Infineon stellt Basis-Technologien für "intelligente" Kleidung vor

Wearable Electronics - umfangreiche Expertise in Halbleiterfertigungs- und Verbindungstechnik ermöglicht robuste und zuverlässige Chip-Integration

München, 26. April 2002 – Infineon Technologies stellte erstmals Prototypen funktionsfähiger, robuster und alltagstauglicher Implementierungen von Mikroelektronik-Schaltungen in „smarten“ Textilien bzw. Kleidung vor. Damit sind die Weichen für eine nahtlose und zuverlässige Integration elektronischer Funktionalität in Kleidungsstücke (Wearable Electronics) gestellt: Hochintegrierte Chips und Sensoren mit geringster Leistungsaufnahme werden direkt in textile Gewebe eingenäht oder eingewebt und ermöglichen so die vollständige Integration elektronischer Applikationen in Kleidungsstücke. Infineon Technologies hat jetzt die Grundlagentechnologien vorgestellt, die Textilhersteller, Konfektionäre und Modedesigner in visionäre, innovative und preiswerte Produkte umsetzen können.

In Zusammenarbeit mit Partnern aus der Textil- und Bekleidungsbranche hat die Forschungsabteilung von Infineon Prototypen und Designmuster realisiert, die beispielhaft die Integration von Elektronik in Textilien zeigen. Prinzipiell werden dabei Chips und sehr kleine Sensoren in speziellen „Gehäusen“ auf die textilen Gewebe aufgebracht, während in den Stoff eingewebte feine Leiterbahnen für die elektrischen Verbindungen sorgen. Zu der Vielzahl denkbarer Anwendungsfelder gehören Infotainment und Kommunikation, aber auch Logistik, Medizin und Sicherheit. Entsprechend breit ist auch das Chip-Portfolio von Infineon, das für unterschiedliche textil-elektronische Applikationen genutzt werden kann. Dazu zählen unter anderem Mikrocontroller und DSPs, Bluetooth-, GPS- und GSM-Lösungen, Speicherkarten, RFID-Lösungen sowie biometrische Sensoren.

Audio-Modul

Als erstes denkbares Anwendungsbeispiel präsentierte Infineon ein Audio-Modul, das fertigungsgerecht in die Kleidung eingearbeitet werden kann. Neben der Sicherung der Funktionalität – beispielsweise als MP3-Player - wurde großer Wert auf das robuste und textil-gerechte Design gelegt. Die Komponenten sind so ausgelegt, dass die Elektronik und die Verbindungen zwischen den textilen Strukturen den Tragekomfort nicht beeinflussen, den Betrieb einfach und komfortabel gestalten und die Kleidung gewaschen werden kann, ohne die Elektronik entfernen zu müssen.

Das Design-Konzept besteht aus vier Einheiten: Audio-Chip-Modul, abnehmbares Batterie-/Multimediacard(MMC)-Modul, Kopfhörer/Mikrofon und flexible Sensor-Tastatur. Die genannten Komponenten sind elektrisch über Gewebebänder mit implementierten Leitungen verbunden. Der Audio-Chip kann direkt mit Mikrofonen, Kopfhörern, Speichern, Tastaturen, Displays, Sensoren und Aktoren verbunden werden. Die Software definiert die Betriebsart des Audio-Moduls: MP3-Player, sprecherunabhängige Spracherkennung, Text/Sprach-Umsetzung, Musiksynthesizer, etc. sind möglich. Das Modul misst nur 25 mm x 25 mm x 3 mm.

Das Batterie- und MMC-Modul (Gewicht rund 50 g) beinhaltet eine Li-Ionen-Polymer-Batterie für einen mehrstündigen Betrieb und wird mit einem einfachen Stecker an der Kleidung befestigt. Die MMC bietet eine Kapazität von 64 Mbyte für digitale Audio-Daten. 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 metallisierten Folien auf einem leitenden Gewebeband realisiert. Die Metallfolien sind mit einem adhäsiven Kleber befestigt, der in der Kleidungsindustrie genutzt wird. Ein winziges Sensor-Modul ist mit den Metallfolien verbunden und registriert die „Betätigung“ der Pads. Das Kopfhörer/Mikrofon-Set ist ebenfalls über das Gewebeband mit dem Audio-Modul verbunden.

Ein wesentliches Kriterium für die Alltagstauglichkeit stellt die Verbindungsstruktur zwischen den Textilien und der Elektronik dar. Grundsätzliches Problem ist dabei der Größenunterschied der Strukturen, die im Mikrometerbereich bei den Chips und Millimeter-Bereich bei den Textilien liegen. Infineon setzt dabei auf zwei verschiedene Methoden. Einmal kann das Chip-Modul auf ähnliche Weise wie beim Wirebond-Verfahren mit den leitenden Gewebebändern verbunden werden. Im anderen Fall wird eine flexible Plastikfolie (ähnlich einer flexiblen Leiterplatte) mit aufgebrachten Verbindungs-Pads genutzt, die mit der textilen Struktur verklebt bzw. verlötet wird. In beiden Fällen sind das Modul und der Verbindungsbereich hermetisch gekapselt.

