Forschungsschwerpunkte

Dehnbare Elektronik

In den vergangenen Jahren wurden verschiedene Konzepte zur Herstellung dehnbarer elektronischer Systeme entwickelt. Im Rahmen des europäischen Projekts STELLA wurde am Fraunhofer IZM eine Technologie zur Herstellung dehnbarer Elektronischer Systeme auf der Grundlage herkömmlicher Prozesse zur Herstellung von Leiterplatten entwickelt. Die Dehnbarkeit der Baugruppe wird realisiert, indem (1) als Substrat Polyurethan anstelle von glasfaserverstärktem Epoxid (starre Leiterplatte) oder Polyimid (flex Leiterplatte) verwendet wird und (2) die Kupferleiterzüge zwischen den Komponenten als Mäander ausgelegt und damit dehnbar sind. Derartige Substrate lassen sich bis zu 300 % dehnen, bevor es zu Brüchen der Leiterzüge kommt. Bei zyklisch wiederholten Dehnungen um wenige Prozent sind einige Zehntausend Wiederholungen möglich, bevor es zu Ermüdungsbrüchen des Kupfers kommt.

Kommerzielle elektronische Komponenten werden mit üblichen Montagetechniken auf die dehnbaren Leiterplatten montiert. Die dehnbare Leiterplatte ist mit lokalen Lötstoppmasken sowie einer gut benetzbaren Oberflächenmetallisierung der Kontaktflächen ausgestattet. Als Lotlegierung wird das bei 142° C aufschmelzende Zinn-Wismut-Lot verwendet. Nach der Montage und elektrischen Kontaktierung werden die Komponenten mit einem Kleber mechanisch fixiert (Underfill) und anschließen mit Polyurethan verkapselt.

Derart hergestellte elektronische Systeme lassen sich konform an Freiformflächen anpassen. Ein weitere interessante Möglichkeit ist die Lamination der Systeme auf textile Träger.

Als Fallstudien wurden im Projekt STELLA verschiedene Sensorsysteme aus dem Bereich Medizintechnik realisiert. Dabei handelt es sich um einen Atemfrequenzsensor für Kleinkinder, ein Schuheinlage für Diabetes-Patienten, eine Einlage für eine Bandage für die Kompressionstherapie. In weiterführenden Projekten wurde neben weiteren medizintechnischen Konzepten die Verwendung von dehnbaren Systemen in der Textilelektronik und für industrielle Sensoranwendungen erfolgreich demonstriert.

Projekte in Bereich Dehnbare Elektronik

STELLA (Technische Universität Berlin)

Das Ziel des Projekts STELLA (2006 – 2010) war die Entwicklung von Technologien zur Herstellung dehnbarer Systeme und Konzeption erster Anwendungen. Am Fraunhofer IZM wurde eine Technologie auf der Grundlage von Prozessen zur Herstellung von üblichen Leiterplatten entwickelt.

PLACE.it (Technische Universität Berlin)

Im Projekt PLACE.it, mit der Technischen Universität Berlin (im Verbund mit dem Fraunhofer IZM) als Projektpartner, wurden die Ansätze aus dem Projekt STELLA weiterentwickelt und erweitert im Hinblick auf die Zusammenführung neuer technologischer Ansätze zur flexiblen Elektronik (OLEDs, Flexprint), Elektronik in Textil und dehnbaren Elektronik.

PASTA

Über große Flächen verteilte Sensorsysteme auf technischen Textilien sind das Ziel des Projekts PASTA. Hierzu werden unterschiedliche Konzepte entwickelt und verfolgt, unter anderem die Verwendung dehnbarer hochintegrierter Module als Sensorknoten.

E-nerv

Die Eignung von polyurethanbasierter Elektronik zur direkten Implantation wurde im Projekt E-nerv untersucht. Mit einer Prozessvariation war es möglich Gold Leiterzüge anstelle von Kupfer zu realisieren.
 

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