Tragbare elektronische Textilien sind ein anspruchsvolles Umfeld für zuverlässige Verbindungen - die Fähigkeit, bei Bewegung zu funktionieren und mehrere Reinigungen und Wiederverwendung zu überstehen. Eine gute Haftung ist bei diesen tragbaren und anpassungsfähigen elektronischen Anwendungen eine besondere Herausforderung. Lote bieten zwar die leitfähigste elektrische Verbindung, sind aber starr und erfordern nicht nur die Zugabe eines Underfill-Klebstoffs, sondern in der Regel auch eine Verkapselung nach der Verklebung. ZTACH® ACE, das anisotrope leitfähige Epoxidharz von SunRay Scientific, bietet zuverlässige Verbindungen zwischen elektronischen Komponenten und Schaltkreisen auf Textilien mit hervorragender struktureller Bindung ohne Verkapselung, selbst bei wiederholtem Dehnen und Waschen. ZTACH® ACE hat sich als skalierbarer Montageprozess für die Herstellung von e-Textilien in einer SMT-Linie erwiesen.
Video von Widerständen, Spannungsreglern und LEDs, die auf dehnbare, leitfähige Silber- und Karbontinten aufgebracht und ohne Verkapselung auf TPU gedruckt wurden. Sie sind extremen Belastungen ausgesetzt und überstehen diese problemlos und bleiben funktionsfähig.
Anisotroper elektrisch leitfähiger Klebstoff, kompatibel mit automatisierter SMT-Verarbeitung
ZTACH® ACE, ein anisotropes leitfähiges Epoxidharz, ermöglicht die gleichzeitige Z-Achsen-Verbindung aller Bauteile auf einer Platine, einem Blatt oder einem Gewebe über große Formate hinweg. Es erfordert keine Strukturierung, keinen Klebedruck und kann bei niedrigen Temperaturen ausgehärtet werden. ZTACH® ACE kann auf einer Vielzahl von Substraten haften, darunter PET, TPU, verschiedene Textilien und PCBs. Das Material fungiert als eigene Unterfüllung und bietet eine hervorragende Haftung und Scherfestigkeit, so dass eine sekundäre Unterfüllung oder Verkapselung nach der Verklebung überflüssig ist. Mit ZTACH® ACE kann ein feines Pitch von bis zu 100 Mikrometern erreicht werden. Ein Pitch von weniger als 50 Mikrometern ist derzeit in der Entwicklung.
Abbildung 1: ZTACH® ACE - Säulen
Dieses Video zeigt einen Röntgenquerschnitt mit hoher Vergrößerung in Echtzeit von ZTACH® ACE, das auf der ZMAG™ Magnetpalette platziert ist, während es gleichzeitig ausgehärtet wird.
ZTACH® ACE funktioniert durch die magnetische Ausrichtung von ferromagnetisch-leitfähigen Partikeln durch die patentierte ZMAG™-Magnetpalette von SunRay. Wie in Abbildung 1 dargestellt und im Video gezeigt, richten sich diese Partikel, sobald sie auf der ZMAG™-Palette platziert sind, sofort zu Z-Achsen-"Drähten" aus, die magnetisch festgehalten werden, während das Harz durch den Aushärtungsprozess gehärtet wird. Dadurch wird das Gerät elektrisch mit dem Stromkreis verbunden. Aufgrund des sehr geringen Füllstoffanteils der Partikel erzeugt das Harz eine außergewöhnlich hohe Haftfestigkeit für das Gerät im Vergleich zu herkömmlichen Befestigungsmethoden. Da ZTACH® ACE im Grunde ein Underfill mit durchgängig leitfähigen Säulen in der Z-Achse ist, sorgt es für elektrische Leitfähigkeit an den Pad-Positionen und für Wärmeableitung dazwischen - und das alles unter Beibehaltung der elektrischen Isolierung in der X-Y-Ebene.
Die gute Leistung von ZTACH® ACE hat sich bei Tausenden von Bauteilen bewährt, die auf Hunderten von Blechen in großvolumigen SMT/Reflow-Linien miteinander verbunden wurden.
ZTACH® ACE überwindet die Grenzen herkömmlicher Lote
Im Gegensatz zu Lot bietet ZTACH® ACE sowohl die elektrische Verbindung als auch die Unterfüllung.
Die meisten Lötverbindungen auf einem flexiblen Substrat erfordern traditionell die Zugabe eines Verkapselungsmittels zum Schutz und zur Aufrechterhaltung der Haftung der weniger flexiblen Verbindungsstellen. ZTACH® ACE hat sich als zuverlässig erwiesen, ohne dass ein Vergussmittel erforderlich ist. Dadurch entfällt ein Herstellungsschritt und die lokale Versteifung, die durch eine Verkapselung entsteht, bei einem weniger sperrigen Produktprofil. Der Verzicht auf eine Verkapselung ist besonders bei LED-Anwendungen vorteilhaft, da die Klarheit der LEDs durch den Zusatz einer optisch klaren Abdeckung nicht beeinträchtigt wird. Auch wird die Leistung im Laufe der Zeit nicht durch die Alterungseigenschaften eines Verkapselungsmaterials beeinträchtigt. Dies ist besonders nützlich für die optimale Leistung von UV-LEDs in medizinischen Anwendungen.
