Gedruckte Elektronik: zukunftsfähig, flexibel und auf engstem Raum

| Autor / Redakteur: Holger Göttmann * / Dr. Anna-Lena Gutberlet

Sobald elektronisch Komponenten dünn und flexibel sein müssen, stößt traditionelle Elektronik aufgrund ihrer Abmessungen an ihre Grenzen. Eine Alternative bietet die gedruckte Elektronik.
Sobald elektronisch Komponenten dünn und flexibel sein müssen, stößt traditionelle Elektronik aufgrund ihrer Abmessungen an ihre Grenzen. Eine Alternative bietet die gedruckte Elektronik. (Bild: Michal Jarmoluk/pixabay.com)

Das Siebdruckverfahren ermöglicht durch die Verwendung leitfähiger Tinten die schnelle Serienproduktion von langlebiger, miniaturisierter Elektronik auch auf flexiblen Folien.

Kleiner, leichter und smarter – diesem Credo folgen moderne Produkte in immer mehr Branchen. Immer dann, wenn elektronische Komponenten dünn und flexibel sein müssen, stößt traditionelle Elektronik aufgrund ihrer Abmessungen und Technologie an ihre Grenzen. Zudem lassen sich starre Bauelemente und 3D-Objekte wie Schalter oder Platinen schwierig in ansprechende Designs integrieren.

Um selbst komplexe Elektronik auf engstem Raum und mit geringem Gewicht zu verbauen, wird diese häufig mit leitfähiger Tinte gedruckt. Doch viele Hersteller benötigen oft noch über ein Jahr vom Prototypen bis zur Serienproduktion. Kundisch bietet ein Siebdruckverfahren samt Pre-Sales-Service für gedruckte Elektronik an, mit dem bereits innerhalb weniger Wochen ein neues Produkt entsteht.

„Eine anpassungsfähige und kompakte Erweiterung zur klassischen Elektronik stellt die gedruckte Elektronik dar“, berichtet Hendrik Bergau, Field Application Engineer bei Kundisch. „Da wir uns schon seit Jahren mit elektronischen Sonderlösungen für komplexe Maschinenparks beschäftigen, liegt die gedruckte Elektronik nah an unseren Kernkompetenzen.“ Dabei werden mithilfe von Funktionspasten und speziellen Druckmaschinen elektronische Elemente aus dünnen Schichten hergestellt. Für komplexe und ungewöhnliche Einsatzgebiete stehen die Experten für individualisierte Elektronik den Anwendern bereits im Vorfeld beratend zur Seite.

Seit 2016 fertigt Kundisch auf insgesamt sechs Produktionslinien optisch anspruchsvolle und transparente Schichten mit Elektronikelementen an. Durch diese Technik erweitert das Unternehmen sein Portfolio und ermöglicht neue Funktionen wie beispielsweise Touchsensoren auf gekrümmten Oberflächen oder RFID-Antennen zur Identifikation von Markenprodukten.

Filigrane Mikrokomponenten

Mit der von Kundisch entwickelten Kupfertechnik, die zum Beispiel zur Herstellung von RFID-Produkten eingesetzt wird, sind engere Toleranzen sowie flexible Oberflächen für kundenspezifische Anwendungen möglich. So können die RFID-Chips nahtlos in die Folientastaturen integriert werden, selbst bei kleinen Stückzahlen. Dabei bilden die kupferkaschierten Folien die Basis einer Folientastatur. Sie werden galvanisch versilbert oder für extremere Einsatzbereiche auch vergoldet. Damit lassen sich elektronische Bauteile prozesssicher per SMD für den anschließenden Lötprozess bestücken.

Grafische Druckprozesse werden bei der Herstellung vieler Geräte meistens nur für optische Designs verwendet. Eine ähnliche Herangehensweise kann jedoch auch auf die Realisierung elektronischer Funktionen übertragen werden. Kundisch nutzt für die gedruckte Elektronik ein flexibles Siebdruckverfahren, das sich durch geringe Schichthöhen auszeichnet. „Beim Siebdruck handelt es sich nicht mehr um ein grobes Herstellungsverfahren. Mittlerweile können mit dieser Technologie auch filigrane Mikrokomponenten produziert werden“, erläutert Bergau.

Bei diesem Verfahren wird die Elektronik mittels einer sogenannten Funktionspaste durch ein feinmaschiges Gewebe in mehreren Schichten auf ein dünnes Trägermaterial aufgetragen. Um die einzelnen Elemente zu formen, wird die Schablone an den notwendigen Stellen geschlossen – dadurch entsteht das gewünschte Druckbild und somit die elektronische Komponente. Am Ende des Herstellungsprozesses überprüft Kundisch die kritischen Parameter wie beispielsweise die Leitfähigkeit durch Funktionstests.

Sämtliche Arbeitsschritte finden in Sauber- und Reinräumen statt, um den hohen Qualitäts- und Hygieneansprüchen im Bereich der individualisierten und smarten Elektronik gerecht zu werden. „Der Druckprozess ist teil- bis vollautomatisiert und kann daher einfach reproduziert werden“, erklärt Bergau. „So können wir die individuell erarbeiteten Elektronikkomponenten bereits innerhalb weniger Wochen in Serie herstellen. Bis zu 10 Millionen Druckbögen der dünnen Elektronik sind auf diese Weise pro Jahr möglich.“

Anwendungsbeispiel: Mit einer speziellen Kupfertechnik ist es möglich, einen RFID-Chip nahtlos in Folientastaturen zu integrieren.
Anwendungsbeispiel: Mit einer speziellen Kupfertechnik ist es möglich, einen RFID-Chip nahtlos in Folientastaturen zu integrieren. (Bild: Kundisch)

Individualisierungen für jede Anwendung

Das von Kundisch verwendete Druckverfahren ist vielseitig und bietet ein großes Spektrum an verschiedenen Materialien, die verarbeitet werden können. Dadurch können die Vorteile unterschiedlicher Metalle wie Kupfer und Silber sowie verschiedener Polymere miteinander kombiniert werden. Hierbei beraten die Experten für elektronische Sonderlösungen ihre Kunden bereits im Pre-Sales-Service über die jeweils geeigneten Materialien.

„Leiterbahnen aus Kupfer haben durch ihren geringen Widerstand einen vielfach besseren Leitwert als gedrucktes Silber“, führt Bergau aus. „Aber je nach Anforderung können wir dieses Kupfer auch mit Leitsilber kombinieren, wenn besondere Eigenschaften wie beispielsweise für iontophoretische Messungen nötig werden.“

Auch beim Trägermaterial sind unterschiedliche Varianten denkbar. Beispielsweise empfiehlt sich bei industriellen Anwendungen vor allem stabilisiertes PET, da es überaus beständig und kosteneffizient ist. Dahingegen ist eine Folie aus thermoplastischem PU bei dehnbaren Anwendungen wegen seiner hohen Elastizität als Grundlage geeignet. Durch diese individuellen Anpassungen gewährleistet Kundisch, dass die gedruckte Elektronik optimal an die unterschiedlichen Einsatzgebiete – dazu gehören elektronische Komponenten in beengten Bauräume in der E-Mobility sowie winzige Sensoren oder Antennen in der Medizintechnik – angepasst ist.

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* Holger Göttmann ist technischer Redakteur bei ABOPR in München

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