Gedruckte Sensoren von InnovationLab

»Quality made in Germany« neues Leben einhauchen

21. Februar 2022, 11:55 Uhr | Markus Haller

Fortsetzung des Artikels von Teil 1

Märkte für gedruckte Sensorik

Welche Märkte lassen sich mit gedruckter Sensorik bedienen?

Grundsätzlich adressieren wir die fünf bereits genannten Märkte: Automotive, Healthcare, Logistics, Retail und Smart City. Diese lassen sich aber in zwei Gruppen einteilen. Zum einen sind da die Anwendungen, die durch gedruckte Elektronik günstiger oder besser adressiert werden können, und zum anderen die Anwendungen, die bisher überhaupt nicht adressiert werden konnten. Bei der ersteren Gruppe geht es im Wesentlichen um Substitution. Ein schönes Beispiel sind Flex-PCBs. Durch Druck von Kupfer auf Polyimid-Folie lassen sich lötfähige Leiterbahnen herstellen, die in herkömmlichen Reflow-Prozessen weiterverarbeitet werden können. Dadurch entstehen gewisse Preisvorteile und auch neue Eigenschaften. Sensoren lassen sich zum Beispiel direkt beim Druck integrieren. Auch Kabel oder Schalter und Eingabesysteme fallen zum Großteil in diese Kategorie.

Wirklich spannend wird es aber bei der zweiten Kategorie. Hierzu zählt das Beispiel der Okklusionskontrolle. Es sind Anwendungen, die bisher einfach nicht möglich waren. Gleiches gilt auch für die ortsaufgelöste Messung von Druck und Temperatur in Batteriesystemen. Hier sehen wir ein enormes Potenzial, nicht nur für Teststände, sondern zukünftig auch in der Serie. Man muss kein Experte sein, um das riesige Potenzial bei der aktuellen Entwicklung zu sehen. Schalter und Eingabesysteme zählen auch zu dieser Kategorie, weil sich hier ganz neue Konzepte umsetzen lassen. Gedruckte Sensoren benötigen nur sehr wenig Bauraum und können zusätzliche Eigenschaften wie Transparenz mitbringen, sodass mit ihnen Funktionen umgesetzt werden können, die vorher nicht möglich waren. Ein Beispiel sind transparente Slider, die gleichzeitig Heizfunktionen erfüllen. Oder das genannte Bespiel aus dem Logistikbereich: Regale, die großflächig mit drucksensitiven Folien ausgestatten werden, um autonome Inventur durchzuführen. Ohne kostengünstige Flächensensoren wäre das nicht möglich. Auch im Bereich Healthcare gibt es hierzu einige Beispiele: Smart Patches, um Vitalparameter zu erfassen, oder Bettauflagen zur Prävention von Dekubitus.

Über welches Marktvolumen sprechen wir bei gedruckter Sensorik?

Die Prognosen unterscheiden sich, aber als allgemeinen Konsens kann man mittlere einstellige Milliardenbeträge festhalten. Das gilt für den derzeitigen Weltmarkt für gedruckte Elektronik. Davon machen gedruckte Sensoren und Leiterbahnen einen großen Teil aus. Das jährliche Marktwachstum schätzen die Analysten auf rund 20 Prozent. Auch rein subjektiv spürt man in der Branche aktuell eine Art Aufbruchstimmung, da die Technologie für viele Anwendungen endlich die notwendige Marktreife bekommen hat.

Was bedeutet die Technik für den Produktionsstandort Deutschland?

Gedruckte Elektronik kann sehr relevant werden. Diese Produktionsweise erlaubt es, auch in Deutschland konkurrenzfähig zu produzieren. Zwar werden aktuell schon viele Produktionen nach Asien oder Mexiko abgegeben, aber durch unsere Technologie ist eine Fertigung von komplexeren Designs bei besserer Qualität und zu geringeren Preisen in Deutschland möglich. Möglich machen das eine hohe Druckgeschwindigkeit und der hohe Automatisierungsgrad, sodass für den Druckprozess kaum Personal nötig ist. Damit sehen wir die Chance, dem Begriff »Quality made in Germany« neues Leben zu verleihen, während wir Anwendern die Möglichkeit geben, Logistikkosten mit den implizierten Treibhausgasemissionen und Abhängigkeiten zu reduzieren.

