）
2014年之前，在LPKF的專(zhuān)利壟斷下，我國(guó)的激光鐳雕設(shè)備制造商、改性塑料制造商、化鍍液制造商不得不爭(zhēng)取LPKF公司的承認(rèn)和認(rèn)證同時(shí)繳納不菲的費(fèi)用，生存處境艱難，發(fā)展空間受到嚴(yán)格的限制。
2014年11月19日中華人民共和國(guó)最高人民法院裁定 LPKF在中國(guó)的導(dǎo)體軌道結(jié)構(gòu)制造線路方法專(zhuān)利CN02812609.2徹底無(wú)效。借此重大利好東風(fēng)，我們應(yīng)抓住時(shí)機(jī)迎接挑戰(zhàn)，大力開(kāi)發(fā)和提升LDS產(chǎn)業(yè)鏈相關(guān)行業(yè)如激光鐳雕設(shè)備廠、改性塑料廠、化鍍廠的技術(shù)及服務(wù)水平，為無(wú)線移動(dòng)通訊和可穿戴式電子設(shè)備行業(yè)的迅速發(fā)展提供助力和動(dòng)力。
最后要強(qiáng)調(diào)的，LDS技術(shù)的產(chǎn)業(yè)鏈長(zhǎng)，關(guān)鍵影響因素多，任何環(huán)節(jié)的不足甚至缺失都會(huì)成為整個(gè)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的短板。從上游的LDS功能助劑的合成、LDS專(zhuān)用料的制備，到中下游激光鐳雕設(shè)備的推廣和應(yīng)用、化鍍藥水的配制和化鍍良率的提升，需要我們整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈的通力合作。
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