Funktion trifft auf Design Gedruckte Schaltungen mit diskreten Elektronikbauteilen 

Perttu Korhonen zeigt am Tactotek-Stand ein gebogenes Teil für die Mittelkonsole eines Fahrzeugs. Die „elektronische Schicht“, die Leiterbahnen, Sensoren und LEDs enthält, ist nur 3 mm dick.
Perttu Korhonen zeigt am Tactotek-Stand ein gebogenes Teil für die Mittelkonsole eines Fahrzeugs. Die „elektronische Schicht“, die Leiterbahnen, Sensoren und LEDs enthält, ist nur 3 mm dick.

PCB-Designer sind ständig auf der Suche nach Formgestaltungs- und Nutzbarkeits-Konzepten, die die Kunden begeistern und Visionen wahr werden lassen. Mit intelligenten Oberflächen hält eine Elektronikgeneration Einzug, die einen neuen Freiheitsgrad im Design ermöglicht. 

Seit es elektronische Steuerungen gibt, verfolgt das Design von Fahrzeuginnenräumen einen eher konservativen Ansatz hinsichtlich der Benutzeroberflächen und Bedienelemente – sowohl in Bezug auf die Struktur der Bauteile als auch bei den Tasten, Dreh- und Schiebereglern, die als Mensch-Maschine-Schnittstelle (HMI) fungieren. Erst seit den 2010er-Jahren werden die traditionellen mechanischen Bedienelemente sukzes­sive durch Displays und virtuelle Instrumenten-Cluster in der Mittelkonsole und auf dem Armaturenbrett ersetzt.

Mit der Einführung der Touchscreens hat die Branche gestalterisch im Auto das wiederholt, was die mobilen Endgeräte vorgemacht haben. Touchscreens eröffnen zahlreiche Optionen und erlauben mehrere Ebenen der Benutzeroberfläche, auf denen sich alle denkbaren Funktionen unterbringen lassen. Der Vorteil ist allerdings gleichzeitig die größte Schwäche: Displays in der Mittelkonsole oder in der Armaturentafel verlangen viel Aufmerksamkeit, haben eine lange Lernkurve und lenken den Fahrer stärker ab, wenn sie während der Fahrt bedient werden. 

„Injection Molded Structural Electronics“ (IMSE, Spritzguss-Strukturelektronik) ermöglichen künftig dünne Leichtbau-Strukturen, die elektronische Funktionen auf dreidimensionalen Oberflächen abbilden können. Durch Einsatz der intelligenten Ober­flächen können Elektronikentwickler elektronische Funktionen in der Formgestaltung nach den Wünschen der Verbraucher umsetzen. Die Technik kann daher die Designanforderungen erfüllen und zudem intuitive Interaktionen unterstützen.

Aufbau und Funktion IMSE verbindet gedruckte Schaltungen mit diskreten Elektronikbauteilen wie beispielsweise LEDs in dreidimensionalem Spritzguss-Kunststoff. Das fertige Bauteil ist daher eine vollständig abgedichtete Leichtbau-Baugruppe aus einem Stück.

Üblicherweise bestehen IMSE-Teile dabei aus einer unteren In-Mould-Labelling (IML)-Folie, auf die die leitfähigen Tinten, Dielektrika und Surface-Mount Technology (SMT)-Elektronikbauteile aufgebracht werden. Die obere Schicht bildet entweder eine zweite IML-Folie oder eine natürliche Oberfläche wie beispielsweise Holz . Je nach Anwendungsfall und Komplexität der Funktionen können IMSE-Teile als 1- oder 2-Folien-Struktur aufgebaut werden.

Zusätzlich zu den Gestaltungsmöglichkeiten bietet das IMSE-Verfahren nachfolgende Vorteile:

  1. Im Vergleich zu herkömmlichen Elektronikbaugruppen wiegt ein IMSE-Teil bis zu 90 Prozent weniger.
  2. Alle Bauteile sind in eine abgedichtete Struktur integriert und somit vor Staub und Feuchtigkeit geschützt.
  3. Sie können beispielsweise gedruckte Touch-Sensoren und Antennen sehr nah an der Oberfläche der Teile platzieren, was die Leistungsfähigkeit und oftmals den Stromverbrauch optimiert.
  4. Das IMSE-Teil ist eine einzige Baugruppe ohne Unterbaugruppen, so dass der Zusammenbau mehrerer Bauteile bei der Herstellung entfällt.
  5. Einfache Variantenverwaltung durch Verwendung eines einzigen Werkzeugs und die Möglichkeit, Variationen lediglich über den Druck der Benutzeroberfläche zu realisieren. 

 
Altium auf der embedded world 2019:  Halle 4, Stand 629

TactoTek: Halle 4A, Stand 148