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    01.08.2024

    Fachgruppensitzung: Elektrische Kontaktierung von gedruckten Strukturen

    Fachgruppe Drucktechnologien
    Fachgruppe Drucktechnologien microTEC Südwest e.V.
    Fachgruppe Drucktechnologien
    Fachgruppe Drucktechnologien microTEC Südwest e.V.
    • 25 Mitglieder und Gäste der Fachgruppe Drucktechnologien von microTEC Südwest tauschten sich am 30. Juli 2024 in Stuttgart zur elektrischen Kontaktierung von gedruckten Strukturen aus. Neben vier Fachvorträgen nutzten die Mitglieder das Expertenforum zum intensiven Austausch und Kontakteknüpfen. So war die Anfrage eines Mitglieds nach Zugang zu einer Siebdruckanlage für Probeversuche innerhalb weniger Minuten geklärt und ein Besuch verabredet.

      Erfahrungsaustausch zur Kontaktierung gedruckter Strukturen

      Nur durch geeignete Aufbau- und Verbindungstechnologien können gedruckte Strukturen in Systeme integriert werden und damit zum Einsatz in Produkten kommen. Jonas Jäger stellte unterschiedliche Kontaktierungsverfahren für gedruckte Strukturen vor, die bei Hahn-Schickard untersucht wurden. Dabei unterschied er unterschiedliche Ebenen der Kontaktierung und beschränkte sich bei seinen Ausführungen auf die ersten beiden Ebenen, die Chipkontaktierung und die Leiterplattenebene. Er ging auf verschiedene Versuchsreihen zum Drahtbonden auf verschiedenen Substraten ein, bei denen die optimalen Parameter identifiziert werden konnten. Dabei stellte sich heraus, dass das Sintern ein entscheidender Prozessschritt ist. Auf der Leiterplattenebene ging Jäger auf die Surface Mount Technology näher ein, die hohe Packungsdichten ermöglicht. Dies ist sowohl mit Löten als auch mit Kleben möglich. Die weit verbreiteten Aufbau- und Verbindungstechnologien (Löten, Kleben, Drahtbonden) können auf der weit verbreiteten Inkjet-Metallisierung (Silber) eingesetzt werden, sofern die passenden Werkstoffe verwendet und optimierte Verarbeitungsparameter eingestellt sind.

      Elisabeth Warsitz schloss sich mit einem Überblick über Kontaktierungsverfahren an, die bei binder ITZ in Produkten Einsatz finden. Sie betonte, dass für jeden Einzelfall die richtige Methode ausgewählt werden muss. Diese hängt von sehr unterschiedlichen Faktoren ab wie z. B. den Anforderungen an Flexibilität, mechanische Festigkeit, elektrische Leitfähigkeit, thermische Belastbarkeit der gedruckten Elektronik oder dem Material des zu kontaktierenden Bauteils. Dabei werden die Schaltungsanschlüsse entsprechend dem verwendeten Material (Folie, Metall, FR4, PI, Glas, Textil) ausgesucht. Ergänzend zum Drahtbonden, Löten und leitfähigen Kleben präsentierte Warsitz weitere konkrete Anwendungen, bei denen beispielsweise leitfähige Tinten und Pasten oder leitfähige Epoxidharz-Pasten, die auch mechanische Festigkeit bieten, zum Kontaktieren genutzt wurden. Darüber hinaus ging sie kurz auf ACF-Bonden (anisotropische leitfähige Filme), Ultraschallschweißen, Crimp- oder Schraubverbindungen, Federkontakte, Folien mit Leiterbahnanschlussfahnen verbunden mit Steckverbindern FFC (Flexible Flat Cable/Flachkabel) oder FPC (Flexible Printed Circuit) oder die Verwendung des wire-to-board-connectors ein.

