Wo Flexible Hybridelektronik Den Größten Mehrwert Bringt

Kann die digitale Fertigung und/oder die Fertigung mit hohem Durchsatz auf Leiterplatten angewendet werden? Kann dehnbare Elektronik hergestellt werden, ohne die Verarbeitungsmöglichkeiten zu beeinträchtigen? Flexible Hybridelektronik (FHE) ist eine aufkommende Fertigungsmethode, die darauf abzielt, diese beiden Fragen zu beantworten. Durch die Kombination von Aspekten der gedruckten und der konventionellen Elektronik, insbesondere von leitfähigen Tinten, die auf ein flexibles Substrat aufgebracht werden, mit montierten Komponenten wie integrierten Schaltkreisen (ICs), stellt sie eine überzeugende Lösung dar, die das Beste aus beiden Welten bietet.

 

 

Im Kern ist FHE ein alternativer Ansatz zur Herstellung von Schaltungen. Als solche können FHE-Schaltungen im Prinzip überall dort eingesetzt werden, wo vergleichsweise einfache Leiterplatten benötigt werden (d. h. keine komplexen Mehrlagenschaltungen). Um eine etablierte Technologie zu ersetzen, bedarf es natürlich eines zwingenden Vorteils, der in der Regel anwendungsabhängig ist - es ist nicht zu erwarten, dass FHE-Schaltungen die Leiterplatte in der Unterhaltungselektronik in absehbarer Zeit verdrängen werden.

 

Im Vergleich zu den bestehenden flexiblen Leiterplatten bietet FHE drei entscheidende Vorteile: Additive digitale Fertigung, Konformität/Dehnbarkeit und Kompatibilität mit der Rolle-zu-Rolle-Fertigung (R2R). Der Schlüssel zur erfolgreichen Kommerzialisierung liegt darin, einen Produkt-Markt-Fit zu finden, bei dem eines oder mehrere dieser Wertversprechen entweder einen Wechsel rechtfertigen oder eine neue Anwendung ermöglichen, die sonst nicht möglich wäre.

 

 

 

Da leitfähige Tinte mit digitalen Verfahren wie dem Tintenstrahldruck oder dem neuen laserinduzierten Vorwärtstransfer (LIFT) gedruckt werden kann, ermöglicht FHE die additive digitale Fertigung. FHE eignet sich daher gut für das Prototyping und die Herstellung von Kleinserien in sehr hoher Stückzahl (HMLV) - es könnte auch zur Erleichterung der Versionierung und sogar zur "Massenanpassung" eingesetzt werden, was ohne digitale Fertigung nur schwer vorstellbar ist.

 

Die additive Fertigung ist weniger verschwenderisch als die etablierten subtraktiven Verfahren und daher besonders vorteilhaft, wenn die Bauteile und damit auch die Leiterbahnen in großen Abständen angeordnet sind. Ein solches Beispiel ist die Montage von LEDs auf Blechen für großflächige Beleuchtungen, die ebenfalls durch R2R-Fertigung hergestellt werden können.

 

 

Die Anpassungsfähigkeit/Dehnbarkeit ist ein wesentliches Wertversprechen von FHE. Während bei flexiblen Leiterplatten häufig starre Inseln für die Montage von gehäusten ICs und anderen starren SMD-Komponenten verwendet werden, können FHE-Schaltungen flexibler sein, da viele Komponenten (z. B. Sensoren) gedruckt werden können. Darüber hinaus ermöglichen leitfähige Tinten, die entweder dehnbar sind oder einer Biegung standhalten, einen kürzeren Biegeradius und eine gleichmäßige Dehnbarkeit.

 

Der flexible (und potenziell dehnbare) Formfaktor macht FHE ideal für tragbare Technologien, einschließlich elektronischer Hautpflaster und E-Textilien, da er den Tragekomfort im Vergleich zu den derzeitigen starren Boxen, die herkömmliche Elektronik enthalten, verbessert. Zu den Herausforderungen gehören die Waschbarkeit und die Nachhaltigkeit im Vergleich zu wiederverwendbarer, starrer Elektronik in einer abnehmbaren Box.

 

 

Für die Großserienfertigung können Leiterbahnen mit analogen Rotationsverfahren wie Flexodruck, Tiefdruck und Rotationssiebdruck gedruckt werden. Dies ermöglicht eine sehr schnelle Abscheidung mittels R2R-Fertigung und senkt die Kosten. Kostenvorteile ergeben sich vor allem dann, wenn die Leiterbahnen auf vorhandene Oberflächen (z. B. Verpackungsetiketten) gedruckt werden können, so dass keine spezielle Struktur erforderlich ist.

 

Angesichts der großen Mengen, die benötigt werden, und des relativ geringen Mehrwerts pro Artikel ist die Minimierung der Kosten eine wesentliche Voraussetzung für die Einführung von Elektronik für intelligente Verpackungen/RFID. Während die meisten RFID-Etiketten derzeit gestanzte Aluminiumfolie für die Antennen verwenden, wird der Druck mit Kupfertinten die Kosten senken und die Nachhaltigkeit verbessern. Es wird prognostiziert, dass die R2R-FHE-Produktion auf anspruchsvollere Schaltkreise für intelligente Verpackungen mit größerer Funktionalität, z. B. Sensorik, ausgeweitet wird.

 

 

Der IDTechEx-Bericht "Flexible Hybrid Electronics 2024-2034" bewertet den Status und die Aussichten von FHE-Schaltungen, die unserer Prognose zufolge bis 2034 eine Marktgröße von rund 1,8 Milliarden US-Dollar erreichen werden - mehr, wenn die zugehörige Infrastruktur, Software und Dienstleistungen mit einbezogen werden. Auf der Grundlage jahrelanger Beobachtung der Branche für gedruckte Elektronik und 40 auf Interviews basierenden Unternehmensprofilen umreißt der Bericht Trends und Innovationen bei den erforderlichen Materialien, Komponenten und Fertigungsmethoden. Er untersucht die Anwendungsbereiche, in denen FHE am ehesten zum Einsatz kommen wird, und stützt sich dabei auf aktuelle Aktivitäten und eingehende Gespräche mit Auftragsherstellern und potenziellen Anwendern. Detaillierte Marktprognosen schlüsseln die Möglichkeiten für FHE-Schaltkreise in 5 Anwendungssektoren (Automobil, Konsumgüter, Energie, Gesundheitswesen/Wellness und Infrastruktur/Gebäude/Industrie) in 39 spezifische Möglichkeiten auf, wie z. B. Hauttemperatursensoren und gedruckte RFID-Tags.

 

Weitere Informationen zu diesem IDTechEx-Bericht, einschließlich Beispielseiten zum Herunterladen, finden Sie unter www.IDTechEx.com/FHE.