~)praxis~wissen

Chip-Technologie fª Textilien des 21. Jahrhunderts I n f i n e o n T e c h n o l o g i e s s t e l l t e e r s t m a l s P r o t o t y p e n f u n k t i o n s f ~ h i g e r , r o b u s t e r u n d a l l t a g s t a u g l i c h e r I m p l e m e n t i e r u n g e n v o n M i k r o e l e k t r o n i k s c h a l t u n g e n in , , s m a r t e n " Tex t i l i en b z w . K l e i d u n g vor.

Hochintegrierte Chips und Sensoren mit geringster Leistungsaufnahme werden direkt in textile Gewebe eingen~.ht oder eingewebt und erm5glichen so die voll- st&ndige Integration elektronischer Appli- kationen in Kleidungsstª Damit sind die Weichen fª eine nahtlose und zuver- I&ssige Integration elektronischer Funk- tionalit&t in Kleidungsstª (Wearable Electronics) gestellt.

Infineon Technologies hat jetzt die Grundlagentechnologien vorgestellt, die Textilhersteller, Konfektion&re und Mode- designer in vision&re, innovative und preiswerte Produkte umsetzen k5nnen.

In Zusammenarbeit mit Partnern aus der Textil- und I~ekleidungsbranche hat die Forschungsabteilung von Infineon Prototypen und Designmuster realisiert, die beispielhatt die Integration von Elek- tronik in Textilien zeigen. Prinzipiell wer- den dabei Chips und sehr kleine Senso- ten in speziellen ,,Geh&usen" auf die tex- tilen Gewebe aufgebracht, w&hrend in den Stoff eingewebte feine Leiterbahnen fª die elektrischen Verbindungen sor- gen. Zu der Vielzahl denkbarer Anwen- dungsfelder geh5ren Infotainment und Kommunikation, aber auch Logistik, Me- dizin und Sicherheit. Entsprechend breit ist auch das Chip-Portfolio von Infineon, das fª unterschiedliche textil-elektroni- sche Applikationen genutzt werden kann. Dazu z&hlen unter anderem Mikro- controller und DSPs, Bluetooth-, GPS- und GSM-L5sungen, Speicherkarten, RFID-LOsungen sowie biometrische Sensoren.

1. Audiomodul als ein Anwendungs- beispiel Als erstes denkbares Anwendungsbei- spiel pr&sentierte Infineon ein Audiomo- dul, das fertigungsgerecht in die Klei- dung eingearbeitet werden kann. Neben der Sicherung der Funktionalit&t - bei- spielsweise als MP3-Player - wurde groBer Wert auf das robuste und textilge- rechte Design gelegt. Die Komponenten sind so ausgelegt, dass die Elektronik und die Verbindungen zwischen den tex- tilen Strukturen den Tragekomfort nicht beeinflussen, den Betrieb einfach und komfortabel gestalten und die Kleidung

Wearable Electronics: Infineon stellt Basis- technologien fª ,,intelligente" Kleidung vor

Als ein Anwendungsbeispiel fª ,,intelli- gente" Stoffe pr&sentiert Infineon ein Audio- modul, das fertigungsgerecht in die Kleidung eingearbeitet werden kann

gewaschen werden kann, ohne die Elek- tronik entfernen zu mª

Das Designkonzept besteht aus vier Einheiten: Audio-Chip-Modul, abnehmba- res Batterie-/Multimediacard(M MC)-Mo- dul, Kopfh6rer/Mikrofon und flexible Sen- sortastatur. Die genannten Komponenten sind elektrisch ª Gewebeb&nder mit implementierten Leitungen verbunden. Der Audio-Chip kann direkt mit Mikrofo- nen, Kopfh6rern, Speichern, Tastaturen, Displays, Sensoren und Aktoren verbun- den werden. Die Software definiert die Betriebsart des Audiomoduls: MP3-Play- er, sprecherunabh&ngige Spracherken- nung, Text/Sprach-Umsetzung, Musik- synthesizer etc. sind m~glich. Das Modul

misst nur 25 mm x 25 mm x 3 mm. Das Batterie- und MMC-Modul (Ge-

wicht rund 50 g) beinhaltet eine Li-lonen- Polymer-Batterie fª einen mehrstª gen Betrieb und wird mit einem einfa- chen Stecker an der Kleidung befestigt. Die MMC bietet eine Kapazit&t von 64 MB fª digitale Audiodaten. Das Modul kann einfach entnommen und per PC mit Daten versorgt werden. Die MMC kann auch mit digitalen Kameras, PDAs oder mobilen Telefonen genutzt werden.

