Elektronik zum Wegwerfen ISO-konformer NFC-Tag auf Plastiksubstrat

Wenn Elektronik im IoT-Zeitalter in annähernd jedes Produkt – einschließlich Verpackungsmaterial – integriert werden soll, sind besonders kostengünstige, robuste und platzsparende Lösungen nötig. Ein NFC-Tag auf Plastiksubstrat könnte sich für solche Massenanwendungen eignen.

Das Imec hat gemeinsam mit dem Holst Centre und Cartamundi den weltweit ersten Dünnfilm-Tag auf Plastik vorgestellt, der kompatibel zum NFC-Barcode-Protokoll ist. Das NFC-Barcode-Protokoll ist eine Untermenge des Standards ISO 14443-A; viele kommerzielle Smartphones unterstützen diesen Standard. Der neu entwickelte NFC-Tag wurde mittels einer Dünnfilm-Transistor-Technologie hergestellt, bei der Indium-Gallium-Zink-Oxid-Dünnfilmtransistoren (IGZO-TFT) auf Plastiksubstrat zum Einsatz kommen.

„Plastikelektronik“ könnte in Zukunft die Realisierung von Low-Cost-Elektronik in Anwendungen ermöglichen, in denen bislang keine Silizium-Schaltkreise vorstellbar waren: Die Identifikation auf Artikelebene (item-level identification), intelligente Verpackungslösungen für Nahrungsmittel, Markenschutz und elektronisches Papier sind nur einige wenige Beispiele. Für diese Art von Anwendungen werden schier unzählige Wegwerfelektronik-Artikel nötig sein.

Die IGZO-TFT-Technologie des Imec verwendet großflächige Herstellungsprozesse, die eine kostengünstige Produktion in großen Mengen erlauben. Mit einem solchen Herstellungsprozess lässt sich die riesige Anzahl der allgegenwärtigen Elektronikanwendungen im Internet of Everything also ideal adressieren.

„Plastikelektronik zu fertigen, die kompatibel zum ISO-Standard ist, war eine äußerst herausfordernde Forschungs- und Entwicklungstätigkeit. Denn der ISO-Standard wurde ursprünglich für Silizium-CMOS-Bauteile konzipiert. Aber durch die Zusammenarbeit mit Cartamundi war es möglich, ein Produkt zu entwickeln, das auch tatsächlich in der Industrie eingesetzt werden kann“, betont Kris Myni, Senior Researcher am Imec.

Die Forscher konzipierten eine für geringe parasitäre Kapazitäten und hohe Grenzfrequenzen optimierte Self-Aligned-TFT-Architektur. Damit war die Entwicklung einer Taktteilungsschaltung möglich, mit der die Trägerfrequenz von 13,56 MHz in den Systemtakt des Plastik-Chips überführt wird. Durch Verbesserungen am Logikgatter und auf Systemebene konnte die Leistungsaufnahme auf 7,5 mW gesenkt werden. Damit ist das Auslesen mit handelsüblichen Smartphones möglich.

Wesentliche Vorteile der Dünnfilm-Plastik-Tags gegenüber bisherigen Tags sind, dass wesentlich dünnere Ausführungen herstellbar sind und dass sie eine sehr hohe mechanische Robustheit aufweisen.