Mit der MP3-Implementierung demonstrierte Infineon die funktionsfähige, fertigungsgerechte und robuste Elektronik-Integration in „smarte“ Textilien. Dieser Ansatz bietet Raum für vielfältige Erweiterungen, zu denen etwa auch der Einsatz von Fingerprint-Sensoren oder drahtlosen Daten-Transceivern gehören.

Thermogenerator

Ein wesentliches Kriterium für die komfortable Integration von Elektronik in „smarten“ Textilien ist eine sehr geringe Leistungsaufnahme, ein ausgefeiltes Power-Management und eine innovative Stromversorgung. Vor diesem Hintergrund demonstrierte Infineon das Konzept eines Thermogenerators, der die Körperwärme zur Stromversorgung elektronischer Komponenten nutzt. Ziel dieses Ansatzes sind letztendlich Bekleidungs-Applikationen ohne Batterie.

Miniaturisierte Thermogeneratoren können die Temperaturdifferenz zwischen der Körperoberfläche und der umgebenden Kleidung zur Erzeugung von elektrischer Energie nutzen. Dieses Prinzip wurde bereits in speziellen Applikationen wie etwa der Raumfahrt eingesetzt. Neue thermoelektrische Materialien, reduzierte Leistungsaufnahme der Chips und geringere Produktionskosten erschließen nun ein erweitertes Anwendungsfeld.

Infineon hat einen neuen Silizium-basierten Thermogenerator-Chip entwickelt, der eine elektrische Ausgangsleistung von einigen Mikrowatt/cm2 erreicht. Untersuchungen von Infineon haben gezeigt, dass unter moderaten Umgebungsbedingungen Temperaturunterschiede von mindestes 5 °C zwischen der Kleidung und der Hautoberfläche auftreten. Unter diesen Gegebenheiten kann der neue Thermogeneratorchip unter Last mehr als 1,0 Mikrowatt/cm2 und eine Spannung von 5 V/cm2 bereitstellen, ausreichend für den Betrieb von speziellen medizinischen Sensoren oder Mikroelektronik-Chips. So könnten z.B. mit einer entsprechenden Implementierung in „smarter“ Kleidung Puls, Herzschlag oder Körpertemperatur überwacht und zur Anzeige drahtlos an eine Armbanduhr übertragen werden. Auch eine Anwendung mit modernen Hörgeräten ist denkbar, wobei der relativ hohe Kostenaufwand für die Batterien reduziert werden könnte.

Ausblick

Die jetzt vorgestellten Prototypen von Infineon zeigen exemplarisch die praxisgerechte Adaptierung von Mikroelektronik in moderne Kleidungsstücke und Accessoires. Mit der Bereitstellung dieser Basistechnologien eröffnet sich ein neuer innovativer Markt für die Textil- und Bekleidungsindustrie. Das Spektrum künftiger Applikationen ist breit gefächert und wird sich durch neue Chip-Generationen und –Technologien noch erweitern. Mit seiner breiten Produktpalette und umfangreichen Fertigungs-Expertise ist Infineon bestens positioniert, um z.B. Produktentwicklungen für „smarte“ Kleidung mit integrierter Mobiltelefon-, GPS- oder Bluetooth-Funktionalität für Kommunikations-, Ortungs- und Sicherheits-Aufgaben zu unterstützen. Weitere mögliche Anwendungen reichen von der Integration von Unterhaltungselektronik oder Spielen im Freizeitbereich bis hin zu Aufgaben im Pflegebereich oder in der Medizin. Waren-Logistik, Produkt-Kennung oder Plagiat-Schutz sind ebenfalls interessante Anwendungsbereiche der „Wearable Electronics“.

Über Infineon

Infineon Technologies AG, München, bietet Halbleiter- und Systemlösungen für Anwendungen in der drahtgebundenen und mobilen Kommunikation, für Sicherheitssysteme und Chipkarten, für die Automobil- und Industrieelektronik, sowie Speicherbauelemente. Infineon ist weltweit tätig und steuert seine Aktivitäten 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 Geschäftsjahr 2001 (Ende September) einen Umsatz von 5,67 Milliarden Euro. Das DAX-Unternehmen ist in Frankfurt und New York (NYSE) unter dem Symbol „IFX“ notiert. Weitere Informationen unter www.infineon.com.