Gedruckte Sensorik. Bernhard Polzinger Karlsruhe,

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1 Gedruckte Sensorik Bernhard Polzinger Karlsruhe,

2 Projektsteckbrief Ziele Drucken von low-cost -Sensoren für Fluidanwendungen Strukturierung von feinsten elektrischen Leiterbahnen zur Herstellung von Umverdrahtungsträgern Hinterspritzen von flexiblen Leiterplatten Steckerelement einer Fluidleitung mit Sensorstruktur Waferprüfkarte Projektpartner PRONTO Südwest Abschlusspräsentationen

3 Gedruckte Sensorik für Fluidanwendungen Zentrale Ergebnisse Inkjettechnologie Erarbeitung eines neuen Druckkopfmoduls für die Serienfertigung mit Metallnanotinten Untersuchungen zum Seriendruck von Temperatursensorstrukturen auf spritzgegossene 3D-Steckerelemente Temperatur, Dehnungs- und Drucksensorik Charakterisierung inkjet- und siebgedruckter Sensorstrukturen aus Silbertinte auf spritzgegossenen thermoplastischen Substraten und Metallsubstraten Herausforderungen/Potenziale/Chancen Neue Tintenformulierungen mit verbesserten Funktionen benötigt Hochflexible Fertigungstechnologie für kleine und große Stückzahlen Neues Druckkopfmodul Gedruckte Sensorstruktur auf Steckerelement Temperatursensordemonstrator PRONTO Südwest Abschlusspräsentationen

4 Umverdrahtungsträger für Waferprüfkarten Zentrale Ergebnisse Aufbau und Charakterisierung eines 1-lagigen Umverdrahtungsträgerdemonstrators mit 20 µm lines/spaces mittels Laserstrukturierung von Metallschichten Aufbau und Charakterisierung eines 2-lagigen Umverdrahtungsträgers mit Durchkontaktierungen und 30 µm lines/spaces Herausforderungen/Potentiale/Chancen Integration der Umverdrahtungsträger in einer Leiterplatte Umsetzung der Produktion mit 2 nd Source Hahn-Schickard Laserstrukturierte Leiterstrukturen mit 40 µm Pitch 2-lagiger Umverdrahtungsträger PRONTO Drusym@microTEC Südwest Abschlusspräsentationen

5 Hinterspritzen von flexiblen Leiterplatten Zentrale Ergebnisse Hinterspritzen von Flexleiterplatten mit aufgelöteten SMD-Elementen an 2D und 2,5D Demonstrator gezeigt Hinterspritzen von gedruckten Leiter- und Sensorstrukturen gezeigt. Herausforderungen/Potenziale/Chancen Erforschung möglicher Materialkombinationen, Bauteilgeometrien und SMD- Elemente Kombination der hocheffektiven Leiterplattenfertigung mit 3D-Formgebung und Packaging im Spritzguss Hinterspritzte SMD-Elemente Hinterspritzte gedruckte Sensorstrukturen PRONTO Südwest Abschlusspräsentationen

6 Kontaktdaten Bernhard Polzinger Gruppenleiter Drucktechnologie Hahn-Schickard Allmandring 9b Stuttgart Fon: Fax: Web: PRONTO Südwest Abschlusspräsentationen

7 PRONTO Ultradünne Si-Chips in µ-systemen Dr. Alina Schreivogel, Jürgen Wolf Karlsruhe, 26. Oktober 2015

8 Projektsteckbrief Ziele Entwicklung von Technologien zur Herstellung flexibler Schaltungsträger mit integrierten Siliziumchips dünn und biegsam zuverlässig und kostengünstig Themen Herstellung und Eigenschaften ultradünner Siliziumchips Untersuchung verschiedener Integrationstechnologien Prozesszierbarkeit und Zuverlässigkeit Entwurfsregeln und Simulationstools Erprobung an Funktionsdemonstratoren microtec Südwest Abschlusspräsentationen PRONTO Ultimum J. Wolf

9 Ergebnisse (I) Ultradünne Siliziumchips Herstellverfahren reduzierte Verbiegung (Designregeln) mechanische Stabilität ChipFilmTM-Patch Waferbasierte Integrationstechnologie Geringe Strukturgrößen (<10 µm) Biegesensoren Veränderte Transistorcharakteristik durch Biegestress ( Simulationstools) microtec Südwest Abschlusspräsentationen PRONTO Ultimum J. Wolf

10 Ergebnisse (II) ThinECT-µVia-Verfahren Chip eingebettet in kupferkaschiertes Flüssigkristallpolymer (LCP) Anschluss mit Laserbohren und Cu-Abscheidung Cu-Anschluss durch Mikrovia FlexRS-Verfahren Chips einlaminiert in PI-Folien Anschluss mit Drucktechniken (Ag-Nanotinte) microtec Südwest Abschlusspräsentationen PRONTO Ultimum J. Wolf

11 Ergebnisse (III) Zyklische Biegestests an flexiblen Substraten Zuverlässige Kontakte nach Biegewechseln (ThinECT-µVia) Analyse mit Lock-in Thermographie microtec Südwest Abschlusspräsentationen PRONTO Ultimum J. Wolf

12 Ergebnisse (IV) Simulation mechanischer Spannungen Kontakte mit hoher Biegebelastung Schwächste Region mit Ausbeulung im Chip Anschlussleitungen Cu stabilisiert Z-Achse 4-fach überzeichnet s xx microtec Südwest Abschlusspräsentationen PRONTO Ultimum J. Wolf

13 Ergebnisse (V) Diagnosechip zur thermischen Charakterisierung Heizelemente und Temperatursensoren in Matrixanordnung Wärmeausbreitung für verschiedene Aufbautechniken messbar Basis für thermische Simulationen simuliert Calculation gemessen Measured Temperatur Temperatur microtec Südwest Abschlusspräsentationen PRONTO Ultimum J. Wolf

