Neue Wege in der Elektronikfertigung Jenseits von Silizium und Leiterplatte

Leitfähiges Garn
Leitfähiges Garn

Substrate aus Glas, Textilien und Polymere sollen der Elektronikfertigung den Weg in neue Anwendungen und Märkte ebnen. Ablösen werden solche Materialien das Silizium und die klassische Leiterplatte wohl nicht, aber zumindest in einigen Bereichen ergänzen. Erste Industrieprojekte gibt es bereits.

Vor allem dort, wo es bislang noch gar keine Elektronik gab, bieten alternative Substrate interessante Einsatzmöglichkeiten; zum Beispiel 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. Die Herausforderung besteht laut Kallmayer 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. Kallmayer arbeitet zusammen mit einem Forscherteam derzeit daran, diese Technik für unterschiedliche Materialien und verschiedenen Komponenten zu optimieren. 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.

Dünn, flexibel und kostengünstig - das sind die Trümpfe der gedruckten Elektronik auf Polymerbasis. »Aufgrund des günstigen Preises im Vergleich zu herkömmlicher Elektronik kann man die Polymerelektronik zum Beispiel sehr gut für Einwegprodukte nutzen«, erklärt Klaus Ludwig, Product Manager PolyLogo von Poly IC. Doch nicht nur aus Kostensicht, auch technisch hat die organische Elektronik bereits eini-ges zu bieten: So lässt sich beispielsweise durch die Kombination einer gedruckten Batterie mit einer Logik, einem Eingabeelement und einem Display ein Einwegsensor oder ein Spiel oder sogar ein Informationsdisplay aufbauen. Ein solches - funkaktivierbares Display - ist das jüngste Produkt aus der Entwicklungsschmiede von Poly IC. Das unter dem Markennamen »PolyLogo-RAD« vermarktete Display lässt sich z.B. in Karten oder Verpackungen integrieren und ermöglicht die interaktive Verbindung mit dem Nutzer. Um die versteckten Inhalte des im PolyLogo-RAD integrierten Displays zu sehen, hält der Nutzer die Karte oder Verpackung in die Nähe eines Aktivierungsgerätes. Einsatzbereiche sieht Ludwig vor allem beim Produktmarketing, bei Spielen oder beim Marken- und Echtheitsschutz.

Wie schafft sich heutzutage ein deutscher Leiterplattenhersteller im hart umkämpften Wettbewerb ein Alleinstellungsmerkmal? Diese Frage führte Fela Leiterplattentechnik dazu, neue Wege jenseits der klassischen Leiterplatte auszuprobieren und sich mit dem Thema »Elektronik auf Glas« zu beschäftigen: Das Ergebnis heißt »Felam Glasline« und ist die Kombination einer Glasoberfläche mit einer darunter befindlichen Leiterplattenstruktur. Zum Einsatz kommen solche Systeme auf Glassubstraten beispielsweise als Tastaturen mit Touch-Funktion oder als Beleuchtungsapplikationen.

Im Unterschied zu bislang bekannten Methoden, ein Flachglas mit einer Leiterplatte zu verkleben, sind in diesem Fall die Leiterplatte und das Glas keine getrennten Komponenten, sondern ein homogenes Verbundsystem. »Ein wichtiger Vorteil dabei ist, dass es keine Lufteinschlüsse über den Herstellungsprozess gibt, die die Funktion des Systems beeinträchtigen könnten«, schildert Markus Karbach, Bereichsleiter von Felam Leiterplattentechnik. »Beim Einsatz von Leiterplatten oder flexiblen Folien wirken die Materialien hygroskopisch«, erklärt Karbach, »d.h. sie nehmen Wasser auf. Unsere Felam-Glasline-Technologie hingehen erlaubt Dielektrika von maximal 40 µm zwischen Glasplatte und Bauteilen und baut so eine gegen Temperatur und Feuchtigkeit unempfindliche Schaltung auf.« Für die Leiterbahnen setzt Fela auf bewährtes Kupfer, die Schaltung selbst wird durch Photolithographie erstellt. Die Strategie von Fela, sich mit Glas-basierten Systemen ein Alleinstellungsmerkmal und damit ein zweites Standbein zu schaffen, ist aufgegangen: Den Kinderschuhen ist die Leiterplatte aus Glas nämlich  längst entwachsen, denn die Nachfrage und der Auftragseingang steigen laut Karbach rasant.