      Elektronik trifft elastische Textilien

      Einen Ausflug in die Welt der elektronischen Textilien, kurz E-textiles, unternahm Dr. Bernhard Brunner vom Fraunhofer ISC. E-Textiles werden zukünftig vermehrt in Unterhaltung, Sport und Fitness sowie Medizinprodukten verwendet. Der globale Markt lag 2020 bei 2,1 Mrd. USD mit Wachstumsraten von 18,5 % bis 2027. Lage- und Beschleunigungssensoren werden beispielsweise zur Überwachung von Haltung an Rücken oder Gliedern angebracht, Drucksensoren in Schuheinlagen oder Sitzflächen oder textile Heizelemente in Wärmedecken. Die besondere Herausforderung dabei ist, dass bei der Kontaktierung oft stark dehnbare Verbindungen notwendig sind. Brunner zeigte in seinem Beitrag u. a. die Vorteile von Silikon als elastische Leiterbahn in Textilien auf, da Silikon flexibel, sogar leicht dehnbar, thermisch beständig, mechanisch robust, chemisch beständig sowie medizinisch unbedenklich ist.

      Autonomes Fahren mit RADR und LiDAR-Sensorik

      Das von der EU gefördertes Projekt TINKER nutzte Inkjet-Druck und Nanoimprint-Lithografie zur Aufbau- und Verbindungstechnik von RADAR- und LiDAR-Sensoren, um zu erforschen, ob die Komplexität des bisherigen Herstellprozesses damit reduziert werden kann. Dazu wurde eine eigene Plattform entwickelt, die Dr. Kai Keller von Notion Systems als Projektpartner im TINKER-Konsortium vorstellte. Die RADIO-Wellenleiter wurden im 3D-Druck erstellt und anschließend metallisiert. Dabei gelang es, steile Flanken von etwa 85° zu metallisieren. Bei der Chipintegration mussten erst die Lücken zwischen Chip und Board gefüllt werden, bevor die Fan-out-Strukturen gedruckt werden konnten. Als Verfahren wurden dabei Inkjet und Nanoimprint-Lithografie gegenübergestellt. Keller schloss mit dem Fazit, dass im Projekt die TINKER-Prozesskette validiert werden konnte und gleichzeitig weitere Tests, Entwicklungen und Prozessoptimierungen erforderlich sind, um den Reifegrad weiter zu erhöhen.

      Zu Gast bei Hahn-Schickard und damit beim Mittelstand-Digital Zentrum Klima.Neutral.Digital

      Gastgeber war Hahn-Schickard, ein Institut der Innovationsallianz Baden-Württemberg, das sich den Querschnittsthemen Optische Mikrosysteme, Sensors.Everywhere!, Rapid Manufacturing, System-in-Foil, räumliche Elektronik und Mikrostrukturierung widmet. Mit Bezug zur Fachgruppe verwies Bereichsleiterin Dr. Kerstin Gläser bei der Institutsvorstellung vor allem auf die digitalen Prozessketten auf Basis additiver und subtraktiver 2D- und 3D-Prozesse wie Direktbelichtung, Drucktechnologien und Lasertechnologien sowie auf die Funktionsintegration in drei Dimensionen wie MID-Technologien. „Im Rahmen des Mittelstand-Digital Zentrums Klima.Neutral.Digital können wir mittelständische Unternehmen mit Digitalisierungsprojekten zu digitalen Prozessen und additiver Fertigung kostenfrei unterstützen“, unterstrich Gläser bei ihren Ausführungen und während des Rundgangs in der ARENA 2036, wo sich die Teilnehmenden einen direkten Eindruck von den vorhandenen Technologien verschaffen konnten.

      Neugierig geworden?

      Sie möchten beim nächsten Mal auch dabei sein? Für Informationen über die Fachgruppe Drucktechnologien und alle weiteren Vorteile einer Mitgliedschaft bei microTEC Südwest steht Diese E-Mail-Adresse ist vor Spambots geschützt! Zur Anzeige muss JavaScript eingeschaltet sein! zur Verfügung. Die nächste Sitzung findet im November bei Notion Systems in Schwetzingen statt. 

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