OTK GROUP, a.s. - Tištěná a flexibilní elektronika · 112. listopadu th October 2012015 2 EPFL...

11th October 2012 EPFL Visit – Seminar2. listopadu 2015 OTK SMARTPACK 2015, Praha 1/34

Tištěná a flexibilní elektronikaa její možné aplikace

OTK SMARTPACK 2015

Praha, 2. listopadu 2015

Radek Soukup


Obsah prezentace

1. Stručné informace o ZČU

2. Úvod do tištěné a flexibilní elektroniky

3. Porovnání tištěné a konvenční elektroniky

4. Současné aplikace tištěné elektroniky

5. Internet of things

6. Současné trendy tištěné elektroniky

7. Výhledy tištěné elektroniky

8. Shrnutí


1. Stručné informace o ZČU

Rok založení 1991 (1950)

Počet of zaměstnanců 2032 (rok 2014)

Počet studentů 14 500

Roční obrat 2133 miliónů Kč (rok 2014)

Hlavní činnost Univerzita, Výzkumný institut

Členství (od roku 2011)

Budova Fakulty Elektrotechnické.

Regionální inovační centrum elektrotechniky.

RICE je nové výzkumné centrum Fakulty elektrotechnické ZČU.

Hlavní aktivity - Aplikovaný výzkum.

- Diagnostika, testování materiálů elektronických systémů.

- Vývoj a řešení pokročilých technologií a systémů.

Jednou z hlavních výzkumných oblastí je tištěná elektronika.


2. Úvod do tištěné a flexibilní elektroniky


2. Úvod do tištěné a flexibilní elektroniky:Definice

Tištěná elektronika (printed electronics)

Proces s tiskovými technologiemi.

Nanášení funkčních materiálů na bázi roztoků nebo disperzí sloužící k

vytvoření elektrických zařízení na různých substrátech.

Využívá materiály zahrnující organické a anorganické polovodiče,

kovové vodiče, nanočástice, CNT a bioaktivní materiály.

Používají se tiskové zařízení vhodné pro definování motivu funkčního

materiálu (např. sítotisk, flexotisk, hlubotisk, Ink-jet, Aerosol Jet®).

„Tištěný“ produkt - aktivní část vyrobena tiskovými technikami (např. PV

panel s tištěnými elektrodami není „tištěná elektronika“).

Technologie tištěné elektroniky lze rozdělit do 3 skupin:

Technologie materiálů (substráty, tiskové ,materiály)

Tiskové technologie (vhodné pro depozici funkčních

materiálů s vysokým rozlišení)

Technologie součástek a systémů

Příklad hlubotisku.

Příklad Aerosol Jet®

technologie.



Organická elektronika

(organic electronics) –

kombinuje využívání nových

vodivých materiálů, většinou

na bázi polymerů s postupy

hromadné výroby jako je

technika plošného a

zejména rotačního tisku na

flexibilní substráty.

Plastová elektronika

(plastic electronics) – kde

nebo více inkoustů jsou

složeny z látek na bázi uhlíku.

Depozice inkoustu může být

realizována tiskovými,

vakuovými anebo jinými

procesy.

Flexibilní elektronika

(flexible electronics) – flexibilní

(ohebná, pružná) elektronická

zařízení, které mohou mít

spoustu společných vlastností,

například ohebný, elastický,

nerozbitelný, tištěný, nebo také

velkoplošný. Výrobní technologie

mohou zahrnovat i vakuové

procesy až po chemické depozice

z plynné fáze (např. MOCVD).


Obecně tištěná elektronika má tendence k:

Aplikaci organických materiálů.

Aplikaci flexibilních substrátů.

Tvorbě nízkonákladových aplikací.

Velkoplošný tisk.

2. Úvod do tištěné a flexibilní elektroniky:Shrnutí

OLAE nebo FOLAE (Flexibilní a/nebo

organická velkoplošná elektronika)

Většinou jsou definice požívány v širším

smyslu a v podstatě všechny znamenají:

elektronika nad rámec klasického konvenčního

přístupu.

Kronika trojánská

1468.

1. Integrovaný obvod, J.

Kilby 1958.

Tisk Elektronika

„spojuje 2 světy“



Příklady tisků vodivých čar (Zdroj: V.

Subramanian, University of California).

.

