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Donnerstag, 21. März 2019

Printed Electronics

Gedruckte Elektronik kommt über mehr Systemintegration zum Anwender

Von Werner Schulz | 4. Mai 2012 | Ausgabe 18

Die als Massenware kostengünstig von der Rolle gedruckte organische Elektronik ist noch nicht dort angekommen, wo sie eine ihrer breitesten Anwendungen sieht: in der schnelllebigen Welt der Konsumgüterindustrie. Animierte Werbeclips in Displays auf Glanzpackungen, Sensoren mit Frischeanzeige für Lebensmittel oder aufgedruckte RFID-Etiketten sind attraktive Einsatzfelder – wenn die Systeme ausgereift und billig genug sind.

Die gedruckte Elektronik eröffnet für viele gängige Bausteine und Systeme der heutigen Silizium-Mikroelektronik – Sensoren, Speicher, Displays, Batterien – einen kostengünstigen Ersatz mit tiefer Einbettung in die Produkte: "Wo die Elektronik vorher nicht hingehen konnte", wie es Peter Harrop, Chairman des britischen Marktforschungshauses IDTechEx, formuliert. Gedruckte Elektronik oder Druck mit elektronischer Funktionserweiterung: robust, auf flexiblen Substraten oder Textilien, großflächig und sparsam im Energieverbrauch. Das ist eigentlich ausreichend als Entwicklungsanreiz für eine neue Technologie, die in wenigen Jahren eine wichtige Ergänzung zur heutigen Mikroelektronik werden soll.

Von derzeit 12 Mrd. $ soll die gedruckte Elektronik laut IDTechEx in zehn Jahren auf ein Marktvolumen von mehr als 60 Mrd. $ wachsen. Oleds, als Displays und als Lichtquellen, sollen daran den größten Anteil haben. Ihnen folgen die organische Photovoltaik und Batterien, sowie spezielle Systeme wie "Energy Harvester" als Stromversorger für autonome Kleingeräte, die es ohne die gedruckte Technik nicht gäbe.

Das Problem: Die derzeit angepeilten Hauptanwender, also die großen Consumer-Marken wie Procter & Gamble oder Mars, lassen sich, obwohl interessiert, noch Zeit, ihre auf Zehntel Cents austarierten Warenlogistiken oder Produktpräsentationen auf die gedruckte Elektronik umzustellen. Denn die ist immer noch im evolutionären Fluss. Und sie realisiert – vorläufig – kaum einen attraktiven Kostenvorsprung.

Auf der Printed Electronics Europe 2012 – mit Konferenz und Ausstellung, am 3. und 4. April in Berlin – wurde das Kommunikationsdefizit zwischen Anbietern und Anwendern deutlich. "Wenn ich über die Messe gehe", sagte Gerbert Goes, Packaging Innovation Project Manager beim amerikanischen Nahrungsmittelkonzern Mars, "dann verstehe ich weniger als 10 % von dem, was hier gezeigt wird."

Immer noch stehen Technologien, Materialien und Fertigungsverfahren im Vordergrund, aber kaum komplette einsatzfertige Anwendungen als Ersatz für heutige Systeme. Doch die manisch kostengetriebenen Anwender wollen fertige Lösungen, passend für ihre eigene Produktvermarktung.

"Integration" ist somit die aktuelle Devise beim bisher nur zögerlichen Einsatz der gedruckten Elektronik. Also die Bündelung einzelner Komponenten zu kompletten Systemen, auch aus diversen Quellen.

Beispiel: die 1997 gegründete norwegische Firma Thin Film Electronics. Sie hat im Oktober 2011 den Prototyp eines nichtflüchtigen, gedruckten Speicherbausteins auf der Basis eines ferroelektrischen Polymers (entwickelt seit 2007 in Partnerschaft mit Solvay) vorgestellt. Er ist über eine Cmos-ähnliche Transistor-Logik – in Kooperation mit dem großen kalifornischen Forschungslabor Xerox Parc – adressierbar.

"Das ist der erste Baustein, den wir zur Integration vieler Systemkomponenten brauchen", sagte Jennifer Ernst, Vice President von Thin Film North America. Im Januar 2012 kam der zweite Integrationsschritt: mit einem gedruckten Si-Thermistor als Temperatursensor, beigesteuert von PST Sensors, einer Ausgründung der südafrikanischen Cape Town University.

Der dritte Integrationsschritt besteht in einem Display vom schwedischen Hersteller Acreo. Und als neueste Systemkomponente kommt eine flache, aufladbare Batterie vom kalifornischen Start-up Imprint Energy hinzu – nur 100 µm dick. Details werden noch nicht enthüllt. Aber, so Ernst, "eine Li-Ionen-Batterie ist es nicht". Ergebnis: ein selbst versorgter Temperatur-Monitor und -Indikator für Lebensmittelindustrie und Pharmazie. Mit Funkschnittstelle oder RFID-Tag lässt er sich auch unbeaufsichtigt betreiben.

"Damit können wir ein integriertes, interaktives Etikett für 30 Cent herstellen." Bislang wird dieser Einsatz, so Ernst, nur von chemischen Sensoren und Indikatoren abgedeckt. Die Voraussetzung dazu ist die Entwicklung eines kompatiblen Stacks organischer Materialien und Tinten von Polyera in Skokie, Illinois. "Wir können damit zeigen, dass die organischen Schaltungen die benötigte Funktionalität unterstützen."

Wenn das eine modellhafte Entwicklung ist, dann muss die gedruckte Elektronik wohl in diese Richtung marschieren, um ihre Anwender zu finden und zu überzeugen. Die Nachfrage aus kommerziellen und industriellen Marktsegmenten ist im Ansatz bereits erkennbar, konstatierte, Raghu Das, Chairman der Konferenz. "Wir brauchten das schon lange. Jetzt geht es langsam voran."

 WERNER SCHULZ