印刷电子和柔性电子的未来,能跟着物联网一起崛起吗?


  可印刷和柔性电子产品正在成为物联网领域众多新兴应用中的一员,随着技术的进步,这些技术背后的市场也在随之而变。

  柔性传感器可用于多种物联网领域,譬如:农业、医疗保健、健康监测等。某些类型的柔性设备对物联网来说则至关重要,特别是在可穿戴式的产品上(如健身电子产品和智能手表)。

  位于伯克利的传感器公司BeBop 就是一个例子,该公司用智能织物为OEM厂商开发柔性压力传感器。BeBop的传感器可以直接应用到自行车头盔、汽车座椅、数据手套、鞋子、服装和方向盘产品中。智能织物传感器最初是有BeBop创始人Keith McMillen为一家乐器公司开发,可以将仪器与计算机和软件相结合。

  IDTechEx预测,可印刷、柔性和有机电子产品的市场规模将从今年的292.8亿美元增长到2027年的743.3亿美元。其中大部分收入来自有机发光二极管(OLED)在显示器、照明、电视等领域的应用。市场研究机构还表示,未来还将运用到可拉伸电子、逻辑电路、存储器件和薄膜传感器等新兴领域。

  IDTechEx研究机构还预测,未来十年,可拉伸电子产品市场规模将会达到6亿美元,在2020年,柔性电子产品的市场规模将达到132.3亿美元。

  加利福尼亚州举办的2017年FLEX大会上,Flex的高级工程师Anwar Mohammed在加利福尼亚州举办的2017年FLEX大会上谈及了柔性混合电子(混合印刷与基于CMOS的组件)、印刷导体和卷式可拉伸电路等主题。他表示:“如今的印刷存储器、印刷晶体管、印刷压力传感器、印刷压力传感器都在创造很多美妙的事情。”

  他还表示,可导电的纱线能织成衣服。不仅如此,柔性电子产品也可以加入抗菌技术,这种技术可以具有疏水性和疏油性。

  这位高级工程师还呼吁制定柔性电子行业的发展标准。他说“这算是一个全新的领域,我希望能看到印刷电池的发展,并且可以直接打印到衣服上,从而变成智能服装。”

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  NextFlex技术总监Jason Marsh表示,他们的财团正在致力于在FHE中“降低风险”,并将学术界、企业、政府和非营利机构聚集在一起。NextFlex最近正在进行大约25个项目,受到了4000万美元的资金支持。该联盟还与IPC协调,贸易协会 The consortium coordinates with IPC, the trade association that develops and maintains standards for electronic assemblies and packaging.

  这位技术总监还表示,NextFlex正在与SEMI和纳米生物制造联合会进行柔性和印刷电池的研发。另一方面,该联盟还在与美国织物研究中心和马萨诸塞大学合作。

  西门子公司的Mentor产品营销经理David Wiens也讨论了他的电子设计自动化公司是如何处理FHE设计的。Mentor利用印刷电路板设计工具来设计柔性混合电子产品,采用“优化从概念到制造设计流程”的方法,来进行3D设计和建模。

  柔性混合电子产品就如同印刷电路板和IC封装结合,Wiens指出,20世界80年代关于混合芯片和多芯片组件的经验都与FHE相关,并且电子设计自动化也可以早日采用FHE技术。

  健康领域

  电子健康、远程医疗和无线传感器网络是柔性传感器的另一个发展机遇。

  Libelium的大客户经理David Bordonada说:“全球有20亿人没从医疗保健系统受益”。David Bordonada主要从事物联网领域,他曾经将Libelium的Waspmote传感器平台推到了教育机构上。

  远程医疗是通过互联网进行医疗诊断等行为,就可以让拥有家庭医疗监测的人省去了去医院的烦恼。根据澳大利亚联邦科学和工业研究组的数据,采用远程医疗技术可以节省数十亿美元的公共卫生服务费用。

  Bordonada表示,通过采用无线传感器和基于云服务,医疗保健可以显著降低成本,不仅如此,这种低成本传感器还能用于早期发现儿童疾病。Libelium公司一直在帮助减少多米尼加共和国的母亲分娩死亡率。

  连网番茄

  顾问机构Experience Co-Creation Partnership的创办人暨总裁Francis Gouillart介绍了与Analog Devices公司的“连网番茄”(Internet of Tomatoes)项目,该项目采用柔性混合传感器,通过对植物种子播种到成熟的检测,并将收获的番茄通过食品供应链进行运输。这就是为农业和食品提供的区块链技术。

  根据Gouillart描述,湿度、温度等环境传感器被用在了番茄农场里,一旦选择检测番茄,那么传感器就可以随时关注他们的状态。

  他还说:“40%的番茄被浪费了成长、运输等过程中。”

  根据“联邦食品安全现代化法案”,买家可以缩短对政府的监管报告周期。Gouillart表示,“区块链在其中发挥了作用”。小农场也能从精准农业化中受益,“吃在地、当季食物”(locavore)可以实现商业化,传感器技术还能模拟出成熟度和对味道的预测。

  Gouillart还概述了农业和食品行业面临的十大问题,并讨论了传感器技术是如何去化解这些难题的。

  Gouillart目前还担任Stock Pot Malden的CEO,该公司在波士顿,为建立健康、可持续的农业/食品链食品的企业家的共享厨房孵化器。

  未来

  OE-A(印刷和柔性电子的国际协会)的一个工作组公布了3月份第七版“有机和印刷电子路线图”。NovaCentrix的首席营销官兼OE-A的成员Stan Farnsworth指出,奥迪TT 2017款使用了集成OLED技术的保险杠。这是使用该技术的第一款车。

  他说,可弯曲OLED显示屏在智能手机、智能手表和电视机领域普及,随着印刷电池和超级电容器的兴起,以后这些集成智能系统技术正在为物联网、可穿戴设备、健康领域发扬光大。

  Farnsworth表示,目前已经能够开发出完整的射频识别和近场通信标签。OLED在寿命和发光度上都在提高,有机印刷电子产品的“关键参数”在未来将会在标准和成本、可靠性上得到提高。

  美国密苏里州的一家名为Brewer Science公司,主要涉及先进光刻、晶圆级封装材料和印刷电子产品。它生产了InFlect传感器,可以使用导电碳结来检测到外部所受的刺激。Brewer公司还有柔性可弯曲传感器,用来检测水分和温度。

  Brewer的印刷电子业务经理表示“物联网应用范围非常广泛,这种印刷和柔性电子技术非常柔软,非常适合用于物联网。可穿戴设备也代表着一种新兴物联网趋势,它也需要更加柔性的底板。”

  他还表示,这些产品可以进入到任何关乎网络的地方,那些在衣服或个人设备、可穿戴设备的印刷传感器就有数以万亿记的潜力。

  比如,水分传感器可用于精准农业,土壤水分的监测对生长葡萄而言更重要。这种用于物联网的大型传感器也是酿酒厂的一个强大生产力工具。

  Brewer的印刷传感器易于使用,尤其在施工方面,技术先进又不复杂。在未来Brewer还期待开发出PH传感器、水分析传感器和氢气传感器等产品。

  物联网和PFE技术在这些领域还有很长的发展道路要走。

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