E-Textilien

Das Kleidungsstück wird zur Leiterplatte

| Redakteur: Jürgen Schreier

Die Einarbeitung elektronischer Komponenten und Geräte in Textilien ist kompliziert und bereitet vor allem bei HF-Anwendungen große Probleme. Eine mögliche Lösung stellt ein Verfahren dar, bei dem Textilien direkt mit Leiterbahnen und Anschlüssen versehen werden können.

HF-Komponenten lassen sich nur bedingt miniaturisieren und damit schwer in Bekleidungsstücke einarbeiten. Besser wäre es, wenn man die Leiter und Anschlüsse direkt auf die Textilien aufbringen könnte.
HF-Komponenten lassen sich nur bedingt miniaturisieren und damit schwer in Bekleidungsstücke einarbeiten. Besser wäre es, wenn man die Leiter und Anschlüsse direkt auf die Textilien aufbringen könnte.
( Bild: gemeinfrei / Pixabay )

Der Absatz von Wearables - das sind elektronische Systeme, die am Körper getragen oder in Textilien eingearbeitet werden - wächst. Eine von IDC erstellte Prognose zeigt, dass im Jahr 2023 insgesamt rund 279 Millionen Wearables abgesetzt werden dürften. 2018 waren es rund 172 Millionen gewesen. Das Interesse ist also enorm. Die Einsatzgebiete reichen von der Medizin über das Militär bis hin zu Fitness. Auch in der Logistik und in der Industrie ist Bekleidung mit integrierter Elektronik gefragt.

Wearables sind ein Markt mit Wachstumspotenzial. Sie werden entweder am Körper getragen (Smart Glasses, Smart Watches, Fitnesstracker) oder in die Bekleidung integriert.
Wearables sind ein Markt mit Wachstumspotenzial. Sie werden entweder am Körper getragen (Smart Glasses, Smart Watches, Fitnesstracker) oder in die Bekleidung integriert.
( Bild: Statista )

Konventionelle Fertigungstechnologien mit "starren" Komponenten erfordern einen hohen Aufwand bei der Miniaturisierung des Bauteils. Dieser Ansatz eignet sich jedoch nicht für HF-Anwendungen, bei denen die Gesamtgeometrie von der Frequenz abhängt und bestimmte Einschränkungen auferlegt, die nicht leicht zu überwinden sind.

Bei vielen Wearables ist der Tragekomfort gering

Viele Wearables, die eine drahtlose Kommunikation erfordern, sind groß und sperrig und schränken die Bewegungsfreiheit oder wenigstens den Komfort des Benutzers ein. Eine Alternative dazu stellt die Technologie der Firma Pireta dar, die es ermöglicht, Leiterbahnen und Muster auf Textilien zu erzeugen - und zwar sowohl auf Textilien aus Natur- als auch aus Kunstfasern. Wie das Online-Portal Microwaves & RF berichtet, umfasst der proprietäre Prozess von Pireta fünf Schritte: Reinigung, Sensibilisierung, Keimschichtdruck, stromlose Beschichtung und Passivierung. Dabei handelt es sich durchweg um Tauchverfahren mit Ausnahme des Schichtdrucks, der die geometrische Freiheit bei der Herstellung des gewünschten Musters ermöglicht.

Der Pireta-Prozess ist skalierbar konzipiert und eignet sich für Großserien und teilt sich einige Prozessschritte mit dem Digitaldruck. Das Gewebe wird auf Faserebene mit Metall beschichtet, wodurch es leitfähig wird, ohne seine inhärenten Eigenschaften wie Griff, Drapierung, Stretch und Atmungsaktivität zu verlieren.

Eine der grundlegenden Strukturen, die bei der Beurteilung der Eignung eines Prozesses für HF-Anwendungen eine Rolle spielen, sind Übertragungsleitungen. So wurden bereits kurze Übertragungsstreckenabschnitte auf Baumwollgewebe nach dem Pireta-Verfahren hergestellt.

Pireta-Verfahren arbeitet bemerkenswert präzise

Die Übertragungsleitungen bestanden aus zwei 5 mm breiten Leiterbahnen in einem Abstand von 2 mm. Es wurden zwei verschiedene Versionen hergestellt: eine mit zwei 50-mm-langen Übertragungsleitungen und eine weitere mit zwei 80-mm-langen Übertragungsleitungen. Diese Art von Übertragungsleitung, bekannt als koplanarer Streifen, ist das elektromagnetische (EM) Gegenstück zu einem koplanaren Hohlleiter. Sie entstanden durch Abscheidung einer Silberkeimschicht im Pireta-Verfahren, gefolgt von einer stromlosen Kupferplattierung und schließlich einer Silberschichtneutralisierung.

Nach der Fertigung wurden geometrische Messungen durchgeführt. Die Breite der Bahnen betrug 5,5 mm bei einem Abstand von 1,7 mm. Anschließend wurde das Gewebe gesäumt, sodass die SMA-Koaxialbuchsen mit den Enden verlötet werden konnten. Da bei dieser Technologie die Fasern gleichmäßig mit Metall beschichtet werden, eignet sich die Gewebeoberfläche für das Löten mit handelsüblichem Lot, was allein abhängig ist von der Toleranz des Gewebes gegenüber hohen Temperaturen.

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