Die flache Tastatur wird aus metalli- sierten Folien auf einem leitenden Gewe- beband realisiert. Die Metallfolien sind mit einem adh&siven Kleber befestigt, der in der Kleidungsindustrie genutzt wird. Ein winziges Sensormodul ist mit den Metallfolien verbunden und regi- striert die ,,Bet&tigung" der Pads. Das Kopfh6redMikrofon-Set ist ebenfalls ª das Gewebeband mit dem Audio- modul verbunden.

Ein wesentliches Kriterium fª die AII- tagstauglichkeit stellt die Verbindungs- struktur zwischen den Textilien und der Elektronik dar. Grunds&tzliches Problem ist dabei der Gr6Benunterschied der Strukturen, die im Mikrometerbereich bei den Chips und Millimeterbereich bei den Textilien liegen. Infineon setzt dabei auf zwei verschiedene Methoden. Einmal kann das Chip-Modul auf &hnliche Weise wie beim Wirebond-Verfahren mit den leitenden Gewebeb&ndern verbunden werden. Im anderen Fall wird eine flexible Plastikfolie (&hnlich einer flexiblen Leiter- platte) mit aufgebrachten Verbindungs- Pads genutzt, die mit der textilen Struk- tur verklebt bzw. verl5tet wird. In beiden F&llen sind das Modul und der Verbin- dungsbereich hermetisch gekapselt.

Mit der MP3-1mplementierung de- monstrierte Infineon die funktionsf&hige, fertigungsgerechte und robuste Elektro- nikintegration in ,,smarte" Textilien. Die- ser Ansatz bietet Raum fª vielf&ltige Er- weiterungen, zu denen etwa auch der Einsatz von Fingerprint-Sensoren oder drahtlosen Daten-Transceivern gehSren.

2. Thermogenerator nutzt K6rper- w~rme zur Stromversorgung Ein wesentliches Kriterium fª die kom-

hef t6 Juni 2002 a l I

~Ÿ praxis&wissen

fortable Integration von Elektronik in ,,smarten" Textilien ist eine sehr geringe Leistungsaufnahme, ein ausgefeiltes Po- wer-Management und eine innovative Stromversorgung. Vor diesem Hinter- grund demonstrierte Infineon das Kon- zept eines Thermogenerators, der die K5rperw&rme zur Stromversorgung elek- tronischer Komponenten nutzt. Ziel die- ses Ansatzes sind letztendlich Beklei- dungsapplikationen ohne Batterie.

Miniaturisierte Thermogeneratoren k6nnen die Temperaturdifferenz zwischen der K6rperoberfl~.che und der umgeben- den Kleidung zur Erzeugung von elektri- scher Energie nutzen. Dieses Prinzip wur- de bereits in speziellen Applikationen wie etwa der Raumfahrt eingesetzt. Neue thermoelektrische Materialien, reduzierte Leistungsaufnahme der Chips und gerin- gere Produktionskosten erschlieBen nun ein erweitertes Anwendungsfeld.

Infineon hat einen neuen Silizium-ba- sierten Thermogenerator-Chip ent- wickelt, der eine elektrische Ausgangslei- stung von einigen MW/cm2 erreicht. Un- tersuchungen von Infineon haben ge- zeigt, dass unter moderaten Umge- bungsbedingungen Temperaturunter- schiede von mindestes 5 ~ zwischen der Kleidung und der Hautoberfl&che auftreten. Unter diesen Gegebenheiten kann der neue Thermogeneratorchip un- ter Last mehr als 1,0 MW/cm2 und eine Spannung von 5 V/cm2 bereitstellen, ausreichend fª den Betrieb von speziel- len medizinischen Sensoren oder Mikro- elektronik-Chips. So k6nnten z. B. mit ei- ner entsprechenden Implementierung in ,,smarter" Kleidung Puls, Herzschlag oder K6rpertemperatur ª und

Infineon demonstriert ein Konzept eines Thermogenerators, der die K6rperw&rme zur Stromversorgung elektronischer Komponen- ten nutzt

zur Anzeige drahtlos an eine Armbanduhr ª werden. Auch eine Anwen- dung mit modernen H6rger&ten ist denk- bar, wobei der relativ hohe Kostenauf- wand fª die Batterien reduziert werden k6nnte.

