RFID-Transponder-Produktion als Teilgebiet der printed electronics

RFID-Transponder-Produktion als Teilgebiet der printed electronics

Das gesamte Themengebiet der 'printed electronics' fällt in das Innvoationsfeld 'Printprodukte & Dienstleistungen', wobei zum momentanen Zeitpunkt Forschung und Entwicklung im Mittelpunkt stehen.
 

 

Bildmaterial: Informationsforum RFID e.V.

Gliederung

A  Kurzbeschreibung des Themas
B  Bedeutung des Themas für die Druck- und Medienbranche
1. „printed electronics“ – Definition
2. RFID als Teilgebiet der printed electronics
     2.1 Aufbau eines RFID-Systems
        2.1.1 Bestandteile eines RFID-Transponders
        2.1.2 Funktionsweise des RFID-Systems
     2.2 Unterschiede zu Barcodes
     2.3 Anwendungsgebiete und –beispiele
        2.3.1 Logistik
        2.3.2 Verkauf
        2.3.3 zukünftige Anwendungsgebiete
     2.4 Herstellung von RFID-Transpondern
        2.4.1 konventionelle Herstellungsverfahren
       
2.4.2 drucktechnische Verfahren
           2.4.2.1 Vor- und Nachteile
           2.4.2.2 zukünftige Entwicklungen

3. Fazit
4. Quellen

 

A Kurzbeschreibung des Themas

Ziel dieses Eintrages soll sein, dem Leser Informationen darüber zu vermitteln, inwieweit die Produktion von RFID-Transpondern mit drucktechnischen Verfahren derzeit möglich ist.
Hierfür wird zunächst eine kurze Definition der "printed electronics" gegeben, um im Weiteren den Aufbau und die nötigen Komponenten eines RFID-Systems zu erläutern. Zum besseren Verständnis wird ein kurzer Vergleich zum bestehenden Barcode-System gezogen, sowie Anwendungsbeispiele für RFID-Systeme genannt.
Mit dem zuvor vermittelten Vorwissen über die Bestandteile eines RFID-Transponders wird schließlich erörtert, inwieweit es derzeit mit drucktechnischen Verfahren möglich ist, die bis dato teure Produktion von RFID-Transpondern kostengünstiger zu gestalten und damit die Massenproduktion solcher Systemkomponenten zu ermöglichen.

 

B Bedeutung des Themas für die Druck- und Medienbranche

In Zeiten immer niedriger ausfallender Auflagen und stetig sinkener Abonomenten-Zahlen bei Zeitungen sticht das gesamte breite Gebiet der "printed electronics" mit einem gewaltigen Wachstumspotential für die drucktechnische Branche positiv heraus.
Allein die prognostizierten Zahlen für die zukünftige Produktion von gedruckten bzw. Silizium-Chip-freien RFID-Transpondern sind kaum fassbar. So sollen die so 2009 produzierten 40 Millionen RFID-Tranponder auf 690 Milliarden Stück weltweit im Jahr 2019 heranwachsen, wobei die Produktion mit den uns bekannten drucktechnischen Verfahren wie Offset-, Flexo- oder Tiefdruck bewerkstelligt wird.
Das Thema der "printed electronics" mit gedruckten RFID-Transpondern als Teilgebiet ist also ein mehr als erntzunehmendes Thema für die Branche und von überhaus hoher Bedeutung.

 

1. „printed electronics“ – Definition

Spricht man von 'printed electronics', oder zu deutsch von 'gedruckter Elektronik', so handelt es sich um diverse drucktechnische Verfahren, mit denen elektronische Komponenten und Schaltungen auf verschiedene Substrate (Papier, Folie oder organische Trägermaterialien) aufgebracht, also gedruckt werden können.

 

2. RFID als Teilgebiet der printed electronics

2.1 Aufbau eines RFID-Systems

Das typische RFID-System beinhaltet drei Elemente.

  • Transponder
  • Lesegerät
  • Frequenz

Der Begriff 'Transponder' setzt sich aus den Elementen 'Transmitter' und 'Responder' zusammen, was zugleich seine Funktion erklärt. Er antwortet (respond) auf Anfrage mit dem senden (transmit) von Daten. Der Transponder kann entweder an oder in einem Gegenstand oder Lebewesen angebracht sein.
Das Lesegerät dient zum Auslesen der Transponder-Daten und kann ein Handgerät oder fest installiertes Großgerät sein. Es enthält eine Software (ein Mikroprogramm), welche den eigentlichen Leseprozess steuert, und eine RFID-Middleware mit Schnittstellen zu weiteren EDV-Systemen und Datenbanken.