14 Demonstratoren (I) Biegesensoren mit separater Schaltung Biegesensoren mit integrierter Schaltung k>0 φ k<0 Zug in x Sensorchip mit Stromspiegeln Druck Sensor- und Auswertechip (2 x 2,5 mm 2 ) microtec Südwest Abschlusspräsentationen PRONTO Ultimum J. Wolf

15 Demonstratoren (II) Folienbasierter Dehnungssensor (RB) für den Einsatz im Automobil Foliensensor auf PI-Substrat Folienbasierter KfZ Sensor auf Einschraubmembran montiert microtec Südwest Abschlusspräsentationen PRONTO Ultimum J. Wolf

16 Ausblick und nächste Schritte Verwertung Produkte, Märkte, Einsatz in Kfz-Sensoren insbesondere im Motoranbau Erschließen neuer Märkte z.b. in Medizin- und Sicherheitstechnik Basistechnologie für Industrie 4.0 Neue Herausforderungen Folgeprojekte DFG-FFlexcom SSI-Smart Implant, InnBWImplant Potentiale/Chancen in.. Konsumentenanwendungen Automatisierungstechnik (I4.0) Medizin (Implantate) Demonstrator Festo Stand Vortrag Di (10:30, Raum A) DFG (Start ) microtec Südwest Abschlusspräsentationen PRONTO Ultimum J. Wolf

17 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! V i e l e n D a n k f ü r I h r e A u f m e r k s a m k e i t! M e r c i d e v o t r e a t t e n t i o n! K ö s z ö n ö m a f i g y e l m ü k e t! T a c k för e r u p p m ä r k s a m h e t! G r a c i a s por su a t e n c i ó n! D ě k u j i v á m za p o z o r n o s t! T a k for d e r e s o p m æ r k s o m h e d! Vielen Dank an: Jürgen Wolf Spezieller Dank an: Allen KollegInnen für Ihre exzellente und aktive Mitarbeit Würth Elektronik GmbH & Co. KG Rudolf-Diesel-Straße Rot am See Germany Fon: Fax: juergen.wolf@we-online.com Web: microtec Südwest Abschlusspräsentationen PRONTO Ultimum J. Wolf

18 SMART implant Dr. Alfred Stett Karlsruhe,

19 Projekt: SMART implant Partner 1. 2E mechatronic GmbH & Co.KG, Kirchheim 2. Multi Channel Systems MCS GmbH, Reutlingen 3. Osypka AG, Rheinfelden 4. Retina Implant AG, Reutlingen 5. HSG-IMIT, Villingen-Schwenningen 6. Institut für Mikroelektronik, Stuttgart 7. NMI Naturwissenschaftliches und Medizinisches Institut, Reutlingen Südwest Abschlusspräsentationen

20 SMART Implant Motivation und Ziel Gegenwärtig gibt es keine Implantate, die langzeitsicher und zuverlässig physiologische Parameter messen und kontinuierlich drahtlos übertragen unkontrollierte Gewebeintegration und Grenzflächenreaktionen Energieversorgung mangelnde Integrationsdichte unzureichende Lebensdauer Südwest Abschlusspräsentationen

21 Projektsteckbrief SMART implant SMART implant Lösungen für aktive Mikroimplantate miniaturisierte und kompakte Bauformen für aktive Implantate biokompatible und -stabile AVT elektrisches Systemdesign für energieeffiziente Biosensorik in-vivo mittels elektrochemischer Sensoren Aufbau von Demonstratoren 3D-AVT für implantierbare Mikrokapsel und flexible Mikrosonde Anwendungen Überwachung kritischer Parameter bei metabolischen, chronischen Erkrankungen In vivo Monitoring von ph, Gasen, Ionen, Impedanz, T SSI-SmartImplant@microTEC Südwest Abschlusspräsentationen

22 SMART Implant: Elektronisches Blockdiagramm 2E OSY: Gehäuse, Kabel RI: Tests MCS IMS Sensoren IMIT, MCS IMIT NMI MCS Induktive Schnittstelle Energie: 8 MHz Data link: 100 kbit/s Front end ASIC Energiemanagement Datenverwaltung Sensor-ASIC Datenaufnahme und -digitalisierung Akku 30 mah SSI-SmartImplant@microTEC Südwest Abschlusspräsentationen

23 Bestückte MID Platine Microcontroller 100 uh Induktivität Frontend ASIC Sensor ASIC Kontakte für Drahtspule Kontakte für Akku Sensorchip Platz für Akku Südwest Abschlusspräsentationen

24 Demonstrator Biomaterialträger Südwest Abschlusspräsentationen

25 Ausblick und nächste Schritte Verwertung Technologiebasis für Folgeprojekte (BMBF, innbw) Technologien für neue Produkte der beteiligten Unternehmen Verbleibende Herausforderungen Funktionsnachweis im Langzeittest Energieversorgung, Verkapselung Tierversuche Potentiale/Chancen Weitere Miniaturisierung Anwendungen in der Biotechnologie Südwest Abschlusspräsentationen

26 Kontaktdaten Dr. Alfred Stett NMI Naturwissenschaftliches und Medizinisches Institut Markwiesenstr Reutlingen Fon: Fax: Südwest Abschlusspräsentationen

27 Flexible, intelligente Komponenten PRONTO: Dr. Christine Harendt, IMS CHIPS PRONTO-Drusym: Bernhard Polzinger, Hahn-Schickard PRONTO-Ultimum: Dr. Alina Schreivogel, Würth Elektronik, Andreas Kugler, Robert Bosch SSI-SmartImplant: Dr. Alfred Stett, NMI