Verbundprojekt TexaS – Modulares System für Smart Textiles

Abb. 1 (links): Finales Konzept des 2K-Interposers

Abb. 2 (rechts): Mögliche textile Anbindung des Interposers: Anstickfäden (grün), Kontaktfäden (rot)

Abb. 3: Technologiedemonstrator mit aufgestickten und teilweise bestückten Interposern (Quelle: TITV e. V., Greiz)

Technische Textilien werden aufgrund ihrer vorteilhaften Eigenschaften vielfältig eingesetzt. Diese Vorteile ergeben sich aus der hohen Flexibilität und der Variabilität der verwendeten Materialien. Anwendungen für technische Textilien finden sich nicht nur für Bekleidungen, sondern auch in vielen anderen Bereichen, beispielsweise beim Automobil-Interieur.

Eine Erhöhung der Funktionsintegration von Textilien kann durch die Kombination von textil-elektronischen Verschaltungen mit elektronischen Komponenten erzielt werden. Für die Anbindung von elektronischen Komponenten (Sensoren, Aktoren) an technische Textilien existieren verschiedene Technologien, die aber nach wie vor meist unflexible Lösungen darstellen und einen Austausch verschiedener Komponenten nicht ermöglichen. Eine solche Modularität soll durch das Forschungsprojekt erreicht werden.

Gemeinsam zu innovativen Lösungen

Das Gesamtziel des Verbundprojektes besteht darin, die Entwicklung textilbasierter und textilintegrierter
Mikroelektroniksysteme voranzutreiben. Die Anbindung peripherer Elemente und austauschbarer Komponenten soll durch eine kostengünstige Fertigungstechnologie realisiert werden. Der Fokus liegt auf der Entwicklung von zuverlässigen, effizienten und kompatiblen Kontaktierungs- und Stromversorgungslösungen für variable Funktionalitäten.

Folgende Verbundpartner haben das Vorhaben realisiert:

- Textilforschungsinstitut Thüringen-Vogtland e. V., Greiz (Koordinator)
- WESKO GmbH, Stollberg
- Robert Bosch GmbH, Renningen
- DFKI Interactive Textilien, Berlin
- Smart Battery Solutions GmbH, Kleinostheim
- ZSK Stickmaschinen GmbH, Krefeld
- Kunststoff-Zentrum in Leipzig gGmbH, Leipzig

Teilprojekt KUZ: Entwicklung von verfahrens- und werkzeugtechnischen Lösungen für das Spritzgießen von textilbasierten Interposern und Kontaktelementen

Das Kunststoff-Zentrum in Leipzig (KUZ) führt in dem Verbundprojekt die spritzgießtechnische Umsetzung der jeweiligen Teilprozesse durch. Dazu gehört die Entwicklung und Bereitstellung von Schaltungsträgern (Interposer), mit denen elektronische Komponenten (Sensorik, Aktorik) auf textilen Substraten über aufsteckbare Platinen kontaktiert werden.

Als finales Interposerkonzept wird ein Mikroformteil entwickelt, das aus zwei unterschiedlichen Komponenten besteht (Abb. 1). Die Fertigung der entsprechenden Formteile erfolgt mit thermoplastischen Kunststoffen auf einer im KUZ entwickelten Mikrospritzgießmaschine, wodurch sich Interposer mit einer komplexen Geometrie erstellen lassen.

Für die leitfähigen Konturen und Kontakte wird eine metallisierbare Komponente zusammen mit einem isolierenden Material verarbeitet. Nach einem Metallisierungsprozess ergeben sich definierte Leiterbahnen. Zur Fixierung der Interposer werden diese auf dem Textil angestickt. Die Kontaktierung zur textilen Schaltung erfolgt durch das Ansticken von leitfähigen Fäden (Abb. 2).

Ergebnisse

Nach Simulation und Optimierung der Teilkomponenten für den 2-Komponenten-Interposer erfolgt die Konzeption und die Fertigung der entsprechenden Werkzeuge sowie die Optimierung der Werkzeugkomponenten. Herausfordernd bei der 2-stufigen Fertigung der Interposer ist die Entformung der miniaturisierten Formteile sowie das geringe Prozessfenster.

Auf die funktionsfähigen Interposer wird im nächsten Schritt durch partielle Metallisierung in einem Galvanisierungsprozess eine Beschichtung aus Kupfer, Nickel und Gold aufgetragen. Die Projektpartner haben mit den finalen Interposern Funktionstests durchgeführt und einen Demonstrator aufgebaut (Abb. 3).

Ansprechpartner: Thomas Wagenknecht, Tel. 0341 4941603, wagenknecht@kuz-leipzig.de
Zuwendungsgeber: BMBF, FKZ: 16ES0683