Energieversorgung von intelligenten Objekten

Weltweit sind heute Schätzungen zufolge schon mehr als 20 Milliarden vernetzte Gegenstände im Einsatz. Ein limitierender Faktor ist jedoch nach wie vor die Energieversorgung dieser "smart objects". Forschende der Fraunhofer EMFT haben ein neuartiges Chip-Folien-Package entwickelt, das hochminiaturisierte, effiziente Energieversorgungsmodule ermöglichen soll.

Die Arbeiten waren Teil des Ende 2020 abgeschlossene EU-Projekt EnSO (Energy for Smart Objects): 39 Unternehmen, Universitäten und Forschungseinrichtungen aus acht Ländern, darunter auch Forschende der Fraunhofer EMFT, haben eine neuartige Elektronik-Technologieplattform für robustere und hochminiaturisierte Energieversorgungsmodule für Elektroniksysteme konzipiert. Darüber hinaus wurden neuartige, wieder aufladbare Mikrobatterien entwickelt, die durch Energie aus der Umwelt, z.B. aus Temperaturunterschieden oder Sonnenlicht, nachgeladen werden können.

Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler der Fraunhofer EMFT haben im Rahmen des Vorhabens eine neuartiges Chip-Folien-Package für die Power Management Chips entwickelt, einem wesentlichen Baustein von Mikro-Energiequellen. Neben seiner geringen Bauhöhe von unter 200 µm ist es auch mechanisch flexibel, kann also bis zu einem gewissen Grad biegebelastet werden. Die Anschlusskontakte des neuen Packages sind dabei vollständig kompatibel zu herkömmlichen Chip-Packages vom QFN-Typ.

Die erforderlichen Fertigungsprozesse können auch im Rolle-zu-Rolle-Verfahren durchgeführt werden, so dass ein Scale-up der Fertigung auf den Pilot-Anlagen der EMFT möglich wäre. In Zuverlässigkeitsuntersuchungen zeigten die neuen Chip-Folien-Packages eine hohe Widerstandsfähigkeit gegenüber mechanischen und umgebungsbedingten Belastungen wie Biegestress, schnellen Temperaturwechsel und Feuchte. 

Das Projekt wird durch die ECSEL-Initiative im Europäischen Rahmenprogramm für Forschung und Innovation „HORIZON 2020“ (grant agreement no. 692482) sowie das BMBF gefördert.