芯耀
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可印刷和柔性電子產(chǎn)品正在成為物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域眾多新興應(yīng)用中的一員，隨著技術(shù)的進(jìn)步，這些技術(shù)背后的市場(chǎng)也在隨之而變。
柔性傳感器可用于多種物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域，譬如：農(nóng)業(yè)、醫(yī)療保健、健康監(jiān)測(cè)等。某些類型的柔性設(shè)備對(duì)物聯(lián)網(wǎng)來說則至關(guān)重要，特別是在可穿戴式的產(chǎn)品上（如健身電子產(chǎn)品和智能手表）。
位于伯克利的傳感器公司 BeBop 就是一個(gè)例子，該公司用智能織物為 OEM 廠商開發(fā)柔性壓力傳感器。BeBop 的傳感器可以直接應(yīng)用到自行車頭盔、汽車座椅、數(shù)據(jù)手套、鞋子、服裝和方向盤產(chǎn)品中。智能織物傳感器最初是有 BeBop 創(chuàng)始人 Keith McMillen 為一家樂器公司開發(fā)，可以將儀器與計(jì)算機(jī)和軟件相結(jié)合。
圖 1：模塊化數(shù)據(jù)手套。來源 BeBOP 公司
IDTechEx 預(yù)測(cè)，可印刷、柔性和有機(jī)電子產(chǎn)品的市場(chǎng)規(guī)模將從今年的 292.8 億美元增長到 2027 年的 743.3 億美元。其中大部分收入來自有機(jī)發(fā)光二極管（OLED）在顯示器、照明、電視等領(lǐng)域的應(yīng)用。市場(chǎng)研究機(jī)構(gòu)還表示，未來還將運(yùn)用到可拉伸電子、邏輯電路、存儲(chǔ)器件和薄膜傳感器等新興領(lǐng)域。
圖 2：未來 10 年柔性電子的預(yù)測(cè)。資料來源：IDTechEx
IDTechEx 研究機(jī)構(gòu)還預(yù)測(cè)，未來十年，可拉伸電子產(chǎn)品市場(chǎng)規(guī)模將會(huì)達(dá)到 6 億美元，在 2020 年，柔性電子產(chǎn)品的市場(chǎng)規(guī)模將達(dá)到 132.3 億美元。
加利福尼亞州舉辦的 2017 年 FLEX 大會(huì)上，F(xiàn)lex 的高級(jí)工程師 Anwar Mohammed 在加利福尼亞州舉辦的 2017 年 FLEX 大會(huì)上談及了柔性混合電子（混合印刷與基于 CMOS 的組件）、印刷導(dǎo)體和卷式可拉伸電路等主題。他表示：“如今的印刷存儲(chǔ)器、印刷晶體管、印刷壓力傳感器、印刷壓力傳感器都在創(chuàng)造很多美妙的事情。”
他還表示，可導(dǎo)電的紗線能織成衣服。不僅如此，柔性電子產(chǎn)品也可以加入抗菌技術(shù)，這種技術(shù)可以具有疏水性和疏油性。
這位高級(jí)工程師還呼吁制定柔性電子行業(yè)的發(fā)展標(biāo)準(zhǔn)。他說“這算是一個(gè)全新的領(lǐng)域，我希望能看到印刷電池的發(fā)展，并且可以直接打印到衣服上，從而變成智能服裝?！?/p>
NextFlex 技術(shù)總監(jiān) Jason Marsh 表示，他們的財(cái)團(tuán)正在致力于在 FHE 中“降低風(fēng)險(xiǎn)”，并將學(xué)術(shù)界、企業(yè)、政府和非營利機(jī)構(gòu)聚集在一起。NextFlex 最近正在進(jìn)行大約 25 個(gè)項(xiàng)目，受到了 4000 萬美元的資金支持。該聯(lián)盟還與 IPC 協(xié)調(diào)，貿(mào)易協(xié)會(huì) The consortium coordinates with IPC, the trade association that develops and maintains standards for electronic assemblies and packaging.
