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Glitzerkleid mit Sensor – Dehnbare Elektronik

27.10.2015, von , in Karte anzeigen

 

Die Kleidungsstücke enthalten weiche, elastische Leiterplatten. Darauf sitzen elektronische Bauteile, zum Beispiel LEDs und Beschleunigungssensoren.

Die Kleidungsstücke enthalten weiche, elastische Leiterplatten. Darauf sitzen elektronische Bauteile, zum Beispiel LEDs und Beschleunigungssensoren.

Elektronik, die sich knautschen und dehnen lässt. Daran arbeiten Wissenschaftler des Fraunhofer-Instituts für Zuverlässigkeit und Mikrointegration in Berlin. Sie haben Leiterplatten entwickelt, die höchstens einen Millimeter dick sind und sich wie ein Ball zusammenknüllen lassen. Auf den Platten sitzen flache, weich verkapselte Bauteile, zum Beispiel LEDs. Die dehnbare und biegsame Elektronik ist flexibel einsetzbar. Die Wissenschaftler lassen sie zum Beispiel in Kleidung einnähen. Julia Beißwenger hat sie anprobiert.


Glitzerkleid und Blinker-Kette

Das rote Material der Kette ist eine filigran geschnittene Leiterplatte.

Das rote Material der Kette ist eine filigran geschnittene Leiterplatte.

Eine Jacke, einen Mantel und ein Kleid haben die Berliner Wissenschaftler bereits mit ihren neuen Leiterplatten ausgestattet. Sie alle enthalten LEDs. Beim Mantel schaltet eine elektronische Schaltung die Lichter nach einem Zufallsprinzip an. In der Jacke sitzen Beschleunigungssensoren, wenn die Jacke bewegt wird, leuchten LEDs vorne und am Rücken. Beim Tragen der Kleidung ist die Elektronik nicht zu spüren, denn die dünnen Leiterplatten sind weich und flexibel. Sie bestehen aus Polyurethan. Das gummiartige Material wird normalerweise als Bauschaum verwendet. Die Idee daraus Leiterplatten zu machen, hatten die Berliner Wissenschaftler vor rund sieben Jahren. „Selbst Schmuck lässt sich damit herstellen“, sagt der Physiker Thomas Löher und zeigt eine rote Kette, auf der LEDs leuchten.

Dehnbare Elektronik für die Medizin

Kein Staubkorn darf die Herstellung der Leiterplatten im Reinraum stören. Darum müssen sich Thomas Löher und Julia Beißwenger umkleiden, bevor sie den Reinraum betreten.

Kein Staubkorn darf die Herstellung der Leiterplatten im Reinraum stören. Darum müssen sich Thomas Löher und Julia Beißwenger umkleiden, bevor sie den Reinraum betreten.

Wichtiger als Schmuck und Kleidung aber sei die Anwendung der Technik in der Medizin. Löher holt einen weißen Stoff aus einer Glasvitrine. Er ist etwa zwanzig Mal zehn Zentimeter groß, so dünn und weich wie ein Papiertaschentuch. In dem Stoff ist eine Leiterplatte mit Drucksensoren eingenäht. Das Ganze ist eine Schuheinlage. „Sie kann die Druckverteilung im Schuh messen und zum Beispiel anzeigen, ob der Träger medizinische Einlagen benötigt“, erklärt Löher. Auch für Druckverbände hat er mit seinen Kollegen schon Einlagen entwickelt. Sie prüfen, ob ein Verband richtig sitzt.

Sauber muss es sein
Bei der Herstellung der Leiterplatten sei Sauberkeit äußerst wichtig, so Löher. Die Platten werden daher in einem Reinraum angefertigt. Bevor die Wissenschaftler ihn betreten, müssen sie sich neu einkleiden: mit Haarhaube, Ganzkörperanzug, Plastikhandschuhen und Überschuhen. Im Reinraum zeigt Löher ein 60 mal 45 Zentimeter großes Board. Es ist im Wesentlichen eine Trägerplatte, die mit dem dehnbaren Leiterplattenmaterial beschichtet ist. Darüber ist hauchdünn Kupfer aufgetragen, der wiederum mit Lack überzogen ist.

Thomas Löher programmiert einen vier Meter langen Ofen. Darin werden die elektronischen Bauteile auf dehnbare Leiterplatten gelötet.

Thomas Löher programmiert einen vier Meter langen Ofen. Darin werden die elektronischen Bauteile auf dehnbare Leiterplatten gelötet.

Thomas Löher legt die Platte in eine große, kastenförmige Maschine. Darin belichtet ein Laser die Teile, auf denen Kupferleiterbahnen stehen bleiben sollen. Im nächsten Arbeitsschritt wird der nicht belichtete Lack abgewaschen. In einem Ätzbad wird dann noch das Kupfer entfernt, das nicht belichtet wurde, so dass am Ende nur die Kupferleiterbahnen übrig bleiben. Sie sind geschlängelt, damit sie nicht reißen, wenn die Leiterplatte verformt und gedehnt wird.

 

Elektronik aus dem Ofen
Um elektronische Bauteile auf die Platte zu setzen, legt sie Löher in eine so genannte Bestückermaschine. Die trägt an exakt programmierten Stellen eine Lotpaste auf. In die Paste setzt die Maschine LEDs, Sensoren und Schaltungen. Anschließend fährt die Platte in einen rund vier Meter langen Ofen. Durch seine Hitze schmilzt die Lotpaste. Beim Abkühlen härtet sie aus, so dass die elektronischen Bauteile fest auf dem dehnbaren Leitermaterial sitzen.

 Mit einem Industriebügeleisen hat Thomas Löher eine kleine, quadratische Leiterplatte in Fließstoff einlaminiert.

Mit einem Industriebügeleisen hat Thomas Löher eine kleine, quadratische Leiterplatte in Fließstoff einlaminiert.

Nun kann es von seiner Trägerplatte abgezogen und in ein Textil laminiert werden. Löher legt eine kleine quadratische Leiterplatte zwischen zwei dünne Fließstoffe. Anschließend presst ein Industriebügeleisen die Stoffe zusammen. Durch die Hitze wird das Polyurethan zähflüssig, so dass es mit dem Textil verklebt. Nach dem Pressvorgang kann der Fließstoff mit seiner intergierten Elektronik in ein Kleidungsstück genäht werden.

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