Technik

Wie eine ultradünne Leiterplatte biegsam wird

Fraunhofer zeigt eine flexible Leiterplatte aus Parylene. Wie das Polymer Träger, Isolator und Schutz in einem dünnen Schichtaufbau verbindet.

Von Wolfgang

10. Nov. 20263 Min. Lesezeit

Illustration einer transparenten flexiblen Leiterplatte

Eine Leiterplatte muss nicht starr sein. Fraunhofer ENAS zeigt auf der electronica in München eine transparente, biegsame Variante, deren Träger aus dem Kunststoff Parylene besteht. Mehrere Metalllagen leiten darin elektrische Signale; das Polymer hält sie auseinander und schützt den Aufbau. Die Leiterplatte selbst ist laut Institut weniger als 20 Mikrometer dick.

Die Präsentation auf der electronica vom 10. bis 13. November macht einen Ansatz sichtbar, an dem das Institut bereits länger arbeitet. Schon 2021 beschrieb Fraunhofer ENAS die Fertigung solcher mehrlagigen Leiterplatten. Der aktuelle Anlass ist die Messe, nicht die Erfindung des Grundprinzips.

Ein Kunststoff übernimmt drei Aufgaben

Auf einer Leiterplatte verbinden schmale metallische Bahnen elektronische Bauteile. Sollen sich diese Verbindungen an eine gekrümmte Oberfläche anschmiegen, kommt es auch auf den Untergrund an. Bei der Fraunhofer-Variante bildet Parylene den flexiblen Träger.

Das Material liegt außerdem zwischen den metallischen Ebenen. Dort wirkt es als elektrischer Isolator: Es verhindert, dass sich übereinanderliegende Leiterbahnen ungewollt berühren. Eine weitere Parylene-Schicht umhüllt den Aufbau. Der Kunststoff ist transparent, sodass die metallischen Strukturen sichtbar bleiben können.

Wo eine Verbindung von einer Ebene zur nächsten nötig ist, wird die isolierende Schicht gezielt geöffnet. Diese kleinen Durchkontaktierungen stellen eine elektrische Verbindung her. So lassen sich mehrere Bahnebenen in einem dünnen Stapel unterbringen, ohne dass jede Bahn auf derselben Fläche verlaufen muss. Das Fraunhofer-Datenblatt beschreibt unterschiedliche Metalle und Verfahren für die Leiterbahnen.

Schichten aus Parylene und Leiterbahnen mit Durchkontaktierung — Schematischer Aufbau mit zwei Leiterbahnebenen und einer Durchkontaktierung. (Quelle: KI generiert)

Dünn heißt nicht fertig bestückt

Die Angabe von weniger als 20 Mikrometern betrifft die Leiterplatte. Ein vollständiges Gerät mit Chips, Sensoren, Kontakten und Gehäuse kann dicker sein. Auch entscheidet nicht allein der Träger darüber, wie stark ein fertiges System gebogen werden darf: Bauteile und ihre Verbindungen müssen die Bewegung ebenfalls mitmachen.

Fraunhofer beschreibt verschiedene Möglichkeiten, elektronische Komponenten anzubinden. Dazu gehören Löten und Drahtbonden, bei dem feine Drähte elektrische Kontakte herstellen. Die Technik muss also nicht nur als Folie funktionieren, sondern auch mit den übrigen Teilen einer Schaltung zusammenpassen.

Für die Herstellung werden laut Institut Parylene-Schichten und metallische Strukturen mit Verfahren der Mikrotechnik kombiniert. In der Mitteilung von 2021 erklärt das Team, wie es Öffnungen in der isolierenden Schicht erzeugt und diese für die Verbindung zwischen Ebenen nutzt.

Wo flexible Elektronik helfen könnte

Als mögliche Einsatzorte nennt Fraunhofer etwa Sensoren in leichten Bauteilen oder tragbare medizinische Elektronik. Ein dünner Schaltungsträger könnte sich dort an eine Form anpassen, statt als starres Plättchen Platz zu beanspruchen. Das ist eine Perspektive für die Entwicklung; aus der Messepräsentation folgt weder eine medizinische Zulassung noch ein bereits verbreitetes Endprodukt.

Auch die Eigenschaften des Polymers allein beantworten nicht, ob ein komplettes Gerät für einen bestimmten Einsatz geeignet ist. Dafür zählen unter anderem die übrigen Materialien, die Verbindung der Bauteile und die Bedingungen im späteren Betrieb. Der besondere Ansatz der vorgestellten Leiterplatte liegt zunächst in der Kombination: Ein und derselbe Kunststoff trägt die metallischen Leiterbahnen, trennt ihre Ebenen elektrisch und umschließt den Schichtaufbau.