這位技術(shù)總監(jiān)還表示，NextFlex 正在與 SEMI 和納米生物制造聯(lián)合會(huì)進(jìn)行柔性和印刷電池的研發(fā)。另一方面，該聯(lián)盟還在與美國織物研究中心和馬薩諸塞大學(xué)合作。
西門子公司的 Mentor 產(chǎn)品營銷經(jīng)理 David Wiens 也討論了他的電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化公司是如何處理 FHE 設(shè)計(jì)的。Mentor 利用印刷電路板設(shè)計(jì)工具來設(shè)計(jì)柔性混合電子產(chǎn)品，采用“優(yōu)化從概念到制造設(shè)計(jì)流程”的方法，來進(jìn)行 3D 設(shè)計(jì)和建模。
柔性混合電子產(chǎn)品就如同印刷電路板和 IC 封裝結(jié)合，Wiens 指出，20 世界 80 年代關(guān)于混合芯片和多芯片組件的經(jīng)驗(yàn)都與 FHE 相關(guān)，并且電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化也可以早日采用 FHE 技術(shù)。
健康領(lǐng)域
電子健康、遠(yuǎn)程醫(yī)療和無線傳感器網(wǎng)絡(luò)是柔性傳感器的另一個(gè)發(fā)展機(jī)遇。
Libelium 的大客戶經(jīng)理 David Bordonada 說：“全球有 20 億人沒從醫(yī)療保健系統(tǒng)受益”。David Bordonada 主要從事物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域，他曾經(jīng)將 Libelium 的 Waspmote 傳感器平臺(tái)推到了教育機(jī)構(gòu)上。
遠(yuǎn)程醫(yī)療是通過互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行醫(yī)療診斷等行為，就可以讓擁有家庭醫(yī)療監(jiān)測(cè)的人省去了去醫(yī)院的煩惱。根據(jù)澳大利亞聯(lián)邦科學(xué)和工業(yè)研究組的數(shù)據(jù)，采用遠(yuǎn)程醫(yī)療技術(shù)可以節(jié)省數(shù)十億美元的公共衛(wèi)生服務(wù)費(fèi)用。
Bordonada 表示，通過采用無線傳感器和基于云服務(wù)，醫(yī)療保健可以顯著降低成本，不僅如此，這種低成本傳感器還能用于早期發(fā)現(xiàn)兒童疾病。Libelium 公司一直在幫助減少多米尼加共和國的母親分娩死亡率。
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連網(wǎng)番茄
顧問機(jī)構(gòu) Experience Co-Creation Partnership 的創(chuàng)辦人暨總裁 Francis Gouillart 介紹了與 Analog Devices 公司的“連網(wǎng)番茄”(Internet of Tomatoes)項(xiàng)目，該項(xiàng)目采用柔性混合傳感器，通過對(duì)植物種子播種到成熟的檢測(cè)，并將收獲的番茄通過食品供應(yīng)鏈進(jìn)行運(yùn)輸。這就是為農(nóng)業(yè)和食品提供的區(qū)塊鏈技術(shù)。
圖 3：連網(wǎng)番茄
根據(jù) Gouillart 描述，濕度、溫度等環(huán)境傳感器被用在了番茄農(nóng)場(chǎng)里，一旦選擇檢測(cè)番茄，那么傳感器就可以隨時(shí)關(guān)注他們的狀態(tài)。
他還說：“40%的番茄被浪費(fèi)了成長、運(yùn)輸?shù)冗^程中。”
根據(jù)“聯(lián)邦食品安全現(xiàn)代化法案”，買家可以縮短對(duì)政府的監(jiān)管報(bào)告周期。Gouillart 表示，“區(qū)塊鏈在其中發(fā)揮了作用”。小農(nóng)場(chǎng)也能從精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)化中受益，“吃在地、當(dāng)季食物”(locavore)可以實(shí)現(xiàn)商業(yè)化，傳感器技術(shù)還能模擬出成熟度和對(duì)味道的預(yù)測(cè)。
Gouillart 還概述了農(nóng)業(yè)和食品行業(yè)面臨的十大問題，并討論了傳感器技術(shù)是如何去化解這些難題的。
Gouillart 目前還擔(dān)任 Stock Pot Malden 的 CEO，該公司在波士頓，為建立健康、可持續(xù)的農(nóng)業(yè) / 食品鏈?zhǔn)称返钠髽I(yè)家的共享廚房孵化器。
未來
OE-A（印刷和柔性電子的國際協(xié)會(huì)）的一個(gè)工作組公布了 3 月份第七版“有機(jī)和印刷電子路線圖”。NovaCentrix 的首席營銷官兼 OE-A 的成員 Stan Farnsworth 指出，奧迪 TT 2017 款使用了集成 OLED 技術(shù)的保險(xiǎn)杠。這是使用該技術(shù)的第一款車。
他說，可彎曲 OLED 顯示屏在智能手機(jī)、智能手表和電視機(jī)領(lǐng)域普及，隨著印刷電池和超級(jí)電容器的興起，以后這些集成智能系統(tǒng)技術(shù)正在為物聯(lián)網(wǎng)、可穿戴設(shè)備、健康領(lǐng)域發(fā)揚(yáng)光大。
Farnsworth 表示，目前已經(jīng)能夠開發(fā)出完整的射頻識(shí)別和近場(chǎng)通信標(biāo)簽。OLED 在壽命和發(fā)光度上都在提高，有機(jī)印刷電子產(chǎn)品的“關(guān)鍵參數(shù)”在未來將會(huì)在標(biāo)準(zhǔn)和成本、可靠性上得到提高。
美國密蘇里州的一家名為 Brewer Science 公司，主要涉及先進(jìn)光刻、晶圓級(jí)封裝材料和印刷電子產(chǎn)品。它生產(chǎn)了 InFlect 傳感器，可以使用導(dǎo)電碳結(jié)來檢測(cè)到外部所受的刺激。Brewer 公司還有柔性可彎曲傳感器，用來檢測(cè)水分和溫度。
Brewer 的印刷電子業(yè)務(wù)經(jīng)理表示“物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用范圍非常廣泛，這種印刷和柔性電子技術(shù)非常柔軟，非常適合用于物聯(lián)網(wǎng)。可穿戴設(shè)備也代表著一種新興物聯(lián)網(wǎng)趨勢(shì)，它也需要更加柔性的底板?！?/p>
圖 4：柔性傳感器
他還表示，這些產(chǎn)品可以進(jìn)入到任何關(guān)乎網(wǎng)絡(luò)的地方，那些在衣服或個(gè)人設(shè)備、可穿戴設(shè)備的印刷傳感器就有數(shù)以萬億記的潛力。
比如，水分傳感器可用于精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)，土壤水分的監(jiān)測(cè)對(duì)生長葡萄而言更重要。這種用于物聯(lián)網(wǎng)的大型傳感器也是釀酒廠的一個(gè)強(qiáng)大生產(chǎn)力工具。
Brewer 的印刷傳感器易于使用，尤其在施工方面，技術(shù)先進(jìn)又不復(fù)雜。在未來 Brewer 還期待開發(fā)出 PH 傳感器、水分析傳感器和氫氣傳感器等產(chǎn)品。
物聯(lián)網(wǎng)和 PFE 技術(shù)在這些領(lǐng)域還有很長的發(fā)展道路要走。
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