Elektronika drukowana w opakowaniach

Zastosowanie elektroniki drukowanej w opakowaniach

Elektronika drukowana to niezwykle pojemny termin. Służy do opisania elektroniki drukowanej na elastycznych i organicznych materiałach. Pełną zdolność produkcyjną osiągnięto już dla techniki sitodrukowej; przed pozostałymi technikami nadal stoją wyzwania i zmuszeni jesteśmy oglądać jedynie modele demonstracyjne. Naukowcy nadal koncentrują się na opracowaniu funkcjonalnych farb umożliwiających druk na niekonwencjonalnych materiałach. Na co możemy natknąć się w opakowaniach? Najczęściej będą to proste układy - ścieżki przewodzące.

fot-6

fot-6-1
Fot. 6. Przykład etykiety RFID i NFC

Najbardziej rozpowszechnione są obecnie etykiety RFID i NFC, w których nadrukowana ścieżka o zadanym kształcie pełni funkcję anteny pozwalającej na odczyt drogą radiową informacji zapisanych w układzie scalonym. Znajdują one zastosowanie w różnych gałęziach przemysłu do identyfikacji produktów lub ich zabezpieczenia przed kradzieżą. Najczęściej są to układy pasywne bez źródła zasilania.

Norweska firma Thinfilm koncentruje się na tworzeniu internetu rzeczy (internet of things), wykorzystując zalety drukowanej elektroniki. Produkuje etykiety stosujące technologię komunikacji bliskiego zasięgu (NFC) do umieszczania na przedmiotach codziennego użytku (a nie na pudełku/palecie/obudowie). Tego typu rozwiązania pozwalają zintegrować etykietę ze smartfonem lub innym urządzeniem elektronicznym. Opracowane przez tą firmę etykiety zintegrowane - z czujnikiem temperatury, opcjonalnym wyświetlaczem elektrochromowym - rejestrują warunki podczas transportu i przechowywania, co może być przydatne zwłaszcza w odniesieniu do wyrobów medycznych i wrażliwych produktów spożywczych. Tego typu systemy są stale rozwijane.

Inny przykład stanowią cienkie i elastyczne baterie zintegrowane z opakowaniami, które nie zawierają toksycznych materiałów i można je wykorzystywać do zasilania jednorazowych struktur elektronicznych. W połączeniu z minidiodami LED pozwalają nadać opakowaniom nową jakość.

fot-7
Fot. 7. Opakowanie HiLight – smart LEDs® (źródło: www.karlknauer.pl)

Wydaje się, że zastosowaniem elektroniki drukowanej w opakowaniach zainteresowani są obecnie w przeważającej mierze jej producenci, kierujący się ku towarom premium. Jednak elektronika drukowana to młoda i rozwijająca się technologia, o szerokim zakresie zastosowań.

Spojrzenie na przyszłość

Pomimo tego, że technologia elektroniki drukowanej rozwija się bardzo szybko, to jest do pokonania jeszcze niemało wyzwań. Jednym z głównych jest opracowanie nowych receptur farb. Wciąż prowadzi się wiele badań nad stworzeniem funkcjonalnych farb przewodzących i materiałów, które pozwolą zredukować koszty produkcji. Ważne są również zagadnienia związane z kompatybilnością farb i podłoży, przekładające się na ostateczną rozdzielczość i powtarzalność drukowanych wzorów.

Kolejnymi wyzwaniami są wydajność i niezawodność elektroniki drukowanej w porównaniu z tradycyjną elektroniką opartą na krzemie. Ale trzeba też zdawać sobie sprawę, że technologie te służą do innych celów.

Nadal nierozwiązany pozostaje problem miniaturyzacji podzespołów w elektronice drukowanej. Co przyniesie przyszłość? Czy doczekamy się w pełni zintegrowanych układów elektronicznych otrzymywanych technikami drukarskimi? Czas pokaże. Przyszłość należy do tych, którzy się nie poddadzą. 

