Dunne, flexibele en zelfs uitrekbare elektronica - Flanders's FOOD
Dunne, flexibele en zelfs uitrekbare elektronica
Gepubliceerd op 23 juli 2009
Standaard elektronica componenten en printplaten zijn rigide structuren. Er wordt echter al enige tijd onderzoek gedaan naar zeer dunne, flexibele en zelfs uitrekbare elektronica die de deur open zet naar een heel nieuw scala aan toepassingen, in de voedingsverpakking bijvoorbeeld.
Het grootste deel van het onderzoek naar flexibele elektronica loopt in het kader van 'ambient intelligence'. Dit is de visie dat mensen meer en meer elektronicasystemen met zich mee zullen dragen, nabij het lichaam, op of zelfs binnen het lichaam. Deze systemen vereisen dat ze licht zijn, zo goed mogelijk de vorm van het 'object' aannemen waarmee ze geïntegreerd zijn en zelfs de complexe bewegingen van het 'object' kunnen volgen. Ze vereisen dus eigenlijk dat ze flexibel en uitrekbaar zijn. Enkele voorbeelden van 'ambient intelligence' zijn implantaten, intelligent textiel en draagbare elektronica.
Figuur 1: (links) Standaard microchip voor en na verdunning. (rechts) Verdunde microchip in een flexibel 'ultra thin chip package'.
Een van de strategieën die gevolgd worden om elektronica flexibel te maken is om de standaard microchip van 0.7mm meer dan 10 maal te verdunnen en niet op een harde printplaat, maar in een flexibele folie te plaatsen.(Figuur 1)
Een van de voortrekkers in dit vakgebied is het 'Centre for Microsystems Technology' (UGent). In het kader van hun BIOFLEX programma heeft het CMST een demonstrator gemaakt waarbij de microprocessor van een draadloze ECG sensor (elektrocardiogram) niet óp maar ín de printplaat is geplaatst. (Figuur 2)
Figuur 2: Flexibele draadloze ECG sensor module waarvan de microprocessor ingebed is in de flexibele printpraat.
Uitrekbaar?
Elektronica uitrekbaar maken is niet vanzelfsprekend. In geen geval mogen immers de baantjes breken. Het CMST heeft hiervoor een oplossing gevonden door de functionele eenheden aaneen te schakelen met lusvormige verbindingen die uitrekken mogelijk maken. (Figuur 3) Een sprekend voorbeeld is een wasbare en flexibel T-shirt met geïntegreerde LEDs. (Figuur 3)
Figuur 3: (links) Principe om elektronica uitrekbaar te maken door de rigide delen aaneen te schakelen me lusvormige verbindingen. (rechts)Dit principe toegepast op een T-shirt met geïntegreerde LEDs.
Printbaar?
Een alternatieve strategie om flexibele elektronica te bekomen is om de huidige productiemethoden helemaal om te gooien en de verschillende gewenste componenten met behulp van druktechnieken en geleidende polymeren te maken.
Door gebruik te maken van lopende band 'roll-to-roll' technieken zou de elektronica via massaproductie maar een fractie kunnen kosten van de huidige kost. Helaas zijn we daar nog lang niet. De geleidbaarheid van de polymeren, de snelheid van de schakelingen en de minimale dimensies staan nog ver van de ideale technologie.
Toch is printbare elektronica aan een opmars begonnen die waarschijnlijk niet meer te stuiten zal zijn. Het DuitsePolyIC is al in staat eenvoudige RFID chips aan de lopende band te printen en de eerste geprinte schermen, sensoren en batterijen bestaan ook al. (Figuur 4)
Figuur 4: (links) Productie van RFID chips aan de lopende band bij PolyIC. (rechts) Voorbeeld van een flexibele OLED display.