Abbildung 2* zeigt die Ergebnisse der Zuverlässigkeitsprüfung von Komponenten, die mit ZTACH® ACE auf gedruckten Silberschaltungen angebracht wurden, die in der SMT-Linie für gedruckte Schaltungen von Molex erfolgreich montiert wurden. Alle getesteten Teile mit und ohne Verkapselungsbeschichtung haben bestanden!
Abbildung 2: *Dieses Material basiert auf Forschungsarbeiten, die vom Army Research Laboratory unter der Cooperative Agreement Number W911NF-19-2-0345 gefördert wurden. Die in diesem Dokument enthaltenen Ansichten und Schlußfolgerungen sind die der Autoren und sollten nicht so ausgelegt werden, daß sie die offizielle Politik des Army Research Laboratory oder der US-Regierung darstellen, weder ausdrücklich noch implizit. Die US-Regierung ist berechtigt, Nachdrucke für Regierungszwecke zu vervielfältigen und zu verbreiten, ungeachtet des Urheberrechtsvermerks.
Tragbare Elektronik stellt Herausforderungen dar, die über herkömmliche SMT-Leiterplatten oder flexible Schaltungen hinausgehen
Elektrische Funktionstextilien erfordern gute Verbindungen zwischen den Geräten und Schaltkreisen, die auf den tragbaren Stoff gedruckt oder eingewebt sind. Eine besondere Herausforderung ist die Haftung zwischen der starren Matrize und dem sich dehnenden oder bewegenden Stoff. ZTACH® ACE wird in einem einzigen Schablonenschritt aufgetragen und anschließend magnetisiert und ausgehärtet. Das Material wird über die gesamte Grundfläche des Bauteils aufgetragen, um sowohl die Verbindung als auch die strukturelle Haftung zu den elektrischen Schaltkreisen auf dem Gewebe zu gewährleisten. ZTACH® ACE stabilisiert die Verbindungsstellen - die in der Z-Achse angeordneten Säulen aus ausgerichteten Partikeln, die durch das Epoxidharz an Ort und Stelle gehalten werden, ermöglichen eine Biegung des umgebenden Textils, während die elektrische Verbindung erhalten bleibt.
Basierend auf einem von Advanced Functional Fabrics of America (AFFOA), einem United States Manufacturing Innovation Institute, finanzierten Projekt (Project Call 2.0), entwickelten SunRay Scientific und UMASS Lowell funktionale e-Textile für die Blatt-zu-Blatt-Fertigung und demonstrierten die Skalierbarkeit auf einer SMT-Linie. Im Rahmen des Projekts[1] mit dem Titel "Reliable High Density Conformal Electrical Interconnects for Dynamically Active Flexible Textile Functionalization" (Zuverlässige konforme elektrische Verbindungen mit hoher Dichte für dynamisch aktive, flexible Textilfunktionalität) wurden LEDs mit gewebten, leitfähigen Drahtschaltungen im Gewebe verbunden.
Abbildung 3 (links): LEDs, die auf der SMT-Linie mit ZTACH® ACE auf einem Gewebe mit eingewebten leitfähigen Drähten angebracht wurden, und Video (rechts), das die Funktionalität nach der Montage zeigt1.
Diese einsatzfähigen e-Textilien wurden einem Wasch- und Trocknungszyklus unterzogen.
[1] Dieses Material basiert auf Forschungsarbeiten, die von der U.S. Army ARDEC unter der Vertragsnummer W15QKN-16-3-0001 gefördert wurden. Die US-Regierung ist berechtigt, Nachdrucke für Regierungszwecke zu vervielfältigen und zu verbreiten.
Trotz bemerkenswerter Fortschritte im Bereich der elektronischen Textilien bestehen nach wie vor erhebliche Herausforderungen in Bezug auf Funktionalität, Zuverlässigkeit, Skalierbarkeit und Kosten. Robuste Verbindungen wurden wiederholt als eine der größten Herausforderungen sowohl bei konformer flexibler Hybridelektronik als auch bei dehnbaren E-Textilien genannt. Der innovative leitfähige Z-Achsen-Klebstoff von SunRay Scientific kann in eine SMT-Linie mit reduzierten Schritten, ohne Druck und bei niedriger Temperatur integriert werden. ZTACH® ACE lässt sich mit minimalen Designanforderungen leicht in aktuelle oder neue Produktdesigns integrieren und unterstützt die Miniaturisierung und Gewichtsreduzierung von elektronischen Baugruppen und tragbaren E-Textilien. ZTACH® ACE hat sich im Vergleich zu konventionellen Methoden als zuverlässige Verbindungslösung erwiesen und die Skalierbarkeit der Produktion von tragbarer Elektronik unter Beweis gestellt.
22 Meridian Road, Unit 1 * Eatontown, NJ 07724 * www. sunrayscientific.com
Diese Forschungsarbeit wurde zum Teil von der US-Regierung finanziert. Die in diesem Dokument enthaltenen Ansichten und Schlussfolgerungen sind die der Autoren und sollten nicht so ausgelegt werden, dass sie die offizielle Politik der US-Regierung darstellen, weder ausdrücklich noch implizit. [This is automatically translated from English]