Kleiner, leichter und smarter – diesem Credo folgen moderne Produkte in immer mehr Branchen. Dazu gehören elektronische Komponenten aufgrund der engen Bauräume in der E-Mobility, aber auch winzige Sensoren oder Antennen in der Medizintechnik. 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. Daher bietet das Unternehmen Kundisch ein Siebdruckverfahren samt Pre-Sales-Service für gedruckte Elektronik an, mit dem bereits innerhalb weniger Wochen ein neues Produkt entsteht. Dabei werden mithilfe von Funktionspasten und speziellen Druckmaschinen elektronische Elemente aus dünnen Schichten hergestellt.
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“, 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“, ergänzt er. Seit 2016 fertigt Kundisch auf insgesamt sechs Produktionslinien optisch anspruchsvolle und transparente Schichten mit Elektronikelementen. Diese Technik ermöglicht neue Funktionen wie 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 lässt sich jedoch auch für die Realisierung elektronischer Funktionen einsetzen. Beispielsweise nutzt Kundisch 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. „Dadurch 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“, berichtet er.
Kupfer leitet besser als Silber
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. Bei der Auswahl des passenden Materials beraten die Experten des Unternehmens die Kunden bereits im Pre-Sales-Service. „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 Polyethylenterephthalat (PET), da es sehr beständig und kosteneffizient ist. Eine Folie aus thermoplastischem Polyurethan (PU) ist hingegen bei dehnbaren Anwendungen wegen seiner hohen Elastizität als Grundlage geeignet. Diese individuellen Anpassungen gewährleisten eine optimale Anpassung der gedruckten Elektronik an die unterschiedlichen Einsatzgebiete.
