Forschungsschwerpunkte

Textile Leiterplatten (TexPCBs)

Flexible, vliesbasierte Leiterplatte
© Frauhofer IZM | Volker Mai

Flexible, vliesbasierte Leiterplatte

Bisher ist es nur in Einzelfällen gelungen, e-Textiles zuverlässig und kostengünstig im industriellen Maßstab herzustellen. Verfügbarkeit, Prozessierung und zuverlässige Kontaktierung hochflexibler, elektrisch leitfähiger Materialien mit der Elektronik stellten eine große Herausforderung für die Branche dar.

Am Fraunhofer IZM ist in Zusammenarbeit mit ESYS und Norafin im Rahmen der BMBF futureTex 2020 Initiative das Projekt TexPCB entstanden, indem flexible, vliesbasierte Leiterplatten auf Basis von nachwachsenden Rohstoffen hergestellt werden. Mit Hilfe von nanosilberbeschichteten Fasern soll in dem Projekt ein dauerhaft dynamisch belastbares und elektrisch leitfähiges Basismaterial entwickelt werden. Dieses muss anwendungsbedingten Knick- und Biegebelastungen standhalten und extrem flexibel sein, sodass Leiterbrüche und somit Aus-fallerscheinungen der elektrischen Funktionalität verhindert werden.

Die verwendeten metallbeschichteten Fasern wurden zu textilen Flächengebilden, vorzugsweise Vliesstoffen, verarbeitet. Vliesstoffe eignen sich hierbei besonders, da sie ein breitgefächertes Applikationsspektrum bei gleichzeitig geringen Herstellungskosten abdecken. Zur Integration neuartiger, elektrischer Leiter in flexible, elektrische Schaltungen, wurden materialangepasste Prozesstechnologien entwickelt. Der Fokus lag hierbei auf ressourcensparenden Prozessschritten und für die automatisierte Herstellung skalierbare Technologien. Zusätzlich wurden entscheidende Arbeiten zum Brandschutz und dem sicheren Einsatz textiler Leiterplatten durchgeführt. Das stärkte das Vertrauen der Nutzer in die Produktsicherheit der TexPCBs.
Einzigartig ist auch die Untersuchung zum Ultraschall-Kunststoffschweißen, also die Technologie der Integration von Elektronik in die textile Leiterplatte. Die Besonderheit liegt zudem darin, dass keinerlei weitere Rohstoffe, wie z.B. Lote, Stecker oder Additive genutzt werden müssen, um den elektrischen Kontakt sicherzustellen. Des Weiteren ist das Ultraschall-Verfahren deutlich kostengünstiger und kann schneller realisiert werden, als alternative Fügeverfahren.

Die TexPCB Technologien lassen sich auf alle textilen Flächengebilden anwenden und liefern zuverlässige Lösungen für textilintegrierte elektronische Systeme. Mit einer hohen Robustheit gegenüber mechanischen Belastungen ermöglichen sie sowohl dauerdynamisch belastbare und waschbare Substrate als auch neue Einsatzfelder für textile Sensorelektronik. Beispielhaft ist der im Rahmen des Vorhabens entwickelte, nahtlos auf eine Schaumstoffplatte integrierte Drucksensor. Er ist in der Lage, statische und dynamische Druckkräfte aufzunehmen, zu verarbeiten und die Daten visualisiert und drahtlos, z. B. per Bluetooth LE an eine App, weiterzuleiten. Im Rahmen weiterer anwendungsorientierter Entwicklungen ist geplant, ihn zur Marktreife zu führen.