Moderne elektronische Geräte werden zunehmend in unseren Alltag integriert, doch herkömmliche starre Leiterplatten (PCBs) schränken oft die Gestaltungsmöglichkeiten ein. Flexible Elektronik ist eine bahnbrechende Technologie, die diese Einschränkungen überwindet und die Entwicklung von Geräten ermöglicht, die sich biegen, falten oder dehnen lassen, ohne ihre Funktionalität zu verlieren.

Dieses revolutionäre Feld verändert die Art und Weise, wie wir über Elektronikdesign denken. Flexible Schaltungen sind nicht nur leichter und robuster als konventionelle Lösungen, sondern können auch untypische Formen annehmen und sich an gekrümmte Oberflächen oder bewegliche Teile anpassen. In der Praxis bedeutet dies, dass Elektronik dort eingesetzt werden kann, wo es zuvor unmöglich war – von tragbaren biomedizinischen Sensoren über intelligente Fahrzeugoberflächen bis hin zu faltbaren Displays.

Was ist Flexible Elektronik?

Flexible Elektronik, auch bekannt als Flex-Schaltungen, ist eine Technologie, die die Montage elektronischer Bauteile auf biegsamen Substraten wie Polyimid (PI), Polyethylenterephthalat (PET) oder Polycarbonat (PC) ermöglicht. Im Gegensatz zu herkömmlichen starren Leiterplatten aus Materialien wie Epoxidlaminaten können flexible Schaltungen gebogen, gefaltet oder gedehnt werden, was den Designern mehr Freiheit bei der Entwicklung von Geräten mit unkonventionellen Formen bietet.

Leitfähige Elemente in der flexiblen Elektronik werden mit verschiedenen Technologien hergestellt. Die gängigsten Methoden sind das Drucken mit leitfähigen Tinten auf Basis von Silber-, Kupfer- oder Graphen-Nanokristallen oder das Aufbringen ultradünner Metallschichten mittels Gasphasenabscheidung auf flexible Substrate. Beide Verfahren erzeugen leitfähige Bahnen, die auch bei starken Verformungen die elektrische Kontinuität beibehalten.

Einzigartige Eigenschaften und Vorteile der Flex-Elektronik

Flexible Elektronik bietet ein einzigartiges Eigenschaftsprofil, das sie von herkömmlichen Technologien unterscheidet. Zu den wichtigsten Vorteilen gehören:

  • Flexibilität und Anpassungsfähigkeit – Schaltungen können gebogen, gefaltet und an unregelmäßige Oberflächen angepasst werden, ohne ihre Funktion zu verlieren. Moderne Lösungen halten Zehntausende Dehnungszyklen aus und ermöglichen die Installation auf beweglichen Teilen oder gekrümmten Oberflächen.
  • Leicht und extrem dünn – flexible Schaltungen auf Polyester- oder Polyimid-Folien sind bis zu zehnmal leichter als herkömmliche PCBs. Die Dicke beträgt nur wenige Dutzend Mikrometer, was die Integration an schwer zugänglichen Stellen ermöglicht.
  • Außergewöhnliche mechanische Haltbarkeit – flexible Materialien widerstehen Stößen, Vibrationen und mechanischer Beanspruchung besser, wodurch Probleme wie das Brechen von Lötverbindungen bei starren Platinen vermieden werden.
  • Stabilität unter extremen Bedingungen – Substrate wie Polyimid sind widerstandsfähig gegenüber extremen Temperaturen und aggressiven chemischen Umgebungen, ideal für Industrie- und Luftfahrtanwendungen.
  • Biokompatibilität – bestimmte Materialien können sicher mit der menschlichen Haut in Kontakt kommen, was Implantate, medizinische Sensoren und intelligente Gesundheitsüberwachungs-Patches ermöglicht.
  • Effiziente Produktion – funktionale Drucktechnologien wie Siebdruck oder Inkjet-Druck mit leitfähigen Tinten ermöglichen die Massenproduktion im Reel-to-Reel-Verfahren zu deutlich geringeren Kosten als traditionelle Fotolithographie.
  • Nachhaltigkeit – der Druckprozess verbraucht weniger Energie und erzeugt weniger Abfall. Materialien wie PET sind recycelbar, und der geringere Rohstoffverbrauch macht flexible Elektronik umweltfreundlicher.

Flexible Elektronik bietet somit eine einzigartige Kombination mechanischer und elektrischer Eigenschaften, die die Entwicklung innovativer, effizienter und vielseitiger Geräte ermöglicht.

Anwendungsbereiche der Flex-Elektronik

Flexible elektronische Schaltungen finden zunehmend Einsatz in Branchen, die die Kombination elektronischer Funktionalität mit mechanischer Flexibilität erfordern – von präzisen medizinischen Anwendungen über fortschrittliche Industriesysteme bis hin zu Alltagsgeräten.

