2020. 11. 6.

SIP「スマート物流サービス」
研究項目（B）／実現可能性確認段階

物流の課題解決に資する印刷型フレキシブルセンシングデバイスの開発

国立大学法人 山形大学
有機エレクトロニクス研究センター
センター長© Yamagata University 2020. All rights reserved.

時任 静士
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研究開発の概要
従来の紙を用いた目視確認の機能も残しながら、品質管理等の電子化に対応できる新たなシステムの開発
 低温・低コストで製造できる印刷技術により、商品の曲面にも貼付けられる薄型軽量でフレキシブルな、センサ／電子ペーパー／SiLSIを搭載したハイブリッド型デバイスを開発する。

 高品質・高機能物流に重点を置いて、プロトタイプによる実証試験を品質管理と省力化の効果を検証する。

センサ・ディスプ
レイ・通信機能搭
載デバイス© Yamagata University 2020. All rights reserved.

センサ・ディスプ
レイ・通信機能搭
載デバイス

センサ・ディスプ
レイ・通信機能搭
載デバイス

センサ・ディスプ
レイ・通信機能搭
載デバイス

センサ・ディスプ
レイ・通信機能搭
載デバイス

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フレキシブルハイブリッドエレクトロニクス（ FHE）
FHE: Flexible Hybrid Electronics

特徴 成熟した印刷プロセスによる製造
 既存のSi-LSIやモジュールの活用 低コストなフレキシブル基板の採用

印刷配線 Si-LSI
印刷センサ

部品

課題

印刷アンテナフレキシブル基板（プラスチックフィルム） フレキシブル基板上への高精度で低抵抗な配線の印刷技術
 低温（<150℃）での部品の実装技術
 長期信頼性や曲げ耐性の実現© Yamagata University 2020. All rights reserved.

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技術の優位性 自動センシングと電子ペーパによるデータの目視確認を可能にする技術
により、これまでの電子タグの物流管理のICT化の課題を克服する。
 搭載機能（Si-LSI等のモジュール）の低電力駆動方式の採用により、薄型電池でも長時間駆動を実現できる。
 従来の真空・フォトリソグラフィプロセスと比較し、印刷プロセスが低温（150℃以下）、省工程数のため、多品種で大量のデバイスを省エネルギーかつ低コストでカスタム製造することが可能である。
FHE型デバイスのイメージ電子ペーパー

印刷プロセススクリーン印刷

インクジェット法

Screen

各種センサ
無線通信
MCU、メモリ© Yamagata University 2020. All rights reserved.

Ink
Ink
Substrate

Ink
Substrate4実証試験の内容
物流・商流データ基盤
輸送

工場
情報伝送

倉庫

宅配
情報伝送

貼付け
名前：米沢太郎

電子ペーパ
宛名：米沢太郎

センサ

再利用可能

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目視確認
QRコード読み取り

目視確認
QRコード読み取り• 商品の劣化抑制、流通ロスの低減、安全・安心の提供• 高齢者、外国人作業者にも受け入れられ易いシステム
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試験デバイスの構成
全体構成および回路の設計
ファームウエアの設計

試験デバイスの実装結果
2.9インチ フレキシブル電子ペーパ

ＢＬＥ

9軸センサ

QRコード

近傍型NFC

2次電池実装部

電子ペーパ
接続部

センサデバイスの測定結果
センサ
温度

温湿度
センサ

NFC用アンテナ

各デバイスの実装に成功し、正常動作を確認

計測範囲- 25℃ ～ 70℃（電子ペーパの使用条件）

電流
0.1μA

伝送

電子ペーパ
間欠表示

BLE，NFC

湿度0% ～ 100% RH

間欠表示

加速度

2g ～ 16g

イベント表示

角速度

250 ～ 2000 °／秒

コンパス±4800 uT

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3.7mA

BLE

イベント表示イベント表示6

応用例
ワインボトルへの適用

電子ペーパー（目視確認）

各種センサ
信号処理回路
通信回路
薄膜電池

高級フルーツ
への適用
温度
湿度
衝撃

物流における商品の温度、湿度、衝撃を管理© Yamagata University 2020. All rights reserved.

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物流における商品品質管理の利用シーン(動画)© Yamagata University 2020. All rights reserved.

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FHE型センサ構造と作製プロセス
スクリーン印刷技術

センサLSI

通信モジュール

L/S=200/200µm

L/S=300/300µm

スキージ

フレーム

銀ペースト版
フレキシブル基板

第１層配線形成

層間絶縁膜形成

第2層配線形成

保護膜形成

伸縮性銀ペースト
高導電性銀ペースト

センサ部形成伸縮性銀ペースト
高導電性銀ペースト

LSI 実装絶縁性ペースト
センサ材料
センサ部

絶縁性ペースト
ハンダペースト
Si-LSI

BLE

第1層配線課 題

層間絶縁膜

第2層配線

保護膜

 均一で微細かつ低抵抗な配線の形成技術
 高精度な多重積層印刷技術© Yamagata University 2020. All rights reserved.

9研究開発計画のロードマップ
本研究開発 ＠2020/9月～2023/3月
年度

2020 現在

2019

2021

2022

① 個別機能評価用試験デバイスの開発③ FHE型デバイスの開発

・FHE型デバイス開発• 機能の絞り込みによる低電力化と低コスト化• 印刷と実装の低温プロセス開発• 機能の一体化設計、デバイス試作、性能評価• 要求機能と低コスト化の両立の可能性検討④ デバイス信頼度試験、材料・プロセスの最適化• デバイスの信頼度
評価と印刷／実装
プロセスの改良・市場調査 ② センサ活用による物流の高品質化
高効率化及び市場の調査
・社会実証
試験

印刷プロセスでの製造技術
さらなるプロセスの低温化• デバイスの要求機能の評価と設計、基板プロセスの改良• 実証試験項目の評価⑤ プロト品による社会実証試験
テーマAグループとの連携© Yamagata University 2020. All rights reserved.

10ご清聴、ありがとうございました。

© Yamagata University 2020. All rights reserved.

物流用FHE型センサ

NFC Antenna
L/S=200µm

L/S=300µm

12© Yamagata University 2020. All rights reserved.

システムの優位性
 センサと電子ペーパ搭載集積デバイスの回路方式／ファームウエアを開発
 エッジデバイスにおける複雑な演算の簡素化、薄型電池での長時間駆動
 電子ペーパの低電力駆動• メモリ性表示の部分書換え• スリープ時完全シャットダウン• 書換え時間の短縮

BLEモジュール ＳＰＩ通信

衝撃センサ

I2C通信
電子ペーパ

温湿度センサ© Yamagata University 2020. All rights reserved.

 タイムスタンプ方式• 大量のセンシングと計測時刻の簡便な演算と記録方式• 演算時間とメモリ容量低減
 イベント駆動／間欠駆動• 機能の絞込みによる低電力化• 低サンプリングと簡素化方程式による低演算での姿勢情報のエッジ解析
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