14. Europäischer Elektroniktechnologie-Kolleg Elektronik: gestickt, gedruckt oder laminiert?

Klaus Ludwig, PolyIC: »Aufgrund des günstigen Preises im Vergleich zu herkömmlicher Elektronik kann man die Polymerelektronik auch sehr gut für Einwegprodukte nutzen.«
Klaus Ludwig, PolyIC: »Aufgrund des günstigen Preises im Vergleich zu herkömmlicher Elektronik kann man die Polymerelektronik auch sehr gut für Einwegprodukte nutzen.«

Gestickt, gedruckt oder laminiert: Substratmaterialien wie Glas, Textilien und Polymere werden der Elektronikfertigung den Weg in neue Anwendungen und Märkte ebnen. Referenten des Fraunhofer IZM, von Poly IC und Fela Leiterplattentechnik stellten ihre Entwicklungen dazu auf dem 14. Elektroniktechnologie-Kolleg vor.

Ein leitfähiges Garn für Textilien? Diese neuartige Verbindungstechnik stammt keineswegs aus einem Science-Fiction-Roman, sondern aus dem Labor des Fraunhofer IZM und ist Bestandteil der Forschungsaktivitäten des Fraunhofer IZM rund um die Elektronikintegration in Textilien.

Die jüngsten Aktivitäten des Fraunhofer IZM im Bereich solcher intelligenter Textilien konzentrieren sich sowohl auf die Verbindung elektronischer Komponenten mit leitfähigen Textilien als auch auf deren Einsatz als Verbindungselement. »Dabei geht es nicht darum, Geräte in die Tasche zu stecken und dann ganz herkömmlich mit dem Kleidungsstück zu verdrahten«, stellt Christine Kallmayer klar, Gruppenleiterin System on Flex am Fraunhofer IZM. Vielmehr sollen neue Substrate wie Textilien - in diesem Fall sind es Garne - selbst zum Träger und zur Funktionseinheit der Elektronik werden. Zwar gebe es zahlreiche Ideen, betont Kallmayer, aber bislang nur wenige Alternativen, die wirklich »tragbar« im doppelten Sinn des Wortes sind. Denn, so Kallmayer, »schließlich sollen sich die Textilien nach Kleidung anfühlen und nicht nach einem Gerät.«  Die Herausforderung besteht also vor allem darin, Trägermaterialien zu finden, die möglichst unauffällig und für den Träger bequem sind. Ein solches Material ist das leitfähige Garn, mit dem elektronische Komponenten auf Textilien gestickt werden. Alternativen zu gesticktem Garn sind in Textilien eingestrickte oder auch eingewebte Komponenten. Ein Forscherteam um Kallmayer arbeitet derzeit daran, diese Technik für unterschiedliche Materialien und verschiedenen Komponenten zu optimieren. Im Zuge dessen evaluieren die Forscher schnelle und kostengünstige Laminierungsprozesse für Komponenten, die durch kapazitives oder induktives Koppeln verbunden werden sollen. Auch Klebeverfahren mittels leitfähiger Klebstoffe und Lötverfahren mit Niedrigtemperaturlot untersuchen die Wissenschaftler. Welche Technologie zum Einsatz kommt, wählen die Forscher auf der Grundlage der verwendeten leitfähigen Fäden, der Elektronikmodule und der erforderlichen Zuverlässigkeit aus.

Neben der Verbindung, so Kallmayer, »ist die Verkapselung für die Zuverlässigkeit unter ungünstigen Umgebungsbedingungen ausschlaggebend.« Derzeit arbeiten die Fraunhofer-Wissenschaftler deshalb sowohl an Prozessen zur Flüssigverkapselung als auch zum Transfer-Molding und zum Einsatz von Hotmelt-Materialien.

Neue Wege in der Elektronikfertigung bedeuten in diesem Fall aber auch, dass unterschiedliche Branchen miteinander kommunizieren müssen, die ansonsten wenig gemeinsam haben. »Da bleiben Kommunikationsschwierigkeiten nicht ganz aus«, weiß Kallmayer. Es erfordert schon ein gewisses gegenseitiges Gespür für die Anforderungen der jeweils anderen Seite, was sich schon allein an den unterschiedlichen Bedeutungen von Wörtern bzw. Jargons zeigt: »Wenn wir beispielsweise von einer Spule sprechen, meinen wir natürlich eine Spule im elektronischen Sinne, wenn die Textilindustrie von Spule spricht, meint sie eine Garnspule.« Unterschiedlicher könnten die Bedeutungen also kaum sein. So habe es laut Kallmayer immerhin gut drei Jahre gedauert, bis »wir auf einem Level waren«.

Den Weg vom Labor in die Anwendung haben die gestickten Verbindungen und Verdrahtungen inzwischen geschafft: Zum Einsatz kommen sie beispielsweise in  einem EKG-Shirt, das die Herztätigkeit misst. Doch auch wenn die ersten Industrie-Projekte viel versprechend sind: Noch fehlt die Akzeptanz auf breiter Front. Die Gründe dafür sieht Kallmayer unter anderem darin, dass es bislang an Standards fehlt, um solche elektronischen Textilien überhaupt zu qualifizieren. »Die muss es aber geben, bevor solche Produkte in großen Stückzahlen auf den Markt kommen können«, erklärt Kallmayer.