 

2.1.1 Bestandteile eines RFID-Transponders

Ein RFID-Tranponder besteht in der Regel aus drei bzw. vier Komponenten. Dem Mikrochip, der Antenne, einem Träger oder Gehäuse und gegebenenfalls einer Energiequelle.
Der Mikrochip dient als beschreibbarer Datenträger, welcher Informationen wie etwa den „Electronic Product Code“ (EPC) speichert, um ein markiertes Produkt eindeutig identifizieren zu können.
Die Antenne empfängt und sendet (bei sogenannten "aktiven Tranpondern") Daten. Die Antennengröße ist hierbei abhängig von den verwendeten Frequenzen und Wellenlängen, je nach angestrebten Einsatzgebiet und damit verbunden der erforderlichen Reichweite des Transponders.
Als Träger oder Gehäuse dienen meist Klebe-Etiketten, Folien oder Kapseln; beispielsweise um diese unter der Haut eines Lebewesens zu implantieren und somit zu markieren.

 

Bildmaterial: Informationsforum RFID e.V.

Weitere Informationen zu den Bestandteilen eines RFID-Transponders finden Sie hier. (externer link)

 

2.1.2 Funktionsweise des RFID-Systems

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2.2 Unterschiede zu Barcodes

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2.3 Anwendungsgebiete und –beispiele

2.3.1 Logistik

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2.3.2 Verkauf

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2.3.3 zukünftige Anwendungsgebiete

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2.4 Herstellung von RFID-Transpondern

2.4.1 konventionelle Herstellungsverfahren

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2.4.2 drucktechnische Verfahren

Aktuell finden alle gängigen Druckverfahren, welche bei der Massenfertigung von herkömmlichen Printprodukten eingesetzt werden, auch bei der Herstellung gedruckter Elektronik Einsatz. Dabei werden die Elemente Schichtweise aufgebaut und es werden sich je nach Anforderung an die einzelne Schicht die Vorteile des jeweiligen Druckverfahrens zu eigen gemacht. Dabei sind vor allem die Unterschiede in den Bereichen der möglichen Auflösung und des erzielbaren Durchsatzes, sowie dem maximalen Auftragsvolumen von Bedeutung.
Bisher gibt es keinerlei standardisierte Prozesse für den Druck von elektronischen Elementen, so dass jeder Anbieter je nach den gestellten Anforderungen das Produktionsverfahren für das geforderte Produkt eingenständig entwickelt.

Zu den bei der Herstellung von gedruckter Elektronik und RFID-Transpondern im speziellen angewandten Druckverfahren zählen:

  • Tiefdruck
  • Siebdruck
  • Offsetdruck
  • Flexodruck

Auch das Inkjet-Verfahren weckt in der Branche immer größeres Interesse, da es als digitales Printverfahren keine Druckformen benötigt und kleinere Fehler innerhalb der Produktion inline kompensiert werden können. Die Anbieter von Inkjet-Druckköpfen entwickeln derzeit gezielt möglichst kleine Druckköpfe, mit deren Einsatz wenige µm breite Elemente gedruckt werden können. Durch Entwicklungen von Inkjet-Druckern mit mehreren gleichzeitig arbeitenden Druckköpfen kann der Durchsatz zusätzlich verbessert werden.

 

 Bildmaterial: PolyIC

Die eingesetzten 'Druckfarben' müssen besondere Eigenschaften aufweisen, um in der gedruckten Elektronik Verwendung finden zu können. Es handelt sich um Polymermaterialien, die in geeigneten Lösungsmitteln gelöst wurden und durch gezielte Ladungsträgerinjektion die elektrischen Eigenschaften von Leitern, Nichtleitern und Halbleitern annehmen können.

Hierzu ein Präsentationsvideo des Unternehmens PolyIC.

 

2.4.2.1 Vor- und Nachteile

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2.4.2.2 zukünftige Entwicklungen

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3. Fazit

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4. Quellen

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