Gedruckte Sensorik Bernhard Polzinger Karlsruhe, 26.10.2015
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 Drusym@microTEC Südwest Abschlusspräsentationen 26.10.2015 2
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 Drusym@microTEC Südwest Abschlusspräsentationen 26.10.2015 3
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 26.10.2015 4
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 Drusym@microTEC Südwest Abschlusspräsentationen 26.10.2015 5
Kontaktdaten Bernhard Polzinger Gruppenleiter Drucktechnologie Hahn-Schickard Allmandring 9b 70569 Stuttgart Fon: +49 711 685 84785 Fax: +49 711 685 83705 E-Mail: bernhard.polzinger@hahn-schickard.de Web: www.hahn-schickard.de PRONTO Drusym@microTEC Südwest Abschlusspräsentationen 26.10.2015 6
PRONTO Ultradünne Si-Chips in µ-systemen Dr. Alina Schreivogel, Jürgen Wolf Karlsruhe, 26. Oktober 2015
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 26.10.2015 8
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 26.10.2015 9
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 26.10.2015 10
Ergebnisse (III) Zyklische Biegestests an flexiblen Substraten Zuverlässige Kontakte nach 50.000 Biegewechseln (ThinECT-µVia) Analyse mit Lock-in Thermographie microtec Südwest Abschlusspräsentationen PRONTO Ultimum J. Wolf 26.10.2015 11
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 26.10.2015 12
Ergebnisse (V) Diagnosechip zur thermischen Charakterisierung Heizelemente und Temperatursensoren in Matrixanordnung Wärmeausbreitung für verschiedene Aufbautechniken messbar Basis für thermische Simulationen simuliert Calculation gemessen Measured 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 2 3 4 5 6 7 8 9 53.4 53.6 53.8 54 54.2 54.4 54.6 54.8 55 Temperatur 51.6 51.8 52 52.2 52.4 52.6 52.8 53 53.2 53.4 Temperatur microtec Südwest Abschlusspräsentationen PRONTO Ultimum J. Wolf 26.10.2015 13
Demonstratoren (I) Biegesensoren mit separater Schaltung Biegesensoren mit integrierter Schaltung k>0 φ k<0 Zug 0 135 90 90 135 0 45 in x Sensorchip mit Stromspiegeln Druck Sensor- und Auswertechip (2 x 2,5 mm 2 ) microtec Südwest Abschlusspräsentationen PRONTO Ultimum J. Wolf 26.10.2015 14
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 26.10.2015 15
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 1.10.2015) microtec Südwest Abschlusspräsentationen PRONTO Ultimum J. Wolf 26.10.2015 16
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 10 74585 Rot am See Germany Fon: +49 7955 388807 220 Fax: +49 7940 946 550003 E-Mail: juergen.wolf@we-online.com Web: http://www.we-online.com microtec Südwest Abschlusspräsentationen PRONTO Ultimum J. Wolf 26.10.2015 17
SMART implant Dr. Alfred Stett Karlsruhe, 26.10.2015
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 SSI-SmartImplant@microTEC Südwest Abschlusspräsentationen 26.10.2015 19
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 SSI-SmartImplant@microTEC Südwest Abschlusspräsentationen 26.10.2015 20
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 26.10.2015 21
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 26.10.2015 22
Bestückte MID Platine Microcontroller 100 uh Induktivität Frontend ASIC Sensor ASIC Kontakte für Drahtspule Kontakte für Akku Sensorchip Platz für Akku SSI-SmartImplant@microTEC Südwest Abschlusspräsentationen 26.10.2015 23
Demonstrator Biomaterialträger SSI-SmartImplant@microTEC Südwest Abschlusspräsentationen 26.10.2015 24
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 SSI-SmartImplant@microTEC Südwest Abschlusspräsentationen 26.10.2015 25
Kontaktdaten Dr. Alfred Stett NMI Naturwissenschaftliches und Medizinisches Institut Markwiesenstr. 55 72770 Reutlingen Fon: +49 7121 51530-70 Fax: -16 stett@web.de www.nmi.d.e SSI-SmartImplant@microTEC Südwest Abschlusspräsentationen 26.10.2015 26
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