3. Breites Spektrum kª Applikationen Die jetzt vorgestellten Prototypen von In- fineon zeigen exemplarisch die praxisge- rechte Adaptierung ron Mikroelektronik in rnoderne Kieidungsstª und Acces- soires. Mit der Bereitstellung dieser Ba- sistechnologien er6ffnet sich ein neuer

innovativer Markt fª die Textil- und Be- kleidungsindustrie. Das Spektrum kª ger Applikationen ist breit gef&chert und wird sich durch neue Chip-Generationen und -Technologien noch erweitern. Mit seiner breiten Produktpalette und um- fangreichen Fertigungs-Expertise ist Infi- neon bestens positioniert, um z. B. Pro- duktentwicklungen fª ,,smarte" Kleidung mit integrierter Mobiltelefon-, GPS- oder Bluetooth-Funktionalit~it fª Kommunika- tions-, Ortungs- und Sicherheits-Aufga- ben zu unterstª Weitere m6gliche Anwendungen reichen von der Integrati- on von Unterhaltungselektronik oder Spielen im Freizeitbereich bis hin zu Auf- gaben im Pflegebereich oder in der Me- dizin. Warenlogistik, Produktkennung oder Plagiatschutz sind ebenfalls interes- sante Anwendungsbereiche der ,,Weara- ble Electronics".

4. • Infineon Infineon Technologies AG, Mª bie- tet Halbleiter- und Systeml6sungen fª Anwendungen in der drahtgebundenen und mobilen Kommunikation, fª Sicher- heitssysteme und Chipkarten, fª die Au- tomobil- und Industrieelektronik sowie Speicherbauelemente. Infineon ist welt- weit t&tig und steuert seine Aktivit&ten in den USA aus San Jose, Kalifornien, im asiatisch-pazifischen Raum aus Singapur und in Japan aus Tokio. Mit weltweit rund 33.800 Mitarbeitern erzielte Infineon im Gesch~,ftsjahr 2001 (Ende September) einen Umsatz von 5,67 Mrd. Euro.

Informationen: Infineon Technologies AG, Rainer Sch~nrock, D-81609 Mª Telefon +49 (89) 234 29593-28482, E-Mail: rainer.scheonrock@infi- neon.com, Internet: www.infineon.com

Herausforderungen an die neue Messtechnik Das Recht , bzw, die Norm als s taa t l i che S c h a d e n s v o r s o r g e , b e f i n d e t s ich im n a t u r w i s s e n s c h a f t - l i c h - t e c h n i s c h e n W i s s e n s z e i t a l t e r s te ts in , ,notor ischer Versp~ tung" . Das N e u e ist p l6 tz l ich da, f ª v ie le dann ein Aha-Er lebn is ; es wi rd bald e ine Funkt ion der Ze i t . Z u m Besten - mi t m6gl i - c h e m N u t z e n f ª a l le - w i rd es ers t dann, w e n n es g e n o r m t ist. Auf K o s t e n der Zei t .

Im Folgenden werden zwei Beispiele hierzu aus dem Problemkreis der Netz- rª angefª

1. Herausforderung Nr. 1: europa- weiter Qualit~itsvergleich elektri- scher Energie Elektrische Energie wird in Europa jeder-

mann, an jedem Ort zur Verfª ge- stellt. Realisiert wird dies im europ&i- schen Verbundnetz. Die Physik dieses Versorgungsnetzes bedingt, dass die ein- gespeiste Energie in jedem Moment dem Verbrauch entspricht; eine Speicherung elektrischer Energie findet so gut wie nicht statt. Daraus folgt: Das europ&i-

sche Verbundnetz ist ein Online-System fª elektrische Energie. Diese wird im sel- ben Augenblick irgendwo in Europa er- zeugt, durch Europa transportiert und ir- gendwo in Europa genutzt.

Zwei pr&gende Ver&nderungen fª den elektrischen Energiemarkt gab es 1998:

a 1 2 e&i elektrotechnik und informationstechnik