Die Zukunft drucken: Flexible Elektronik treibt das Internet of Things an

Dr. Janos Veres, Leiter von PARCs Novel and Printed Electronics Program, erklärt, wie Drucken Elektronikfertigung transformieren kann, um wachsenden IoT-Anforderungen gerecht zu werden.

Traditionelle „Electronics-in-a-box“-Lösungen sind unpassend für die diversen, custom Geräte, die in Wearables, Automotiv-Systemen und anderen IoT-Anwendungen benötigt werden. Wir müssen über Massenproduktion hinausgehen und On-Demand, bespoke Fertigung umarmen.

Flexible und konforme Elektronik sind der Linchpin dieses Shifts. Über die vergangenen zwei Jahrzehnte wurden Printed Electronics für低成本 massenproduzierte Items wie Displays, RFID-Tags, Sensoren und Interface-Panels genutzt. Automotive-Firmen begannen, In-Mould-Elektronik zu erkunden, und gedruckter Speicher zeigte sich mit bestehenden Tools herstellbar.

Gleiche Kosten und Performance wie etablierte Silizium-basierte Produkte zu erreichen, war herausfordernd. Doch jüngste Fortschritte demonstrieren, dass flexible, gedruckte und hybride Elektronik Nischenprodukte und einzigartige Formfaktoren liefern können, die zuvor unerreichbar waren.

Internet of Smart Things

Print-basierte Elektronik ermöglicht Mass Customisation, mergt Form und Funktion in beispiellosen Weisen. Statt mit Silizium zu konkurrieren, betrachten wir es nun als eine Komponente in einem breiteren Toolkit.

Drucken wird zur Integrations-Technik, die weiche und harte Materialien kombiniert, was On-Demand-Produktion customisierter Geräte bei niedrigen Kosten erlaubt. Neue Materialien und Design-Freiheit sind spannend für Hersteller. Beispielsweise entsteht Smart Packaging, mit Firmen wie Thin Film Electronics und PragmatIC, die NFC (Near-Field Communication) in Verpackungen integrieren.

Einbetten von Sensoren und Datenverarbeitungs-Chips in Verpackungen kann Umgebungsparameter überwachen – Temperatur, Feuchtigkeit, CO₂ – entscheidend für Pharmazeutika und andere sensible Produkte. Smart Packaging bietet verbesserte Qualität, reduzierten Waste, vereinfachte Inspektionen und dynamische Preisgestaltung, führend zu substanziellen Zeit- und Kosteneinsparungen.

Stretchable Electronics am Horizont

Wir erwarten, dass Flexible Hybrid Electronics (FHE) Systeme – gedruckte Multilayer-PCBs gepaart mit gedünnten Chips – mainstream werden. Drucken erlaubt On-Demand-Fertigung über große Flächen und Layer-by-Layer-Integration, ebnet Weg für flexible, weiche und sogar dehnbare Geräte.

Gedruckte Elektronik könnte eventualmente Geräte so komplex wie Mobiltelefone antreiben, aber mehrere Hürden bleiben. Neue, kosteneffektive Materialien müssen teure Silber-Tinten ersetzen; gedrucktes Kupfer und alternative leitfähige Tinten sind vielversprechende Kandidaten.

Echte Dehnbarkeit zu erreichen verlangt Durchbrüche in Materialwissenschaft. Einige Experten envision Microchips, die in Tinten transformiert werden, was rapid, On-Demand-Schaltkreis-Fertigung ermöglicht – ein radikaler Paradigmenwechsel, der neuartige Circuit-Design-Ansätze erfordern wird.

Die gedruckte Zukunft

In unserer Vision wird ein gedrucktes FHE-Ökosystem custom Lösungen ermöglichen – von kleinen Sensoren bis zu large-scale Systemen – Intelligenz direkt in Alltagsobjekte einbettend. Sensoren in Automotive- und Aerospace-Rahmen werden Sicherheit erhöhen, während Soft Robotics, Prothetiken und Health-Monitoring-Patches zugänglicher werden.

Durch Vereinfachung von Design und Fertigung wird gedruckte Elektronik Fortschritt across die gesamte Elektronik- und IoT-Landschaft beschleunigen.

Autor: Dr. Janos Veres, PARC