Ein elektronischer Zeit-/Temperatursensor für 30 Cent? Ja, wirklich. Dieser gedruckte elektronische Temperatursensor wird zur Überwachung von verderblichen Gütern und Arzneimitteln entwickelt. Er ist der erste einer Reihe von extrem kostengünstigen elektronischen Sensorgeräten, die durch einen neuen Fertigungsansatz ermöglicht werden. Drucken statt Lithografie.

Die Idee der Druckelektronik ist nicht neu. Transistoren wurden vor mehr als einem Jahrzehnt in den Bell Labs gedruckt, und gedruckte elektronische Sensoren gehen noch weiter zurück. Tatsächlich waren Sensoren eines der experimentierfreudigsten Gebiete für gedruckte Elektronik. Gedruckte Sensoren verwendet man, um Temperatur und Luftfeuchtigkeit, Druck, Licht, Schall, Lebensmittelfrische und toxische Gase zu erfassen und zu messen.

Bis vor kurzem gab es nur begrenzte kommerzielle Fortschritte bei der Integration von gedruckten Sensoren mit den anderen gedruckten Komponenten, wie Speicher-, Display- oder RF-Kommunikation, um die Kostenvorteile des Druckens voll auszuschöpfen.

Das wird sich bald ändern – und es eröffnen sich neue Möglichkeiten im Sensorbereich.

Gedruckte Elektronik – Warum jetzt?

Die Druckelektronik hat klare Vorteile bei den Produktionskosten. Die Investitionen sind gering, der Materialeinsatz hoch.

Sensoren waren ein wichtiger Bereich für die Demonstration der gedruckten elektronischen Funktionalität innerhalb der Forschungs- und Entwicklungsgemeinschaft. Die Gerätestruktur ist einfach, der Druckprozess ist relativ einfach und die für Sensoren verfügbaren Materialien sind reichlich vorhanden. Weltweit wurde eine bedeutende Werkzeugkiste mit gedruckten Sensoren aufgebaut.

Das Gleiche galt nicht für andere Komponenten. Vor allem Speicher und Logik erfordern ein hochpräzises Drucken, und die Möglichkeiten sind geringer geworden. Gedruckte Logik erfordert spezielle Funktionstinten und ist noch nicht ausgereift.

In letzter Zeit ist der gedruckte wieder beschreibbare Speicher jedoch kommerziell erhältlich. Und zwar zu einem Preis, der unter dem eines EEPROM liegt. Gleichzeitig haben chemische Fortschritte von Unternehmen wie Polyera, Merck und BASF Materialien hervorgebracht, die „gut genug“ für den kommerziellen Druck von Logik sind.

Im Oktober 2011 wurde ein wichtiger Meilenstein für die Integration von Sensoren, Speicher und Logik in gedruckte Systeme demonstriert. Thin Film Electronics zeigte den ersten gedruckten adressierbaren Speicher mit organischer Logik. Diese entwickelte man bei PARC, einem Xerox-Unternehmen. Um einen gedruckten elektrischen Speicher zu lesen und zu schreiben, der den ersten Baustein eines skalierbaren Drucksystems darstellt. Seitdem haben sich weitere Unternehmen unserem Ökosystem angeschlossen, um das erste gedruckte elektronische Zeit-/Temperatursystem zu entwickeln.

Erschließung neuer Chancen im Sensormarkt

Die Kosten für eine gedruckte Sensorvorrichtung betragen 1/10 bis 1/100 der Kosten für ein Sensorsystem, das mit konventioneller Elektronik hergestellt wird. Obwohl die gedruckte Elektronik eine viel geringere Leistung aufweist als ihre reiferen Cousins auf Siliziumbasis, bieten sie eine Cost-per-Function, die auf andere Weise unerreichbar ist.

Infolgedessen werden gedruckte Sensorsysteme herkömmliche elektronische Geräte ergänzen und nicht verdrängen. Sie bieten digitale Funktionalität in Marktsegmenten, die bisher nur mit chemischen Sensoren adressierbar waren.

Nehmen wir zum Beispiel den Markt für Zeit-/Temperatursensoren. Es gibt eine markante Kluft zwischen den niedrigsten Preisen für elektronische Geräte bei $5,00 und den höchsten Preisen für Etiketten auf Chemiebasis bei 40 Cent. Gedruckte Elektronik schließt diese Lücke, indem sie Etiketten, die Dutzende von Cent kosten, mit elektrischer Funktionalität ausstattet und es ermöglicht, die digitale Abtastung auf die Artikelebene zu verschieben.

Das Internet der Dinge aktivieren

Gartner hat „The Internet of Things“ (IoT) als eine der Top 10 strategischen Technologien dieses Jahrzehnts identifiziert, und IDC hat den Markt für intelligente Systeme und IoT auf zwei Billionen Dollar bis 2015 geschätzt.

Diese Prognosen haben ihre Skeptiker angesichts des Kostenpunktes der traditionellen Elektronik.

Gedruckte Sensorsysteme sind der Schlüssel dazu. Sie werden den Einsatz von Elektronik in einer Weise ermöglichen, die bisher nicht möglich war. Den Wegwerfartikeln kann Intelligenz hinzugefügt werden: erstmals Einweg-Elektronik.

Führende Unternehmen in Asien, Nordamerika und Europa haben mit der Planung der Integration solcher Geräte in ihre Produkte und Systeme begonnen, um den Wert und die Produktdifferenzierung zu steigern. Der Aufbau der richtigen Partnerschaften wird der Schlüssel zur Einführung dieser Art von Elektronik in hochvolumige Anwendungen sein.

Wie Randall Sherman von New Ventures Research es ausdrückte, „…. die gesamte gedruckte Elektronikindustrie ist die nächste Revolution in der Elektroniktechnologie. Wir sehen an dieser Stelle nur die Spitze des Eisbergs“ (Printed Revolution Coming to Electronics).

Jetzt ist es an der Zeit, sich zu engagieren.