Dehnbare Leiterplatte lässt Textilien funkeln

Das Funkeln ist kein elektronisches Paillettenimitat: Durch integrierte Beschleunigungssensoren und einem Mikrocontroller werden die Bewegungen der Trägerin detektiert und die Dynamik in ein Lichtmuster umgewandelt. Möglich wird das textil-integrierte LED-Display durch eine der derzeit spannendsten Entwicklungen aus dem Bereich der Leiterplattenindustrie: den dehnbaren Schaltungsträger.

Im europäischen Forschungsprojekt Stella (Stretchable ELectronics for Large Area Applications) wurde am Fraunhofer IZM und der TU Berlin ein Prozess zur Herstellung dehnbarer Schaltungsträger entwickelt (SCB: Stretchable Circuit Board). Zur Verwendung als Substratmaterial erwies sich dabei eine dehnbare Folie aus Thermoplastischem Polyurethan (TPU) als besonders geeignet. TPU ist in der Textilindustrie seit Langen aufgrund hervorragender Eigenschaften wie Reiß- und Abriebfestigkeit vielseitig eingesetzt und erprobt, so zum Beispiel als atmungsaktive Membran in Regenschutzbekleidung. Um die hoch leitfähigen, aber an sich starren Kupferleiterbahnen ebenfalls Dehnungen aussetzen zu können, werden diese in Form kleiner Mäander auf dem Substrat strukturiert. Je nach Design der Mäanderbögen und Anwendungsbereichen konnten die Forscher damit Elastizitäten von bis zu 300 Prozent erreichen.

Bei der Entwicklung des dehnbaren Schaltungsträger wurde Wert auf die Realisierung unter Zuhilfenahme konventioneller Fertigungsprozesse der Leiterplattenindustrie gelegt. So wird eine 18–35 µm dünne Kupferfolie auf das TPU laminiert, welche dann mit gängigen Belichtungs- und Ätztechniken strukturiert werden kann. Momentan arbeiten die Fraunhofer-Forscher am Aufbau doppelseitiger Verdrahtungsträger mit Durchkontaktierungen und der Einbettung von bis zu 100 µm schmalen Leiterbahnen in die Polymerfolie. Auch an einer schützende Abdeckung der Leiterbahnen und einer Verkapselung der elektronischen Komponenten wird gearbeitet, um das System vor mechanischen und klimatischen Umwelteinflüssen zu schützen. Besonders Herausfordernd ist die Zielsetzung, ein waschbares System zu entwickeln.

Beim Bestücken solcher Leiterplatten ist die größte Herausforderung der Übergang vom dehnbaren Substrat zu den starren Einzelkomponenten (Dioden, Treiber-ICs, usw.). Um die Elastizität an diesen Stellen zu unterdrücken, werden um die Komponenten herum Zugsperren in das Kupfer strukturiert. Sowohl für die Bestückung wie auch die anschließende Verkapselung wird auf gängige Materialien und Verfahren wie Niedertemperaturlote, leitfähige Klebeverbindungen, Dispensen oder Spritzguss zurückgegriffen.

Diese Vorteile zunutze machten sich Designstudenten von der HTW- und der UdK Berlin, die mit den Innovationen vom Fraunhofer IZM und der TU Berlin neue Konzepte für die smarte Kleidung der Zukunft realisiert haben. Die interdisziplinäre Kooperation zwischen Designern und einer Gruppe von Forschern vom Fraunhofer IZM wurde mit dem diesjährigen Avantex Innovationspreis für das interaktive Kleid ausgezeichnet.

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