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Flexible Elektronik auf engstem Raum: Siebdruckverfahren ermöglicht schnelle Serienproduktion

Kleiner, leichter und smarter – diesem Credo folgen moderne Medizinprodukte. Um selbst komplexe Elektronik auf engstem Raum zu verbauen, wird diese häufig mit leitfähiger Tinte gedruckt. Doch viele Hersteller benötigen oft noch über ein Jahr vom Prototypen bis zur Serienproduktion.

Miniaturisierte Produkte: Siebdruckverfahren ermöglicht schnelle Serienproduktion von langlebiger Elektronik auf flexiblen Folien. Bildquelle: © Kundisch

Miniaturisierte Produkte: Siebdruckverfahren ermöglicht schnelle Serienproduktion von langlebiger Elektronik auf flexiblen Folien.

Immer wenn elektronische Komponenten dünn und flexibel sein müssen, stößt traditionelle Elektronik aufgrund ihrer Abmessungen und Technologie an ihre Grenzen. Außerdem lassen sich starre Bauelemente und 3D-Objekte wie Schalter oder Platinen schwierig in ansprechende Designs integrieren. Eine anpassungsfähige und kompakte Erweiterung zur klassischen Elektronik stellt die gedruckte Elektronik dar.  Die Technik ermöglicht neue Funktionen wie beispielsweise Touchsensoren auf gekrümmten Oberflächen oder RFID-Antennen zur Identifikation von Markenprodukten.

Filigrane Mikrokomponenten

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. Zum Beispiel mithilfe eines flexiblen 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.

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. 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. Bis zu 10 Millionen Druckbögen der dünnen Elektronik sind auf diese Weise pro Jahr möglich.

Flexible Herstellungsart unterstützt Individualisierungen

Das 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.

Leiterbahnen aus Kupfer haben durch ihren geringen Widerstand einen vielfach besseren Leitwert als gedrucktes Silber. Aber je nach Anforderung lässt sich 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 Polyethylenterephthalat (PET), da es überaus beständig und kosteneffizient ist. Dahingegen ist eine Folie aus thermoplastischem Polyurethan (PU) bei dehnbaren Anwendungen wegen seiner hohen Elastizität als Grundlage geeignet. Durch diese individuellen Anpassungen gewährleisten Hersteller, dass die gedruckte Elektronik optimal an die unterschiedlichen Einsatzgebiete angepasst ist.

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(me)