Textilintegrierte elektronische Systeme

Auf textile Leiterbahnen NCA-gebondeter RGB-SmartPixel mit eingebettetem I²C-LED-Treiber (Projekt: LumoLed.sys); Gewebe vom TITV Greiz

Textilien sind ein unverzichtbarer Teil unseres alltäglichen Lebens. Sie finden sich nicht nur in Form von Geweben, Gestricken oder Vliesen in Kleidung wieder, sondern auch in technischen Textilien oder Verbundwerkstoffen. Dabei halten sie beispielsweise beim Waschen enormen Belastungen stand und bieten eine Vielzahl von Funktionalitäten bei gleichzeitig geringem Gewicht und hoher Flexibilität. Durch die Integration von elektronischen Baugruppen lassen sich Textilien um zahlreiche Funktionen wie zum Beispiel Sensorik oder Beleuchtung erweitern. Dies eröffnet Textilien völlig neue Anwendungsfelder.

Mittlerweile werden seit zehn Jahren am Fraunhofer IZM in der Forschungsgruppe System on Flex textilbasierte elektronische Systeme entwickelt, untersucht und validiert. Im Vordergrund stehen neue Verbindungstechniken für dehnbare und textile Substrate sowie deren Entwicklung. Dabei stets die Anwendung die Anforderungen an Funktionalität und Systemzuverlässigkeit. Das Labor für Elektronik in Textilien (TexLab) sowie umfangreiches Montage- und Analytik-Equipment aus der Mikroelektronik schaffen beste Voraussetzungen für FuE-Aktivitäten.

Anwendungen

Ebenso vielfältig wie die verschiedenen Textilien sind deren Einsatzgebiete. Die Anwendungen reichen vom Fashionbereich über Medizinapplikationen, unterschiedlichen Sicherheits- und Logistikanwendungen bis hin zu Beleuchtung oder Verstärkungsstrukturen im Bauwesen:

  • Textile Mikrosystemtechnikplattform (TePat, PASTA)
  • Textile drahtlose Sensorknoten (Wear-a-BAN)
  • Textile EKG- und EMG-Sensoren messen Herz- und Muskelaktivitäten direkt in der Sportbekleidung (ConText)
  • Sensoren in Kleidung zum Personenschutz (Texteer, Sinetra)
  • Großflächige Detektionsgewebe für Gebäudesicherheit (Alarm Textil)
  • Leuchtflächen und Displays auf und im Textil (Canvas, Place-IT, TexOLED, LumoLED)
  • Sensoren in Textilien und faserverstärkten Kunststoffen für Condition Monitoring
  • Textile RFID-Transponder für Logistikzwecke (TextraLog)
  • Interaktive Abend- und Funktionsbekleidung (Moon-Berlin, Cyber Nomade Suite, Sporty Superheroe Jacket, Klight, e-MOTION)
  • Diebstahlschutz und Fälschungssicherheit in Kleidung und textilen Accessoires (Pocket Lock Backpack)
  • Sitzbelegungssensoren im Automobil (InsiTex)
  • MOTEX-Bandage misst in Echtzeit Kniewinkel (MOTEX-Bandage)

Technologien

Dehnbare Polyurethanleiterplatte auf Textil

Dehnbare Polyurethanleiterplatte auf Textil

© Foto Patrick Jendrusch

Dehnbares Polyurethan-Substrat mit Beschleunigungssensor und LEDs auf Seidenoberteil; Designer MOON Berlin

Zum Einsatz kommen Verfahren aus der Mikroelektronik wie das Niedrigtemperaturlöten, Kleben mit leitfähigen und nicht leitfähigen Klebstoffen sowie temperaturlose kraft­schlüssige Verbindungen wie das Crimpen. Insbesondere die Kontaktierung mit nicht leitfähigen thermoplastischen Klebstoffen ist eine einfache und robuste Technologie, die auch hohen Zuverlässigkeitsanforderungen gerecht wird. Auch das Thema Kontaktieren durch Sticken wurde in der Vergangenheit ausführlich untersucht.

Eine Alternative stellen dehnbare elektronische Systeme auf Basis von Polyurethansubstraten dar. Diese können mit Standardprozessen auf textile Substrate laminiert werden und ermöglichen eine unscheinbare Integration in Bekleidung bei gleichzeitig hohem Tragekomfort.

Neben der Verbindung ist die Verkapselung des Systems ausschlaggebendes Kriterium für die Zuverlässigkeit. Entwickelt werden Prozesse für Flüssigverkapselung sowie für Transfer- und Hotmelt-Molding. Alle Systeme werden hausintern nach industriellen Normen auf Einflussparameter wie Temperatur, Feuchte, Waschen etc. validiert.