在制造印刷电子产品和传感器时，什么是重要的，哪些应用是最适合的。
越来越多地使用可操作信息以新的方式做出更好的决策，这推动了印刷电子产品(PE)和传感器的蓬勃发展。根据BCC Research的数据，全球传感器市场将从2019年的1734亿美元增长到2024年的3233亿美元，复合年增长率(CAGR)为13.3%。
这种增长将从何而来?对于拥有技能和专业知识的公司来说，在传感器技术领域扩大影响力的直接和长期机会在哪里?本文将探讨这些问题，提供一些顶级创新者对当前和未来市场状况的看法，以及哪些应用最适合打印传感器。这些专家在布鲁尔科学主办的“下一代传感:打印传感器”研讨会上展示了他们的发现。可以从研讨会上获得报告在这里．
4.0行业
工业4.0，或工业物联网(IIoT)，指的是制造技术和流程自动化和数据交换的增长趋势。这个市场是许多技术和材料供应商的最佳选择，包括几个关键方面，例如物联网(IoT)、云计算和人工智能(AI)。在工业4.0生态系统中，机器通过无线连接和传感器进行通信，以创建智能制造解决方案。
工业物联网中的“物”将继续扩大，为进入越来越多的工业4.0市场的新传感技术和解决方案创造主要驱动力。PE和传感器在这一领域的主要细分市场包括:
技术
正如SEMI FlexTech和nanbio Materials Consortium的研发项目经理Stefanie Harvey博士所指出的那样，如果没有设备和材料行业，就不会有世界领先的消费电子公司。为他们的产品提供燃料的半导体(包括刚性和柔性半导体)必须首先进行设计和验证，然后使用最佳的设备和材料组合进行制造，然后进行包装、组装和测试，最后在制造过程中集成到最终产品中。如图1所示，需要数千人来填充组成我们新兴技术和应用程序世界的生态系统。
图1。行业协会SEMI对更大电子供应链的展望显示了垂直应用领域，其中许多应用领域越来越需要柔性电路/传感器。
Harvey博士进一步指出，由于市场时机和形式因素/功率要求，技术进化是非常必要的。电力现在是印刷电子产品的棘手之处——你可以把设备做得越小越好，但由于电池技术发展得不那么快，电力仍然是一个挑战。
材料
材料的选择是印刷电子设计的一个重要方面。Vijaya Kayastha博士介绍了柔性传感器的关键材料要求。Brewer Science的首席设备开发工程师Kayastha博士表示，基本的打印温度传感器/阵列有三个主要组件:衬底、材料和密封剂。每一个都有一些参数，在选择使用哪个时必须考虑。
底物:由于它是传感器最大的组件，衬底的选择——无论是玻璃、金属还是聚合物——都是至关重要的，包括几个理想的特性:
基材之间性能的差异是由玻璃温度、热稳定性和降解性以及高温惰性的差异引起的。
传感材料传感材料的选择，如印刷银或溅射金，也取决于一组所需的性能:
传感材料之间的性能差异通常是由不同的tcr、印刷薄膜中的残留溶剂、接触电阻以及它们对其他条件的响应引起的。
密封剂:为了保护电子设备上的有源元件在暴露于水分和氧气时不被降解，需要封装。因此，选择正确的封装材料(通常是某种类型的阻隔膜)对于防止器件性能的损失至关重要。所需的封装剂属性包括:
造成不同封装材料性能差异的原因包括:材料热性能(Tg、热膨胀、稳定性)的差异，溶剂不同且固化不完全，或者衬底与活性层热膨胀不匹配。
传感器类型
材料的选择也取决于要制造的传感器的类型。其中最基本的是温度传感器。
温度
温度测量对工业4.0应用至关重要——更不用说智能建筑、汽车、军事和航空航天……几乎任何环境(图2)。随着这一功能变得越来越复杂，它需要更简化的解决方案，更容易实现。
图2。准确、灵活的温度测量和监测对我们的整体福利至关重要。[资料来源:PST Sensors]
由于温度测量至关重要，PST传感器公司首席执行官Margit Harding为物联网创造了“温度互联网”一词，并指出，“作为最常测量的物理量，温度测量在任何地方都是需要的。”有许多不同类型的传感器用于测量温度，该领域的公司发现，有些传感器比其他传感器更适合灵活的应用。
例如，PST传感器专注于印刷热敏电阻——其电阻随温度变化呈指数变化的热敏电阻——该公司采用实际硅，将其分解成非常细的碎片，然后印刷。其目标是实现超越传统要求的最先进的传感技术。正如该公司所指出的那样，在物联网时代(在两种意义上)，比较单个序列和数据并执行单个操作的传统控制循环不再适用。如今，由于物联网和打印传感器电子产品，相关数据集可以进行比较，并执行多个操作。