Rozdílné požadavky funkčního tisku:

Vysoká přesnost (nepřesnost depozice 1 kapky inkoustu

rozpojený obvod nebo zkrat)

Vysoká rovnoměrnost natištěných vrstev (stálost

elektrických parametrů)

Pro funkční tisk se většinou používají fólie (nízká absorpce

inkoustu).

Je nutné se zabývat mechanikou tekutin a fyzikou pro kvalitní

tisk.

Rozdílné požadavky grafického

a funkčního tisku

Návrh Tisk


OE-A (Organic and Printed Electronics Association) byla založena v roce

2004.

Cíl: a) sdružování podniků, organizací se zájmem o organickou a

tištěnou elektroniku.

b) vytvořit spojení mezi vědou, výrobními technologiemi a aplikacemi.

Dnes více jak 230 členů z Evropy, Severní Ameriky, Asie a Austrálie.

Pořádá každoročně v Mnichově mezinárodní výstavu a konferenci LOPE-C

(The Large-area, Organic and Printed Electronics Convention)

2. Úvod do tištěné a flexibilní elektroniky:OE-A

Kompetence OE-A členů (Zdroj OE-A).

Veletrh OE-A členů (Zdroj OE-A).OE-A promo video „What is Printed Electronics?”



Tištěná elektronika Konvenční elektronika

Nízkonákladové

„low end“ aplikace

Vyšší náklady

„high end“ aplikace

• Dlouhé spínací doby

• Malá hustota integrace

• Velké plochy

• Flexibilní substráty

• Jednoduchá výroba

• Extrémně nízké

výrobní náklady/plocha

• Extrémně krátké spínací

doby

• Extrémně vysoká hustota

integrace

• Malá plocha

• Převážně rigidní substráty

• Sofistikovaná výroba

• Vysoké výrobní

náklady/plocha



Tištěná elektronika

Je alternativou ke konvenční elektronice.

Nikdy ji zcela nenahradí.

Levná na plochu a ne na tranzistor.

Technologie Cena za 1 tranzistor

Konvenční technologie 1 nCent (10-11 $) Konvenční technologie o 6 řádů levnější

Tištěná elektronika 1 mCent (10-5 $)

Technologie Cena za 1 dm2

Tištěná elektronika 1Tištěná elektronika výrazně

levnější (např. pro displeje,

senzorické aplikace a

komunikační obvody).

Konvenční technologie na sklo (displeje)

100

Konvenční technologie na křemíku (tranzistor)

10000



Výhody tištěné elektroniky

Aditivní technologie – snadno je možné nanášet vrstvu na vrstvu.

Možnost integrace vzájemně nekompatibilních materiálů na 1 substrát

a mít více funkčních prvků na 1 substrátu (baterie, anténa, pasivní a

aktivní součástky, displej).

V případě digitálního tisku (Ink Jet, Aerosol Jet) je možné každý prvek

kastomizovat.

Možnost tisknout na lehké flexibilní substráty (fólie, papír, textilie).

Velké množství příležitostí díky chytrým telefonům a cloudovým

řešením (Internet of Things).

Výrobní proces je nízkonákladový (eliminace vakuových procesů).

Lze tisknout na velké plochy.

Proces probíhá za nízký teplot.

Výroba má méně chemického odpadu.Tištěná elektronická dotazníková karta

(Zdroj: FP7 projekt PRIMEBITS).

.



Road map for Printed electronics (Zdroj: OE-A).

Přehled aplikací tištěné elektroniky (Zdroj OE-A).


OLED osvětlení (Zdroj: Acuity Brands

OLED Canvis).

Kufr s integrovanou

OPV (Zdroj: Heliatek).

Chytrý telefon s OLED

displejem (Zdroj: LG).

Flexibilní reproduktor -

Flexpeaker (Zdroj: ITRI,Taiwan).

Tištěná dotyková samolepka(Zdroj: Novalia).

Integrovaná tištěná biosenzorová

platforma (Zdroj: ACREO). Zadní OLED světla na

BME (Zdroj: BMW).




T-mold technologie® umožňuje vytvářet aplikace s tenkými lehkými flexibilními obvody a tlačítky (Zdroj: T-Ink).


