Gedruckte Elektronik für Identifikation und Sensorik

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1 Workshop Identifikationstechnologien & Sensorik, Erfurt, Dr. H. Kempa Gedruckte Elektronik für Identifikation und Sensorik 1

2 Inhalt Einleitung Aktivitäten in Chemnitz Projektbeispiele Anwendungen und Produkte Status und Ausblick Zusammenfassung 2

3 H. Kempa, Gedruckte Elektronik für Identifikation und Sensorik Chemnitz printronics Cluster Materialien Maschinen Prozesse Bauelement e Schaltunge n Systeme Anwendung en Produkte 3

4 Chemnitz printronics Cluster BMBF-Wachstumskern erste Phase: Volumen: 5.3 Mio. zahlreiche Kooperationen weltweit Ziel: innerhalb von 10 Jahren zum weltweit führenden Anbieter von gedruckter Elektronik zu werden 4

5 Projekt psens: Entwicklung gedruckter Sensorik Ausganssituation: Herstellung von Sensoren mit der Technologie der gedruckten Elektronik prinzipiell möglich, aber noch nicht umgesetzt Möglichkeit der kostengünstigen Produktion und damit Zugang zu preissensitiven Märkten wird derzeit noch nicht genutzt Ziele des Projekts: Entwicklung gedruckter Sensoren (Temperatur, Feuchte, UV-Strahlung, Druck) für Anwendungen im Automobilbau, im Bereich Haushaltsgeräte und zur direkten Integration in Verpackungen Herstellung von Funktionsmustern Quelle: Beispiel: Drucksensor für Autositze 5

6 Projekt psens: Entwicklung gedruckter Sensorik Untersuchungsschwerpunkte: Kontaktierung Trägermaterialien Oberflächenschutz Problemstellungen: Reproduzierbarkeit Zuverlässigkeit Alterung Ansätze: aktive & passive Elemente Materialformulierungen Ausleseelektronik Widerstand [KOhm] FOLIE_03A: 20/80 C - 0,2 K/min - RH 40% K113 K114 Temp Zeit [h] Beispiel: Temperaturabhängigkeit des Widerstandes einer gedruckten Polymerschicht Temperatur [ C] 6

7 BMBF-Projekt LoCostix Low Cost Smart-Labels für Logistische Prozesse im Einzelhandel Volumen: 5,3 Mio. Projektziel: Preiswerte RFID-Lösung zur Optimierung der Logistikkette Logistikkette, die in LoCostix mit RFID optimiert werden soll 7

8 BMBF-Projekt LoCostix Low Cost Smart-Labels für Logistische Prozesse im Einzelhandel NXP Semiconductor, Hamburg» Entwicklung und Herstellung Low-cost Gen2-Chip SAP AG, Karlsruhe» Softwareseitige Konzeption, Realisierung und Integration effizienter Middleware PDS GmbH, Köln» Hardwareseitige Konzeption, Realisierung und Integration effizienter Middleware Uni Karlsruhe, Karlsruhe» Erhöhung der Erfassungsgeschwindigkeit und -genauigkeit für item-level basierte Tags TU Chemnitz, Chemnitz» Konzeption Applikator-Prototype für Interposer-Montage» Verbindungstechnologien Interposer - gedruckte Antenne MAN Roland Druckmaschinen AG, Mühlheim» Integriertes Drucken von RFID Antennen in der Verpackungsherstellung» Realisierung und Integration der Prototype in Druckmaschine dm-drogerie markt GmbH + Co. KG, Karlsruhe» Geschäftsprozesse und Anwendung der RFID-Lösung im Filialbereich 8

9 BMBF-Antrag Volumen: 3.8 Mio. Ausgangssituation: Probleme mit Plagiaten in - Pharma/Medizintechnik - Consumer-Elektronik - Verkehrstechnik - Verpackungstechnik Verbundprojekt plastag: Schutz vor Produktpiraterie durch Integration von elektronischen Komponenten in Kunststoffbauteile Projektziele: fälschungssichere Produktgestaltung integrierte, unsichtbare Kennzeichnung Fokus auf Massenprodukte 9

10 "!# #!#!#! 10

11 printed systems Produkte elektronische Funktionalität auf Papier, aufgebracht im Druckprozess Leiterbahnen, Taster und read-only-memory, bis zu 32 bit Nahfeldkommunikation kommerziell erhältlich preisgünstig, wegwerfbar Keyboards für Spiele, Handys, Werbung ID-Karten für Spiele, Eintrittskarten 11

12 Sammelkarten für online-fussballspiel kostengünstige Herstellung (vollständig gedruckt) USB-Lesegerät 12

13 OEA-Demonstrator komplexes, flexibles System mit verschiedenen Modulen hergestellt von 9 OEA-Mitgliedern: Konarka, MAN Roland, Mitsubishi Polyester, Nanoident, Orgatronics, PolyIC, Printed Systems, VARTA Microbattery and Fraunhofer IZM zusammengefügt in Chemnitz 13

14 Philips RFID-Tag 13,56 MHz teilweise Verwendung organischer Materialien nicht flüssigprozessiert PolyIC RFID-Tag 13,56 MHz teilweise Verwendung organischer Materialien teilweise flüssigprozessiert PolyApply RFID-Tag 13,56 MHz teilweise Verwendung organischer Materialien teilweise flüssigprozessiert bisher kein vollständig organischer, vollständig gedruckter RFID-Tag 14

15 TU Chemnitz: vollständig gedruckte Schaltung 14 Transistoren, Herstellung bei ~ 1 m/s Auflösung ~ 100 µm, Mobilität ~ 10-3 cm 2 /Vs, Schaltfrequenz < V f ~ 2 V 2 DD L V DD = -10 V 0-10 t / s V DD = -80 V VOUT / V -20 L=110µm L=55µm -30 L=35µm L=25µm Erhöhung der Auflösung und der Mobilität für Schaltfrequenz > 100 khz 15

16 Zusammenfassung Eignung organischer, auch flüssigprozessierbarer Materialien nachgewiesen kostengünstige Herstellungsverfahren in der Entwicklung Potential der Druckverfahren gezeigt weitere Material- und Prozessentwicklung notwendig Zwischenschritte für Anwendungen: einfache Sensor- und Identifikationssysteme 16

17 Wir sind offen für Ideen und Kooperationen! Sprechen Sie uns an! 17

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