Brewer Science认为这一事实为温度传感器阵列提供了强有力的证据，该公司提供了灵活的混合电子(FHE)系统，非常适合在狭窄区域的密闭空间中测量温度，而典型的硅传感器无法容纳。FHE阵列是测量多点表面温度的关键。该公司的传感器基于电阻式温度检测(RTD)技术，该技术通过让低电流通过电极并测量电极上的压降来测量温度。
水分
可测量和监测湿度水平的印刷传感器是工业4.0的另一个日益重要的应用。Brewer Science公司提供的碳基电阻型传感器就是一个例子，它能对10毫秒内的湿度波动做出反应，功耗非常低，并且可以打印在任何表面上。该传感器可以与许多商用设备集成，包括速度较慢(但准确)的现有水分传感器，从而在单个传感器系统中实现高速度和高精度。
在前面描述的每个关键市场领域，水分过多或过少都会产生不利影响——当然，考虑到作物种植的敏感性质，农业技术是水分传感器的主要候选者。Donald Danforth植物科学中心的高级研究科学家Nadia Shakoor博士指出，打印传感器在这一领域有很多应用(见图3)。
图3。印刷传感器在测量和监测与植物和作物技术有关的一系列重要参数方面具有巨大的应用潜力。(来源:丹弗斯)
Shakoor博士证实，未来成功的农业和育种业务将在很大程度上依赖于传感器技术。她进一步指出，传感器必须具备以下所有功能，才能在农业应用中可行:
未来的智能农场将广泛使用传感器，包括由可持续能源供电，许多功能自动化，使农民和工程师能够专注于优化操作。
处理漂移
虽然打印传感器为一系列应用提供了许多优势，但可能导致精度问题的一个挑战是传感器漂移，这是由传感器的不太刚性，更灵活的结构引起的。传感器漂移是一个常见问题，可能导致温度测量读数不准确，传感器漂移可能是由环境污染、振动或极端温度波动引起的——基本上传感器表面的温度读数可能会变化。
通过正确选择衬底、传感器材料和制造工艺，可以提高印刷传感器的性能。印刷温度传感器在-20°C至100°C范围内实现了0.5°C的精度，漂移(100°C/100天)<2.0°C。随着印刷传感器的使用范围扩大，制造商调整他们的产品以适应客户的反馈和要求，这些数字只会提高。
电子产品
PE技术在能力和价值上增长的一种方式是通过观察用例，并确保他们不会对不同的市场采取一刀切的方法——特别是在针对消费应用和工业应用开发解决方案时。它们必须进行调整以适应个别市场的需要。
Xymox Technologies的印刷电子产品主管Dean Hotvet非常简洁地阐述了这一点，他指出，技术本身并不是任何应用的最佳方法。为了成功实施，传感器需要三个关键因素:
1)效率——消费者和工业应用很少是可互换的，因为市场有不同的需求，在向消费者部门介绍新产品时，“梦想领域”的心态很少起作用。如果你不能提高效率或解决问题，你的传感器产品就无法立足。
2)真实需求-传感器需要电子器件，但客户更关心完整的解决方案而不是新材料，特别是在消费领域。确保你提供的是客户真正需要的东西，而不是一部分，这很重要。例如，你可以设计一款具有市场上最新、未来感的智能手机，但如果它没有触摸功能，用户就不会感兴趣。
3)生态系统——客户和供应商的生态系统并不总是一致的。再看看触摸屏的例子，工业设备制造商的要求可能与基于消费产品的触摸屏输入生态系统不同步。这两者之间有许多不同的因素——终端用户体验、设计周期、供应链问题，以及产品何时“报废”。传感器制造商和他们的客户必须在相同的原则下运作，以确保利益相关者的需求得到满足。
合作伙伴关系
创建有效的生态系统需要客户和供应商之间的合作和公开对话。这包括一些可能拥有竞争性技术的公司，如Brewer Science和PST，在开放的场所一起讨论，共同的目标是帮助改进技术和推动市场。
这是SEMI/FlexTech Alliance和NextFlex等组织的重要功能之一。他们帮助连接开发人员、供应商和制造商，以便他们能够共同开发新的解决方案和互惠互利的机会。由于这些协会还注重建立涉及学术界、政府和非营利组织的公私伙伴关系，因此它们可以与企业伙伴关系并行建立。
底线是印刷电子传感器市场将继续增长，在所有投资的支持和合作下，使其取得成功。
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
留下回复