Medizin und Biotechnologie

  • Tragbare Biosensoren, die Vitalparameter überwachen, ohne die Bewegungsfreiheit einzuschränken.
  • Flexible Elektroden in EKG- und EEG-Systemen für besseren Hautkontakt und Patientenkomfort.
  • Intelligente medizinische Pflaster, die Medikamente abgeben und gleichzeitig physiologische Reaktionen über integrierte Sensoren und drahtlose Kommunikation überwachen.
  • Flexible Diagnosepflaster verbessern Telemedizin und Fernüberwachung von Patienten.
  • Flexible Dehnungsmessstreifen in der Rehabilitation ermöglichen präzise Messungen von Bewegungsumfang und Muskelaktivität, während EMG-Sensoren Therapieprogramme in Echtzeit optimieren.

Automobilindustrie

  • Flexible Drucksensoren in Sitzen erkennen Passagierpositionen und passen Sicherheitsfunktionen an.
  • Heizmatten sorgen für Komfort in Sitzen, Lenkrädern und Panels und verhindern das Einfrieren von Spiegeln, Kameras und ADAS-Sensoren.
  • Flexible Heizsysteme in Elektrofahrzeugen erwärmen Batterien und Antriebssysteme für optimale Leistung bei niedrigen Temperaturen.
  • Flexible Substrate (PI, PET, TPU) ermöglichen Matten in beliebiger Form, perfekt angepasst an komplexe Fahrzeuggeometrien.
  • Gebogene Touchpanels und anpassbare Antennen bieten intuitive Schnittstellen und V2X-Kommunikation.
  • Eingebaute Klimasensoren steuern automatisch das Mikroklima im Fahrzeuginnenraum. Flexible Dehnungsmessstreifen überwachen in Echtzeit Materialermüdung von Struktur und Fahrwerk.

Robotik und industrielle Automatisierung

  • Elektronische Haut auf Greifern erkennt Kontakt und steuert die Griffkraft präzise.
  • Flexible Sensoren in Cobots ermöglichen sichere Interaktion mit Menschen.
  • Mensch-Maschine-Schnittstellen reagieren auf Berührung, Druck und Gesten, unterstützt durch leitfähige flexible Materialien.
  • Flexible Dehnungsmessstreifen überwachen Roboterstrukturen in Echtzeit und ermöglichen vorausschauende Wartung sowie höhere Zuverlässigkeit in der Produktion.

Wearable Electronics und dehnbare Systeme

  • Flexible Schaltungen ermöglichen untypische Geräteformen, von faltbaren Smartphones bis zu intelligenter Kleidung mit Sensoren und LEDs.
  • Fitness-Armbänder integrieren Herzfrequenzsensoren, Beschleunigungssensoren und drahtlose Kommunikation für ganztägigen Komfort.
  • Dehnbare Elektronik bewältigt >100 % Deformation, unter Verwendung von Verbundmaterialien und Netzstrukturen mit Silbernanodrähten, Graphen oder EGaIn-Legierungen, integrierbar in Textilien und Haut ohne Bewegungseinschränkung.
  • Flexible Touch-Tastaturen lassen sich rollen und in Taschen transportieren, behalten aber volle Funktionalität dank leitfähiger Drucktechnologie.

In-Mold Electronics (IME)

  • IME ermöglicht die Integration elektronischer Komponenten während des Kunststoffspritzgussprozesses.
  • Integriert Elektronik mit Gehäusen und Panels, reduziert mechanische Verbindungen und Bauteile.
  • Produziert leichte, feuchtigkeitsresistente Systeme mit integrierten Touch-Buttons, Beleuchtung und Sensoren.
  • Anwendungen in Automobilindustrie, Haushaltsgeräten, Unterhaltungselektronik und Luftfahrt für leichtere, zuverlässige und ästhetische Schnittstellen.

Flexible Elektronik in Qwerty-Membrantastaturen
Unsere Schnittstellen zeigen den praktischen Einsatz flexibler Leiterplatten zur Herstellung präziser Schalter, die auf Druck reagieren.

  • Proprietäre Druckmethoden gewährleisten Zuverlässigkeit unter industriellen Bedingungen.
  • Silber- und kohlenstoffbasierte Pasten behalten elektrische Leitfähigkeit über Tausende Biege- und Druckzyklen.
  • Einlagige flexible Schaltungen ermöglichen komplexe, flache Schaltsysteme für anspruchsvolle Umgebungen.
  • Zusätzliche Funktionen wie widerstandsbasierte Druckerkennung und kapazitive Näherungssensoren sind integrierbar.

Diese fortschrittlichen Lösungen, kombiniert mit unserem Fachwissen in Materialien und Druckprozessen, liefern Schnittstellen mit außergewöhnlicher Funktionalität und Langlebigkeit.