Entwick­lung textiler Flächen für die sticktechnische Realisierung von Mikrosystemtechnik­komponenten (IGF-AiF 16519 BR)

Aufgabenstellung

Für die Herstellung von Smart Textiles ist es oft erforderlich, elektronische Bauele­mente auf textilen Flächen zu integrieren. Eine Möglichkeit der Einarbeitung von Leiterbahnstrukturen ist das Aufsticken von elektrisch leitfähigen Fadenmaterialien an einer Stickmaschine auf geeigneten Stickgrundmaterialien. Diese Stickgrund­materialien müssen den speziellen Anfor­derungen zur Kontaktierung der mikroelektronischen Bauelemente genügen. Die Kontaktierung soll mit dem in der Elektro­nikindustrie üblichen Reflowlötverfahren realisiert werden, bei dem die textilen Leiterplatten auf einem Transportband Bereiche mit verschiede­nen Temperaturzonen durchlaufen. Hierbei treten Temperaturen von bis zu 230 °C über einen Zeitraum von mehreren Minuten auf. Deshalb ist ein Stickgrund zu entwickeln, der derartigen Temperatur­belastungen stand­halten muss. Weiterhin muss der Lötprozess entsprechend der aktuellen Gesetzge­bung mit bleifreien Lotpasten realisierbar sein. 

Lösungsweg

Die neuentwickelten webtechnisch erzeugten Stickgründe besitzen eine regelmäßige Oberflächen­struktur mit Fadenverkreuzungen in Köper- oder Leinwandbindung. Die statische und bleibende Deh­nung darf maximal 2 Prozent betragen, um die geforderten Dimensionsgenauigkeiten zu erzielen. Als Fadenmaterial kommen Polyesterfasergarn oder Polyestermultifilamentgarn mit höchstmöglicher Tempe­raturstabilisierung zum Einsatz. Die Fadenrasterfeinheit in Kett- und Schuss­richtung beträgt 18...60 Fäden/cm. Die Flächen­masse der Gewebe sollte so hoch wie möglich sein. Eine mehrmalige Waschbarkeit der Gewebe mit aufgestickten Leiter­bahnstruk­turen ist bei 30 °C bis 40 °C gegeben.
Der verstickbare und löttechnisch kontaktierbare elektrisch leitfähige ELITEX^®-Faden PA/Ag 110dtex/f34x2 ist für die Realisierung von Leiterbahnen besonders gut ge­eignet, so dass mit diesem Fadenmaterial die meisten Stickversuche durchgeführt wurden.
Um die Stickgenauigkeiten zu bestimmen, wurde ein spezielles Musterlayout entworfen. Dieses Layout stellt die Anschlüsse eines quadratischen elektronischen Schaltkreises der Bauform PLCC20 mit einem Abstand der Bauelementeanschlüsse von 1,27 mm dar. Die Vermessung der Abstände der aufgestickten Leiterbahnen erfolgte mit einem Digitalmikroskop Keyence VHX-500FD.