Smarte Technologien im Verbundprojekt KoSiF

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1 Komplexe Systeme in Folie Smarte Technologien im Verbundprojekt KoSiF Stefan Saller Festo AG & Co.KG

2 Demonstratoren im Projekt Flexible Technologien für intelligente Folien ASIC HF-Chip gedruckte DMS flexibles Display HF-Antennen gedruckte Batterie Dünnschichttransistorschaltungen

3 Demonstratoren im Projekt Smart Skin Die intelligente Haut des adaptiven Greifers Smart Switch Der in der Tür verborgene kluge Türschalter Festo AG & Co. KG Pilz GmbH & Co. KG

4 Der Bionische Handling Assistent Smart Skin Die intelligente Haut des adaptiven Greifers Mensch-Technik-Kooperation Adaptive Fin Ray -Greifer für sicheres und komplexes Greifen Smart Skin als intelligentes Sensorsystem und flexible Haut Mechatronisches System mit komplexer Steuerungs- und Regelungstechnik Bionischer Handling Assistent

5 Demonstratoren im Projekt Smart Skin I Smart Skin II Kabelgebunden Basisfunktionalität Autark Erweiterte Funktionalität

6 SmartSkin II 4,6 mm 4,6 mm

7 IMS Chips - Stuttgart Ultradünne Stress-Sensoren Herstellung ultradünner Chips ~ 20 µm Integration logischer Funktionen (ASIC) Aufbau piezoresistiver CMOS-Schaltungen 4,6 mm ΔI D /I D als Sensorsignal 4,6 mm

8 HSG-IMAT Gedruckte Stress-Sensoren Sensorik auf Basis des Aerosol Jet und Inkjet-Verfahrens Verarbeitung von Ag, Cu und Carbon-Tinten Kontaktierung interner Leitungen im Foliensystem (CHIP) Minimale Strukturbreiten von μm K-Faktor = 1,8 2,2

9 MPI Stuttgart Organische Elektronik für gedruckte DMS Realisierung von flexiblen Auswahl-Registern und Analog-Multiplexern unter Verwendung organischer TFTs Organic TFTs on PEN Die Ausgänge der Multiplexer sind mit einem CMOS-Auslese-Schaltkreis verbunden Drain current (µa) Gate current (A) V -1.4 V -1.6 V -1.8 V -12 Gate-source voltage = -2.0 V Drain-source voltage (V) 10-5 Drain-source voltage = -2.0 V Gate-source voltage (V) µ p ~ 1 cm 2 /Vs f T ~ 10 6 Hz Drain current (A) Drain current (µa) Drain current (A) Gate-source voltage = 3.0 V 2.7 V 2.4 V 2.1 V 1.8 V 1.5 V Drain-source voltage (V) Drain-source voltage = 1.5 V Gate-source voltage (V) µ n ~ 0.1 cm 2 /Vs f T ~ 10 5 Hz Gate current (A) Zschieschang, J. Mater. Chem (2012)

10 Elektrophoretische Anzeige mit integrierter IGZO-Dünnschichttransistor Ansteuerung Anzeigeeffekt positiv/negativ geladene S/W Teilchen in Suspension physikalische Bewegung im el. Feld bistabil, reflektiv, energiesparend (<0,1 mj/umschaltvorgang) Schaltspannungen bis +/- 15 V, Ruhezustand spannungslos Integrierte IGZO-TFT Schaltung Multiplex und Pegelwandlung zur Anbindung der Anzeige an CMOS Chip IGM Uni Stuttgart

11 INT Uni Stuttgart Drahtlos-Modul / HF-Schnittstelle Aufbau HF-Chip, Verwendung freier ISM-Bänder Uplink-Antenne 27 MHz als Träger und für diverse Steuersignale Downlink-Antenne 868 MHz für Sensordaten Ausarbeitung verschiedener Energiesparstrategien Antennendesign durch Unterauftrag IHF Uni Stuttgart Triggermodus Asynchron- /Synchronmodus Antennenkonzept

12 Aufbau eines gedruckten Akkus Primärzelle 1.5 V, nicht aufladbar Hochschule der Medien Zink-Braunstein 2 mah/cm² 1cm Sekundärzelle 1.2 V, aufladbar Nickel/Metallhydrid Ziel: 5-6 mah/cm² Aufbau des Akkus Flexibles Layout bei ~ 600 µm Reihenschaltung zur Erhöhung der Spannung Flexibler Akku 12

13 Systemintegration in flexible Leiterplatte Würth Elektronik Einbettung des flexiblen Chips und der funktionellen Komponenten in fl. Leiterplatte Schichten aus Polyimid, Polyamid, Kupfer Kontaktierung über µvias Systemdicke ~ µm Chip verpressen PI & CU Einbetten PI/PA CU verpressen µvias bohren Metallisieren/ Strukturieren Gebogene Chips in flexibler Leiterplatte Einbettung

14 SmartSkin II 4,6 mm 4,6 mm

15 4,6 mm Vielen Dank 4,6 mm für Ihre Aufmerksamkeit

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