otk group, a.s. - tištěná a flexibilní elektronika · 112. listopadu th october 2012015 2 epfl...
TRANSCRIPT
-
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
-
11th October 2012 EPFL Visit – Seminar2. listopadu 2015 OTK SMARTPACK 2015, Praha 2/34
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
-
11th October 2012 EPFL Visit – Seminar2. listopadu 2015 OTK SMARTPACK 2015, Praha 3/34
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.
-
11th October 2012 EPFL Visit – Seminar2. listopadu 2015 OTK SMARTPACK 2015, Praha 4/34
2. Úvod do tištěné a flexibilní elektroniky
-
11th October 2012 EPFL Visit – Seminar2. listopadu 2015 OTK SMARTPACK 2015, Praha 5/34
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.
-
11th October 2012 EPFL Visit – Seminar2. listopadu 2015 OTK SMARTPACK 2015, Praha 6/34
2. Úvod do tištěné a flexibilní elektroniky:Definice
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).
-
11th October 2012 EPFL Visit – Seminar2. listopadu 2015 OTK SMARTPACK 2015, Praha 7/34
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“
-
11th October 2012 EPFL Visit – Seminar2. listopadu 2015 OTK SMARTPACK 2015, Praha 8/34
2. Úvod do tištěné a flexibilní elektroniky:Definice
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
-
11th October 2012 EPFL Visit – Seminar2. listopadu 2015 OTK SMARTPACK 2015, Praha 9/34
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?”
-
11th October 2012 EPFL Visit – Seminar2. listopadu 2015 OTK SMARTPACK 2015, Praha 10/34
3. Porovnání tištěné a konvenční elektroniky
-
11th October 2012 EPFL Visit – Seminar2. listopadu 2015 OTK SMARTPACK 2015, Praha 11/34
3. Porovnání tištěné a konvenční elektroniky
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
-
11th October 2012 EPFL Visit – Seminar2. listopadu 2015 OTK SMARTPACK 2015, Praha 12/34
3. Porovnání tištěné a konvenční elektroniky
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
-
11th October 2012 EPFL Visit – Seminar2. listopadu 2015 OTK SMARTPACK 2015, Praha 13/34
3. Porovnání tištěné a konvenční elektroniky
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).
.
-
11th October 2012 EPFL Visit – Seminar2. listopadu 2015 OTK SMARTPACK 2015, Praha 14/34
4. Současné aplikace tištěné elektroniky
-
11th October 2012 EPFL Visit – Seminar2. listopadu 2015 OTK SMARTPACK 2015, Praha 15/34
4. Současné aplikace tištěné elektroniky
Road map for Printed electronics (Zdroj: OE-A).
Přehled aplikací tištěné elektroniky (Zdroj OE-A).
-
11th October 2012 EPFL Visit – Seminar2. listopadu 2015 OTK SMARTPACK 2015, Praha 16/34
-
11th October 2012 EPFL Visit – Seminar2. listopadu 2015 OTK SMARTPACK 2015, Praha 17/34
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).
4. Současné aplikace tištěné elektroniky
-
11th October 2012 EPFL Visit – Seminar2. listopadu 2015 OTK SMARTPACK 2015, Praha 18/34
4. Současné aplikace tištěné elektroniky
T-mold technologie® umožňuje vytvářet aplikace s tenkými lehkými flexibilními obvody a tlačítky (Zdroj: T-Ink).
-
11th October 2012 EPFL Visit – Seminar2. listopadu 2015 OTK SMARTPACK 2015, Praha 19/34
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).
4. Současné aplikace tištěné elektroniky
RFID senzor
čerstvosti.
(Zdroj: VTT).
-
11th October 2012 EPFL Visit – Seminar2. listopadu 2015 OTK SMARTPACK 2015, Praha 20/34
Tištěný elektronický průmysl potřebuje kreativní designéry.
Úplně nové koncepty, které ohromí spotřebitele.
4. Současné aplikace tištěné elektroniky
-
11th October 2012 EPFL Visit – Seminar2. listopadu 2015 OTK SMARTPACK 2015, Praha 21/34
5. Internet of things
-
11th October 2012 EPFL Visit – Seminar2. listopadu 2015 OTK SMARTPACK 2015, Praha 22/34
5. Internet of things
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.
-
11th October 2012 EPFL Visit – Seminar2. listopadu 2015 OTK SMARTPACK 2015, Praha 23/34
5. Internet of things
(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).
-
11th October 2012 EPFL Visit – Seminar2. listopadu 2015 OTK SMARTPACK 2015, Praha 24/34
5. Internet of things
Tištěná baterieIndukční vazba
Napájení
Zpracování dat Senzor
NH3Cloud
-
11th October 2012 EPFL Visit – Seminar2. listopadu 2015 OTK SMARTPACK 2015, Praha 25/34
6. Současné trendy tištěné elektroniky
-
11th October 2012 EPFL Visit – Seminar2. listopadu 2015 OTK SMARTPACK 2015, Praha 26/34
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.
-
11th October 2012 EPFL Visit – Seminar2. listopadu 2015 OTK SMARTPACK 2015, Praha 27/34
Měření tělesné teploty
(Zdroj: MC10).
6. Hybridní tištěná elektronika
Dermální světelná terapie
(Zdroj: HOLST Centre). Roztažitelný EKG modul (Zdroj:
Tampere University of Technology).
-
11th October 2012 EPFL Visit – Seminar2. listopadu 2015 OTK SMARTPACK 2015, Praha 28/34
7. Výhledy tištěné elektroniky
-
11th October 2012 EPFL Visit – Seminar2. listopadu 2015 OTK SMARTPACK 2015, Praha 29/34
7. Výhledy tištěné elektroniky
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).
.
-
11th October 2012 EPFL Visit – Seminar2. listopadu 2015 OTK SMARTPACK 2015, Praha 30/34
7. Výhledy tištěné elektroniky
(Zdroj: OE-A, OE-A Roadmap White Paper 2015, 6th Edition.).
-
11th October 2012 EPFL Visit – Seminar2. listopadu 2015 OTK SMARTPACK 2015, Praha 31/34
7. Výhledy tištěné elektroniky
(Zdroj: OE-A, OE-A Roadmap White Paper 2015, 6th Edition.).
-
11th October 2012 EPFL Visit – Seminar2. listopadu 2015 OTK SMARTPACK 2015, Praha 32/34
8. Shrnutí
-
11th October 2012 EPFL Visit – Seminar2. listopadu 2015 OTK SMARTPACK 2015, Praha 33/34
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
-
11th October 2012 EPFL Visit – Seminar2. listopadu 2015 OTK SMARTPACK 2015, Praha 34/34
Děkuji za pozornost.
Radek SoukupZČU v Plzni
[email protected]+420377634542