Das Innovations- und Technologiezentrum binder ITZ mit Sitz in Bad Rappenau entwickelt neue Technologien und Produkte der Franz Binder GmbH & Co. Elektrische Bauelemente KG (Neckarsulm). Basierend auf unserer Expertise in Chemie, Elektronik, Physik und Prozessentwicklung sind wir darauf spezialisiert, druckbare elektronische Komponenten mit höchster Präzision direkt auf 3D-Oberflächen aufzubringen und so eine nahtlose Verbindung von Funktionalität und Design zu erreichen. Unsere Stärke liegt in der Bereitstellung maßgeschneiderter Lösungen für eine Vielzahl von Geometrien und Substraten. Als Pionier bei Schlüsseltechnologien der gedruckten Elektronik wie Sensoren, Elektrolumineszenz, Heizelementen und feinen Leiterbahnen funktionalisieren wir jede Form von Oberflächengeometrie.
Darüber hinaus unterstreicht die steigende Nachfrage nach gedruckten Kraftsensoren, insbesondere Force Sensing Resistors (FSR), deren Vielseitigkeit. Sie reicht vom Einbau an Roboterfingerspitzen bis hin zu empfindlichen Touch-Sensoren für Fahrzeuginformationssysteme. FSRs, die durch ein Polymer-Dickfilm-Design (PTF) gekennzeichnet sind, weisen eine Abnahme des Widerstands auf, wenn die ausgeübte Kraft auf den betroffenen Bereich zunimmt. Optimiert für die Berührungssteuerung elektronischer Geräte verfügen FSRs über ähnliche Eigenschaften wie Wägezellen und Dehnungsmessstreifen. Dies macht sie zu gefragten Komponenten in verschiedenen Branchen.
Das Know-how über Force Sensing Resistoren (FSRs)
FSR ist ein Sensortyp, der seinen Widerstand ändert, wenn eine Kraft ausgeübt wird. Mit zunehmender Kraft nimmt der Widerstand des Sensors ab und ermöglicht so das Erfassen von einwirkendem Druck, Quetschung und Gewicht. In Bezug auf die gedruckte Elektronik ist damit eine leitfähige Schicht gemeint, deren elektrische Leitfähigkeit sich bei Krafteinwirkung ändert (beispielsweise eine gedruckte Kohlenstoff-/Grafitschicht, die gegen eine angrenzende Silberelektrodenschicht gedrückt wird). Die Widerstandsänderung im FSR kann mit geeigneten Schaltkreisen gemessen werden, beispielsweise einem Spannungsteiler oder einer Wheatstone-Brückenkonfiguration. Über die Bestimmung des Widerstands kann die Größe der ausgeübten Kraft bestimmt werden. Durch die Nutzung dieser Eigenschaft ermöglichen FSR-Sensoren eine präzise und reaktionsfähige Interaktion mit elektronischen Systemen. Sie sind daher prädestiniert zum Einsatz als Benutzerschnittstelle (Human Machine Interface). Obwohl sie nicht zu den präzisesten Sensoren zählen, bieten FSRs für die meisten berührungsempfindlichen Anwendungen ein sehr gutes Preis-Leistungs-Verhältnis.
Flexible Sensorfertigung
Für die qualitativ hochwertige Fertigung von FSR-Sensoren wird bei binder das Siebdruckverfahren eingesetzt. Aufgrund der sehr homogenen Abscheidung leitfähiger Pasten im Siebdruckverfahren werden einseitig sehr fein verteilte und miteinander verbundene Silberelektroden auf einem PET-Substrat abgeschieden. Die andere Seite des Sensors enthält als Aktivmaterial Kohlenstoffpaste, die ebenfalls auf PET-Substrat gedruckt ist. Dazwischen kommt ein Kunststoff-Abstandshalter zum Einsatz. Die Idee dahinter ist, mit kostengünstigen Materialien zu arbeiten und dabei das bestmögliche Ergebnis zu erzielen. Zudem spielt die Art des Abstandhalters beim Betrieb des Sensors eine entscheidende Rolle. Er trennt die beiden Schichten und seine Dicke bestimmt die Stärke der gemessenen Kraft. Diese lässt sich somit kundenspezifisch einstellen.
Das für den FSR-Sensor verwendete flexible Substrat bietet die nötige Elastizität, um in jede Anwendung und auf jeder Oberfläche integriert zu werden. Die runde Form kann je nach Anwendung problemlos angepasst werden.
Die Elektronik des Sensors
Neben dem Druck der Funktionsschichten des FSR bietet binder auch die Entwicklung und Serienfertigung der Auswerteelektronik nach Kundenwunsch an. Der Shunt-Modus des FSR erwies sich dabei als effiziente Lösung zur Erkennung von Kraft oder Druck. Mittels konventionellen Elektroniklösungen erfolgt daraufhin die Umwandlung dieser Impulse in benutzerspezifische Daten, die ausgelesen und weiterverarbeitet werden können.