Expansion im Sensorsektor: Markt für gedruckte und flexible Modelle wächst

Sensoren, die Temperatur und Luftfeuchtigkeit messen, sind nicht mehr nur in medizinischen oder industriellen Umgebungen zu finden: Dank gedruckter Sensoren, die auf flexiblen Substraten hergestellt werden, rücken sie näher an unseren Alltag heran. Laut einem aktuellen Bericht von IDTechEx erreicht der Markt für diese Technologie bis 2034 voraussichtlich 960 Millionen US-Dollar.

Die Sensoren erfassen eine breite Palette von Eigenschaften wie Berührung, Kraft, Druck, Verschiebung, elektrische Signale und Gaskonzentration. Ihre Anwendungen sind vielfältig – von der Sitzbelegungserkennung in Autos bis hin zu Einsatzbereichen im Gesundheitswesen, der Unterhaltungselektronik, Logistik und Wearables.

Die konventionelle Elektronikherstellung, bei der Kupferlaminate auf eine gedruckte Leiterplatte geätzt werden, ist eine etablierte Technologie. Warum also auf flexible gedruckte Elektronik umsteigen? Laut IDTechEx liegen die Hauptvorteile in der Möglichkeit, ein flexibles und potenziell erweiterbares Format zu kreieren und so große Flächen produzieren zu können. „Im Fall von Leiterplatten mit Kupferlaminaten sind die Komponenten oft ‚starre Inseln‘, da der Zusammenbau nach Standard-Blatt-zu-Blatt-Methoden erfolgt“, erläutert der Bericht.

IDTechEx prognostiziert: Gedruckte und flexible Sensoren, die Kraft messen, behalten weiterhin den größten Anteil am Umsatz. Gleichzeitig sollten jedoch andere Anwendungen zunehmend Akzeptanz finden. Beispielsweise kommen gedruckte Sensoren in Verbraucherelektronikgeräten wie Laptops und Elektrowerkzeugen zum Einsatz. Im Automobilsektor unterstützen sie die Batterieüberwachung und die Mensch-Maschine-Schnittstelle. Und im Gesundheitssektor machen die Variabilität und Elastizität flexibler gedruckter Sensoren sie interessant für den Einsatz in drucksensitiven Einlagen, die beispielsweise die Gangart überwachen. „Hybride gedruckte Modelltechnologien stellen einen Durchbruch im aktuellen Sensorenbereich dar und sollten völlig innovative Anwendungsfälle vorantreiben“, so der Bericht von IDTechEx.

Die IDTechEx-Studie bewertete acht gedruckte Sensortechnologien: piezoresistive gedruckte Sensoren und Kraftsensoren, piezoelektrische Sensoren, Fotodetektoren und Temperatursensoren sowie Dehnungssensoren, Gassensoren, kapazitive Berührungssensoren und tragbare Elektroden. Der Bericht diskutierte auch Bereiche der Innovation in der Herstellung von gedruckten Sensoren, wie aufkommende Materialien und die Technologie hinter den Herstellungsprozessen. Darüber hinaus enthält das Dokument Prognosen für den Markt für gedruckte und flexible Sensoren über zehn Jahre hinweg.

Vorteile auch bei Herstellungsprozessen

Neben neuen Anwendungsmöglichkeiten bieten gedruckte und flexible Sensoren auch Vorteile im Herstellungsprozess. Anstelle der abtragenden Entfernung von plattiertem Kupfer durch die zusätzliche Abscheidung von leitfähiger Tinte reduziert die Technologie Abfälle. Außerdem erleichtert die Fertigung dieser Sensormodelle schnelles Prototyping und einfache Designanpassungen.

Der Bericht von IDTechEx bewertet auch eine Reihe von Herstellungsinnovationen und deren Aussichten: angefangen bei vollständig additiver 3D-Elektronik bis hin zu geformten Elektronik- und neuen digitalen Druckmethoden.

Im Bereich der Materialien verwenden gedruckte und flexible Sensoren leitfähige Tinten mit verschiedenen Zusammensetzungen und Eigenschaften. Zähe Tinte auf Basis von Silberflakes für den Siebdruck dominiert, aber Alternativen wie Nanopartikel- und partikelfreie Tinten gewinnen für bestimmte Anwendungen an Bedeutung. Ein Beispiel: die EMI-Abschirmung gegen elektromagnetische Störungen. Ein bemerkenswerter Trend ist die Entwicklung von Kupfertinten, die im Vergleich zu ihren Silbergegenstücken deutlich niedrigere Kosten versprechen. Technische Fortschritte konnten Probleme mit Oxidation weitgehend lösen und bringen Kupfertinten damit sehr nahe an die kommerzielle Nutzung heran.

Andere Materialien trugen in der Vergangenheit zur Funkionsfähigkeit von gedruckten und flexiblen Sensoren bei. So ermöglichen beispielsweise Ultra-Niedrigtemperatur-Lötmittel und feldausgerichtete anisotrope leitfähige Klebstoffe die sichere Befestigung von Bauteilen wie LEDs an kostengünstigeren, thermisch anfälligen Substraten. Darüber hinaus helfen druckbare piezoelektrische Polymere bei der Schwingungsdetektion und funktionalisierte Kohlenstoffnanoröhren bei der Ionenerkennung.