Dr Karol Niciński, dr inż. Jacek Hamerliński

Źródła
Wasiak W., Stan i perspektywy rynku opakowań w Polsce, „Świat Druku”, Wydanie Jubileuszowe, 7-8, 2018, ss. 30-32
Michańków A., Rola opakowania w marketingu, Fresh Agencja Brandingowa, 21.07.2019 
[https://www.fresh.com.pl/rola-opakowania-w-marketingu/, dostęp: 18.05.2021]
Jakubowska M., Słoma M., Janczak D., Wróblewski G., Elektroniczne materiały dla inteligentnych wyrobów, materiały z konferencji naukowo-technicznej „Innowacyjne metody wytwarzania inteligentnych produktów” organizowanej przez Centralny Ośrodek Badawczo-Rozwojowy Przemysłu Poligraficznego, 28.10.2015, Millenium Plaza, Warszawa, ss. 21-30
Opakowania u progu rewolucji - rozmowa z Małgorzatą Jakubowską i Grzegorzem Wróblewskim, „Świat Druku”, 3, 2017, ss. 36-38
Printed Electronics Market Research Report: By Component (Printer, Material), Application (Display, Photovoltaics, Lighting, Sensors, RFID Tags, Batteries), End User (Automotive & Transportation, Consumer Electronics, Healthcare, Retail & Packaging, Aerospace & Defense, Construction & Architecture) - Global Industry Trends Analysis and Growth Forecast to 2030 
[https://www.psmarketresearch.com/market-analysis/printed-electronics-mar-ket#:~:text=The%20printed%20electronics%20market%20revenue%20is%20projected%20to,2030%2C%20witnessing%20a%20CAGR%20of%2022.4%25%20during%202020%E2%80%932030, dostęp 20.05.2021]
Cierpiszewski R., Opakowania inteligentne, „Acta Poligraphica”, 6, 2015, ss. 9-18
Kaczmarek S., Mikroelektronika [http://skaczmarek.zut.edu.pl/Mikroelektronika.pdf, dostęp: 20.05.2021]
Agianniotis N., Printed electronics and their applications, 10.12.2020 
[https://www.google.com/url?sa=t&rct=j&q=&esrc=s&source=web&cd=&cad=rja&uact=8&ved=2ahUKEwiOiICGq9rwAhUGKuwKHRXzBJIQFjAAegQIBBAD&url=https%3A%2F%2Fforcetechnology.com%2F-%2Fmedia%2Fforce-technology-media%2Fpdf-files%2Fiot-and-digital-technology%2Funnumbered%2Fprinted-electronics-and-their-applications-whitepaper.pdf&usg=AOvVaw1THYMzMnmbsafKbKrZ2LUl, dostęp 21.05.2021]
Rodriguez B.M., Inkjet and screen printing for electronic applications, 2016 
[https://www.google.com/url?sa=t&rct=j&q=&esrc=s&source=web&cd=&cad=rja&uact=8&ved=2ahUKEwjLzdqBrNrwAhX6wAIHHQ8VA0kQFjAAegQIBhAD&url=https%3A%2F%2Fwww.tdx.cat%2Fbitstream%2Fhandle%2F10803%2F400486%2FBMR_THESIS.pdf%3Fsequence%3D1%26isAllowed%3Dy&usg=AOvVaw0sogRwtC2DP_qVkA324tgC, dostęp 21.05.2021]
Sun Q., Electronic Biomaterials Towards Flexible Sensors: A Review, Biosensors & Bioelectronics, 119, 2018, ss. 237-251
Niciński K., Elektronika drukowana i jej zastosowanie w opakowaniach, IV Konferencja Edukacyjna „Innowacyjna poligrafia w opakowaniach” organizowana przez Centralny Ośrodek Badawczo-Rozwojowy Przemysłu Poligraficznego, MPT, Poznań 2018