Erwarten Sie, dass gedruckte Sensorik viele Quereinsteiger aus dem industriellen Druck in die Sensorik-Produktion treiben wird?

Diese Tendenzen gibt es. Wir selbst arbeiten auch mit dem einen oder anderen Quereinsteiger zusammen. Allerdings zeigt sich dabei, dass die Druckprozesse häufig nicht 1:1 übertragbar sind und viele Schwierigkeiten auftauchen. Dass es einige Quereinsteiger geben wird, die ihre Produkte um einfache Funktionen ergänzen, glaube ich schon, aber dass uns dadurch ernsthafte Konkurrenz entsteht, denke ich nicht. Wir haben mit einem Team von vielen erstklassigen Wissenschaftlern und schlauen Köpfen viele Jahre gebraucht, um unsere Anlage und die Technologie so weit zu entwickeln, und arbeiten ständig weiter daran. Unser Ziel ist es, immer einen Schritt voraus zu sein und Technologie zu bieten, die so sonst keiner kann.

Wie weit ist das Ökosystem gewachsen? Sie verfolgen hier ja das Lab-to-Fab-Konzept.

Wir bieten das Lab-to-Fab-Konzept komplett aus eigener Hand an, zusammen mit unseren Anteilseignern Heidelberger Druckmaschinen, SAP, BASF, der Universität Heidelberg und dem KIT. Das beinhaltet Grundlagenforschung, Prototyping, Hochskalierung und Massenproduktion sowie gewisse Konvertierungsaufgaben. Aber natürlich sind wir für speziellere Aufträge auch auf die Unterstützung von einem breiten Partnernetzwerk angewiesen. Das fängt bei Tintenherstellern wie Henkel oder Elantas an, geht über Substrathersteller und Forschungsinstitute bis hin zu Firmen wie Accensors, die auf biochemische Sensoren spezialisiert sind, oder solchen, die Thermoforming oder Pick & Place betreiben. Wir schauen auch, was mit den Daten aus unseren Sensoren passiert und wie man sie optimal nutzen kann. Aus diesem Grund sind wir auch Teil des KI-Innovationspark-Konsortiums. Schließlich sind wir in verschiedenen Netzwerken aktiv, wie zum Beispiel der OES und der OE-A, bei der unser Geschäftsführer Luat Nguyen Mitglied im Vorstand ist.

Gibt es bereits standardisierte Entwicklungswerkzeuge, mit denen Kunden ihre eigenen Sensoren entwerfen können, analog zu den Process Design Kits der Halbleiterindustrie?

Aktuell gibt es noch keine Process Design Kits für gedruckte Elektronik, aber sie werden entwickelt. Bereits vor einiger Zeit hat InnovationLab dafür ein öffentlich gefördertes Projekt mit Cadence gestartet, das gut vorangeht, aber noch nicht abgeschlossen ist. In der Zwischenzeit arbeiten wir für die Sensorentwicklung sehr eng mit Kunden zusammen und erstellen die Layouts im Regelfall selbst. Zu Beginn der Zusammenarbeit wird geklärt, ob für die Ziele des Kunden eine Weiter- bzw. Neuentwicklung eines Sensors benötigt wird oder ob es sich lediglich um eine Layout- oder materialseitige Anpassung handelt. In letzterem Fall ist der Arbeitsaufwand aufgrund unserer Erfahrung überschaubar. Bei einer größeren Weiter- oder Neuentwicklung setzen wir ein Entwicklungsprojekt mit klar definierten Meilensteinen auf, das oft mit einer vorgelagerten Machbarkeitsstudie beginnt, um das Gesamtrisiko gering zu halten. Am Ende erhält der Kunde seinen individuellen Sensor bzw. sein individuelles Sensorsystem inklusive Hard- und Software sowie Cloudanbindung. Sowohl der Foliensensor als auch die Ausleseelektronik kann bei unserem Partner Heidelberger Druckmaschinen in Großserie produziert werden.

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