Seit einigen Jahren beschäftigt sich die Textilindustrie intensiv mit der Entwicklung von Smart Textiles. Smart Textiles, das sind intelligente Textilien, die mit Funktionen wie elektrisch leitend, sensorisch, leuchtend oder adaptiv mit ihrer Umgebung interagieren und dadurch einen erweiterten Zusatznutzen erhalten.

Trend der Miniaturisierung

Der Trend der Miniaturisierung von elektronischen Bauteilen der Elektronikindustrie zwingt auch die Textilindustrie dazu, kleinste Leiterbahnabstände zu verwirklichen. Will man textile elektronische Schaltungen sticktechnisch realisieren, ist eine Anpassung des leitfähigen Stickfadens erforderlich.

Besondere Herausforderung ist hierbei die Verringerung der Leiterbahnabstände von derzeit 1,27 mm auf 0,65 mm. Geringere Leiterbahnabstände sind mit den derzeit verfügbaren leitfähigen Materialien nur schwer zu realisieren. Es besteht die Gefahr von Kurzschlüssen durch abstehende Filamente.

Um zukünftig die geforderten Leiterbahnabstände sticktechnisch umsetzen zu können, wurde ein neuer leitfähiger Faden mit speziell geforderten Zielparametern wie z. B. Widerstandswert und Fadendurchmesser entwickelt. Dazu wurden verschiedene Fadenmaterialien, Fadenkonstruktionen und Verfahren getestet. Erfahrungen zeigen, dass metallisierte Polymergarne, die galvanisch nachbehandelt werden, besonders gut für die Einstellung der definierten Leitfähigkeit geeignet sind.

Tests an der Stickmaschine

Neben der Optimierung der Fadenkonstruktionen wurden parallel Tests an der Stickmaschine durchgeführt. Die Analyse und Bewertung der Testergebnisse zeigt, dass einstufig gezwirntes Elitex in einer Feinheit von 33 dtex f12 x 2 optimal verstickbar ist und die vorgegebenen Leiterbahnabstände eingehalten werden. Auf die gestickte Leiterbahn wurden SMD- Bauteile bei einer Temperaturbelastung von bis zu 220 Grad C löttechnisch kontaktiert.

Entsprechend der aktuellen Gesetzgebung erfolgte der Einsatz bleifreier Lotpaste. Nach weiterer Optimierung der Parameter wurde ein Demonstrator erstellt, der die verbesserten Möglichkeiten zur Realisierung gestickter Schaltungen mit verkleinertem Leiterbahnabstand und der Bestückung mit SMD-Bauteilen zeigt. Anhand einer textilen Schaltung, die Bauelemente mit einem Pin-Abstand von 0,65 mm enthält, erfolgt der Nachweis, dass solche engen Pinabstände mittels des neu entwickelten Fadens realisierbar sind. Anwendungsgebiete des knickbruchbeständigen Fadenmaterials sind u. a. die Medizintechnik (Bodymonitoring), der Automobilbau (Applikationen von LED) oder flexible Leitungssysteme in textilen Heizsystemen. Ein weiteres interessantes Einsatzgebiet ist die Verwendung des Fadenmaterials als Basis für Schaltelemente wie Taster, Tastaturen und Schalter.

Danksagung

Wir danken dem Bundesministerium für Wirtschaft und Energie für die finanzielle Förderung des Forschungsvorhabens MF 120200, die als Zuwendung aus dem Bundeshaushalt erfolgte.