EAS

Pasivní tagy

Aktivní tagy

Design

Multifukční chytré obaly• Uživatelské rozhraní na výrazně vyšší úrovni

• Senzorické, informační a komunikační funkce

Světelné efekty

Displeje

Senzory

Zvukové efekty

Detekce otevření

Ochrana proti padělání

Koncept interaktivního obalu

(Zdroj: Saralon).

The Bombay Sapphire

HiLight packaging

(Zdroj: Karl Knauer KG).

Demonstrátor interaktivního

obalu (Zdroj: Saralon).

Chytré blistrové

balení léků

(Zdroj: Qolpac).


RFID senzor

čerstvosti.

(Zdroj: VTT).


Tištěný elektronický průmysl potřebuje kreativní designéry.

Úplně nové koncepty, které ohromí spotřebitele.




Každá "věc" - každé zařízení,

každý spotřebič, každé auto,

doslova všechno - je připojeno

k Internetu.

Predikce CISCO: počet

připojených věcí dosáhne 50

miliard do roku 2020.

Velká příležitost pro tištěnou

elektroniku.

Predikce McKinsey Global

Institute: IoT poroste ročně v

rozmezí 3,1 až 11 miliard dolarů.



(Zdroj: Thin Film Electronics, Gartner; MobiHealth; World Bank; IMF; IHS; The Semiconductor Industry Association; BI Intelligence

OICA; IC Insights; MarketLine; Apparel Market; Planet Forward; Companies & Markets).



Tištěná baterieIndukční vazba

Napájení

Zpracování dat Senzor

NH3Cloud


6. Současné trendy tištěné elektroniky


Koncept hybridní tištěné elektroniky (Zdroj: Lombaers, J., „Hybrid Cooking“, LOPEC 2014, June 2014.).

6. Hybridní tištěná elektronika

Sloučení tištěné elektroniky s konvekční křemíkovou elektronikou (někdy též nazývaná Polytronics - Polymer

Electronics).

Pro nízkonákladové složité elektronické obvody se senzorovými a „track and trace“ funkcemi umožňující IoT.

Distribuovaná funkčnost na velkých plochách (plošné senzory), významný výpočetní výkon, flexibilní,

ohýbatelná, nositelná, snadno integrovatelná, robustní a velmi tenká.


Měření tělesné teploty

(Zdroj: MC10).

6. Hybridní tištěná elektronika

Dermální světelná terapie

(Zdroj: HOLST Centre). Roztažitelný EKG modul (Zdroj:

Tampere University of Technology).



IDTechEx predikuje: odvětví tištěné a

flexibilní elektroniky dohromady poroste z

29,80 mld. v roce 2015 na $73,69 mld. $ v

2025.

Přes 2500 organizací se zabývá vývojem

tištěné elektroniky, očekává se nárůst o 20

% v příštích 3 letech (zdroj: IDTechEx).

Podle časopisu Printed Electronics now

(03/2015): „Existuje řada nových výrobků

mířící z laboratoří do pilotní výroby a na

trh.“

Výzkumná společnost IDC (2015): „Tištěné

paměti, senzory a komunikační zařízení

budou nezbytnou součástí ekosystému

internetu věcí s očekávaným příjmovým

potenciálem ve výši 71 mld. $ v roce 2020“.Predikce vývoje tištěné elektronicky (Zdroj: Nanomarkets).

.



(Zdroj: OE-A, OE-A Roadmap White Paper 2015, 6th Edition.).


8. Shrnutí


Tištěná elektronika je perspektivní průmyslové odvětví (řada úspěšných komerčních aplikací).

Existuje významný tržní potenciál pro tištěnou elektroniku.

Velkou řadu příležitostí přináší „Internet of Things“.

Tištěný elektronický průmysl potřebuje kreativní designéry pro úplně nové koncepty.

Tzv. hybridní tištěná elektronika umožní složité elektronické obvody se senzorovými a „track and trace“ funkcemi pro Internet of Things.

Tištěná elektronika klade velké požadavky na přesnost, opakovatelnost a kvalitu tisku.

Tištěná elektronika je obor, který se stále vyvíjí.

8. Shrnutí


Děkuji za pozornost.

Radek SoukupZČU v Plzni

[email protected]+420377634542

OTK GROUP, a.s. - Tištěná a flexibilní elektronika · 112. listopadu th October 2012015 2 EPFL...

Documents

Transcript of OTK GROUP, a.s. - Tištěná a flexibilní elektronika · 112. listopadu th October 2012015 2 EPFL...