IDTechEx enträtselt den Wettbewerb

BOSTON, 5. Mai 2023 /PRNewswire/ -- Glatte, funktionale Oberflächen mit Berührungserkennung, oft mit Hintergrundbeleuchtung, werden immer häufiger eingesetzt. Die Anwendungen reichen von Fahrzeuginnenräumen und Haushaltsgeräten bis hin zu medizinischen Geräten und Flugzeugsitzen. Anstatt sich auf einen mechanischen oder Membranschalter zu verlassen, nutzen diese Oberflächen die kapazitive Berührungserkennung – das gleiche Prinzip, das auch bei Smartphone-Displays verwendet wird. Kapazitive Sensorik und Hintergrundbeleuchtung erfordern natürlich Elektronik hinter der dekorativen Außenfläche: In-Mold-Elektronik ist ein aufstrebender Fertigungsansatz, der funktionelle Oberflächen billiger, leichter und ästhetisch ansprechender machen soll.

Was ist In-Mold-Elektronik?

Wie der Name schon sagt, handelt es sich bei In-Mold-Elektronik (IME) um ein Herstellungsverfahren, bei dem zumindest ein Teil der Elektronik einem Formprozess unterzogen wird. Normalerweise beginnt dies mit dem Siebdruck des gewünschten Musters aus leitfähiger Tinte auf ein Substrat (oft Polycarbonat) – diese leitfähigen Muster ermöglichen eine kapazitive Berührungserkennung. Als nächstes wird eine dekorative Schicht auf die Vorderseite aufgetragen und das leitend strukturierte Substrat wird thermogeformt, um die erforderliche Krümmung zu erzeugen. Häufig wird ein anschließender Spritzgussschritt angewendet. Dieser Ansatz, Elektronik in das Formteil zu integrieren, steht im Gegensatz zu herkömmlichen Elektronikfertigungstechniken, bei denen dekorative, dem Benutzer zugewandte Teile geformt und anschließend eine Leiterplatte (PCB) auf der Rückseite montiert wird.

Warum das Risiko eingehen, die Elektronik diesem Gussverfahren zu unterziehen, wenn eine Leiterplatte hinter einer dekorativen Oberfläche oft ausreicht? Abhängig vom verwendeten Ansatz ermöglicht IME eine Gewichts- und Materialreduzierung von bis zu 70 % im Vergleich zu herkömmlichen mechanischen Schaltern. Da zudem weniger Einzelteile benötigt werden, können sowohl die Montage als auch die damit verbundenen Lieferketten einfacher gestaltet werden. Angesichts dieser Vorteile und des wachsenden Engagements von Zulieferern und Integratoren prognostiziert IDTechEx, dass der Markt für IME-Teile, die SMD-Komponenten (Surface Mount Device) enthalten, bis 2033 etwa 2 Milliarden US-Dollar erreichen wird.

Welche konkurrierenden Ansätze gibt es?

Unter dem Oberbegriff „In-Mold-Elektronik“ gibt es viele subtil unterschiedliche Fertigungsansätze. Es ist oft schwierig herauszufinden, welcher Ansatz verwendet wurde, da die resultierenden Funktionsflächen sehr ähnlich aussehen. Zwei entscheidende Variablen sind, ob und an welcher Stelle SMD-Bauteile wie LEDs montiert werden und ob Spritzguss zum Einsatz kommt.

Der wohl umfassendste IME-Ansatz, der von Tactotek entwickelt wurde und als IMSE (In-Mold Structural Electronics) bezeichnet wird, umfasst die Montage von SMD-Komponenten auf einem flachen Substrat vor dem Thermoformen. Anschließend erfolgt das Spritzgießen, das Einbetten der Bauteile und Leiterbahnen in Kunststoff. Der Prozess führt zu einem robusten Teil mit vollständig geschlossener Elektronik, möglicherweise einschließlich eines integrierten Schaltkreises.

Eine konkurrierende Strategie besteht darin, die SMD-Komponenten auf ein bereits thermogeformtes Teil zu montieren und das Spritzgießen zu vernachlässigen. Dies erfordert ein dickeres Polymersubstrat, um eine ausreichende Steifigkeit zu gewährleisten, was im Allgemeinen den Grad der Verformung und Krümmung verringert, die durch Thermoformen entstehen können. Darüber hinaus können SMD-Bauteile nur per Pick-and-Place auf Flächen montiert werden, die flach bleiben. Für viele Anwendungen ist jedoch nur eine leichte Krümmung um den Umfang oder an anderen spezifischen Stellen erforderlich, und da montierte Komponenten nicht der Hitze und dem Druck ausgesetzt werden, die mit Formmaterialspezifikationen und Designregeln einhergehen, können sie nachsichtiger sein.

Der einfachste Ansatz für IME besteht darin, die SMD-Komponenten vollständig wegzulassen. Dekorative Oberflächen mit integrierter kapazitiver Berührung können relativ einfach hergestellt werden, indem zunächst leitfähige Tinte im Siebdruckverfahren gedruckt und dann das Substrat thermogeformt wird. Nachträgliches Spritzgießen ist optional. Während diese Teile herkömmliche Elektronik zur Hintergrundbeleuchtung benötigen würden, stellen sie einen Zwischenschritt zwischen rein dekorativen und voll funktionsfähigen Oberflächen dar, die den Anforderungen einfacherer Anwendungsfälle gerecht werden können.

Was hält die Zukunft bereit?

Die große Vielfalt konkurrierender Fertigungsansätze für In-Mold-Elektronik impliziert kein Darwin-Szenario mit nur einem Gewinner – jeder Ansatz bietet ein anderes Gleichgewicht aus Kosten, Formfaktorkomplexität, Funktionalität, Robustheit und Größen-/Gewichtsreduzierung, das einem gerecht werden kann besonderen Bedarf. Insgesamt geht IDTechEx von einem allmählichen Trend zu einer stärkeren Funktionsintegration aus, da es die größte Material- und Gewichtsreduzierung bietet, jedoch größere Akzeptanzbarrieren mit sich bringt als einfachere Herstellungsansätze.

Wie erfahre ich mehr?

Der neue Bericht von IDTechEx, „In-Mold Electronics 2023-2033“, stützt sich auf über 20 Unternehmensprofile, die größtenteils auf Interviews basieren, um diese neue Fertigungsmethode zu untersuchen. Dieser umfassende Bericht bewertet die technischen Prozesse, Materialanforderungen und Anwendungen. Es umfasst 10-Jahres-Marktprognosen nach Herstellungsmethodik und Anwendungssektor, ausgedrückt sowohl als Umsatz als auch als Funktionsfläche. Darüber hinaus bietet der Bericht eine detaillierte Bewertung konkurrierender Ansätze, wie z. B. funktioneller Folienverklebung und der Vorteile der Einbeziehung von Komponenten wie LEDs in die IME-Teile.

Weitere Informationen, einschließlich herunterladbarer Beispielseiten, finden Sie unter www.IDTechEx.com/IME.

Autor: Dr. Matthew Dyson, leitender Technologieanalyst bei IDTechEx

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