Entwicklung eines leitfähigen Stickfadens für die Realisierung textiler elektronischer Schaltungen mit minimalen Leiterbahnabständen zur Bestückung mit Bauelementen
(INNO-KOM-Ost MF 120200)

Abstract

Ziel des Projektes ist die Anpassung von leitfähigen Stickfäden zur Herstellung gestickter Schaltungen mit einem Leiterbahnabstand von 0,65 mm. Hauptmerkmale des optimierten Stickfadens sind ein geringer Fadendurchmesser und eine ausreichende Leitfähigkeit. Parallel zu Tests an der Stickmaschine wurden die Fadenkonstruktionen auf Basis der metallisierten Garne hinsichtlich Einsatzzweck und Verarbeitung analysiert und bewertet. Die Verstickbarkeit des entwickelten Fadenmaterials ELITEX® 33 dtex f12, 2-fach mit 600 Dr./m sowie das Erreichen der Leiterbahnabstände wurden nachgewiesen. Ein Demonstrator zeigt die gestickten Schaltungen mit dem vorgegebenen Leiterbahnabstand sowie deren Bestückung mit SMD-Bauteilen.

Aufgabenstellung

Ziel des Projektes war die Entwicklung eines leitfähigen Stickfadens, mit dem die Anforderungen aus der Mikrosystemtechnik in Bezug auf die Verkleinerung von SMD-Bauteilen für gestickte Leiterplatinen umgesetzt werden können. Besondere Herausforderung war dabei die Verringerung von Leiterbahnabständen von derzeit 1,27 mm auf 0,65 mm. Geringere Abstände sind mit verfügbaren leitfähigen Garnen nur schwer zu realisieren, da die Gefahr von Kurzschlüssen durch abstehende Filamente besteht. Um zukünftig geforderte Leiterbahnabstände sticktechnisch umsetzen zu können, ist ein neuer leitfähiger Faden mit mehreren einzustellenden Zielparametern (z. B. einem Widerstandswert kleiner 100 Ohm/m und einem Fadendurchmesser von kleiner 300 µm) notwendig. Dafür wurden entsprechende Fadenkonstruktionen  entwickelt, die sich fehlerfrei versticken lassen und im Anschluss mit SMD-Bauteilen bestückt werden können.

Lösungsweg

Ausgehend von den Anforderungen an einen leitfähigen Stickfaden, wurden die Teilbereiche der Textiltechnik, Textilveredlung und Elektrotechnik für die Realisierung der Zielparameter in einem engen Zusammenhang betrachtet und in gegenseitiger Abhängigkeit bearbeitet.
Der Lösungsweg umfasst folgende Forschungsschwerpunkte:

  1. Anpassung der galvanischen Metallisierung zur Herstellung eines Basisgarns zur Entwicklung eines leitfähigen Stickfadens
  2. Entwicklung und Optimierung von verstickbaren Fadenkonstruktionen auf Basis metallisierter Garne (Abb. 1)
  3. Untersuchungen zur Verstickbarkeit und der Einstellparameter an der Sticktechnik und Versuche zur Realisierung der geforderten Leiterbahnabstände
  4. Umsetzung der erreichten Ergebnisse in einem Demonstrator zur Veranschaulichung der Forschungsergebnisse
     
Gestickte Leiterbahn mit 650 µm Pinabstand und aufgelötetem SMD-IC-Bauteil
Abb. 1: Gestickte Leiterbahn mit 650 µm Pinabstand und aufgelötetem SMD-IC-Bauteil

Anwendungen

Bei der Integration von leitfähigen Fadenmaterialien können u. a. folgende Funktionen und Einsatzgebiete bedient werden:

  • Sensoren, Aktoren und flexible Leitungssysteme für medizintechnische Anwendungen (Bodymonitoring und Therapie)
  • flexible Schaltungen zur kontrollierten Ansteuerung und Energieversorgung von Bauteilen (LEDs) zur Anwendung in der Medizintechnik (Abb. 2)
  • Basis für Schaltelemente wie Taster, Tastaturen und Schalter
  • Heizleitersysteme oder Energieversorgung für textile Heizsysteme im Automobil- und Medizintechnikbereich und
  • sensitive Flächen zur Überwachung im Medizinbereich und zunehmend auch im Automobilbereich.
     
Demonstrator einer textilen Schaltung mit integriertem Mikrocontroller, Temperatursensor und LEDs
Abb. 2: Demonstrator einer textilen Schaltung u. a. mit integriertem Mikrocontroller, Temperatursensor und LEDs zur Anzeige der Messwerte

Ansprechpartner

Dipl.-Ing. Manuela Roth

 
Deutsch Englisch

News + + + News + + +

Schaffung einer neuen Geräteinfrastruktur für Smart Textiles

Logo EFRE Thüringen
Neue Apparaturen und Vorrichtungen für spezielle Untersuchungen an smarten Textilien

Innovationen 2016 im TITV Greiz

Teilnehmer im Gespräch mit Mitarbeiterin Monika Weiser, TITV Greiz
Bestickte Geotextilien, gestickte Implantate und beheizbare Schnüre locken Fachbesucher nach Greiz

[Zeige alle News]