Wie ultra-dünne, flexible Chips die Integration von Elektronik in Textilien ermöglichen

Stellen Sie sich kurz vor, Sie sitzen am CAD und ein Kunde fragt: „Können wir den Controller nicht einfach in die Jacke sticken?" Bisher war das eher eine Zukunftsmusik – doch wie Electronic Design berichtet, rückt diese Vorstellung jetzt ein gutes Stück näher. Das assoziierte Labor von Imec an der Universität Gent hat einen ultra-dünnen, flexiblen Chip mit dehnbaren Leiterbahnen in ein Package integriert, das sich an gekrümmte und biegende Oberflächen anschmiegt.

Dreißig Mikrometer dünn, und trotzdem voll funktionsfähig

Im Zentrum steht ein handelsüblicher Mikrocontroller, den die Forschenden auf rund 30 µm gedünnt haben, ohne seine elektrische Performance zu opfern. Anschließend wurde der Die in ein schlankes Polyimid-Package eingebettet, das nur 40 bis 50 µm dick ist. Darüber liegt die eigentliche Innovation: dehnfähige Verdrahtung, realisiert über hufeisenförmige Leiterbahnen auf Polyimid-Träger, eingebettet in ein elastomeres Substrat aus Polydimethylsiloxan, kurz PDMS. Diese Leiterbahnen verhalten sich wie zweidimensionale Federn – sie geben nach und bleiben trotzdem leitfähig.

Klingt auf den ersten Blick weit weg vom klassellen Rigid-Design? Ist es auch – aber genau deshalb lohnt der Blick über den Tellerrand. Denn je öfter wir Sensorik am Körper oder in Textilien unterbringen sollen, desto enger rücken Flex- und Starr-Flex-Design zusammen.

SHIFT zeigt, wie es in unseren Fertigungsalltag passt

Noch konkreter wird es im EU-geförderten Projekt SHIFT (Smart High Integration Flex Technologies). Dort wird ein nur 25 µm dünner Chip in einen organischen Träger aus gehärteten Polyimid-Schichten eingebettet. Die Chipkontakte werden per Laserbohren oder reaktivem Ionenätzen durch das Polyimid zu den Chip-Pads freigelegt und über Dünnfilm-Metallisierung kontaktiert. Heraus kommt ein biegfähiges Package von insgesamt 60 µm Dicke – inklusive Chip.

Genau diese Geometrie ist für uns interessant: Ein solches UTCP lässt sich in die Innenlagen einer Leiterplatte oder in ein Flex-Substrat einbetten, und zwar direkt im Flex-Fertigungsprozess. Passive Bauelemente können unter und über dem eingebetteten UTCP bestückt werden. Wer also gerade ein Mehrlagen-Flex mit integrierter Logik plant, sollte sich dieses Packaging-Konzept merken – es verschiebt unsere Vorstellung davon, was in Innenlagen überhaupt untergebracht werden kann.

Was wir daraus mitnehmen

Jan Vanfleteren, verantwortlich für die Forschungsarbeit zu flexibler und dehnbarer Elektronik, rechnet damit, dass erste Anwendungen in intelligenter Kleidung auftauchen werden, medizinische Applikationen sollen folgen. Denkbar sind LED-Signalisierung und Bewegungssensorik, direkt ins Textil integriert.

Für unsere Layout-Praxis heißt das: Wenn das Thema „Wearables" oder „intelligente Textilien" auf den Tisch kommt, lohnt ein frühes Gespräch über Substratdicken, minimale Biegeradien und die Einbettung ultra-dünner Chips in den Innenlagen. Wir müssen nicht alles sofort umsetzen – aber wir sollten die Entwicklung im Blick behalten, damit ein Kundenwunsch nach „dem Controller in der Jacke" uns nicht überrascht, sondern uns bei der nächsten Design-Review nur ein wissendes Lächeln entlockt.