Dunne-filmelektronica

29 mei 2024

Sinds 2008 zijn de experts van TNO bij Holst Centre bezig met het perfectioneren van de technieken voor dunne-filmtechnologieën en de vraag hoe functionele elektronische apparaten te realiseren. In de loop van de jaren zijn deze productietechnologieën volwassen geworden en op grote schaal in de industrie ingezet. TNO ontwikkelt momenteel verschillende nieuwe toepassingen, waarbij de nadruk ligt op ingewikkelde grootschalige 3D-structuren. Dat biedt mogelijkheden voor massaproductie en een snelle route naar de markt voor de innovaties. Het gaat om toepassingen in een aantal sectoren, van energieopslag en gezondheidszorg tot chip-packaging en nog veel meer.

Sectoren vooruithelpen

TNO bij Holst Centre is een strategische samenwerking tussen TNO en imec, bedoeld om technologische innovaties gericht op maatschappelijke uitdagingen te versnellen. Op gebied van dunne film ontwikkelde Holst Centre technologie die oorspronkelijk bedoeld was voor displays, televisies en schermen. Dankzij de expertise van het team werden er dikkere materiaallagen ontworpen, die - met de juiste optimalisatie van patronen - zorgen voor nauwkeurige en effectieve productie van 3D dunne-filmstructuren voor grote oppervlakken. We passen deze technieken nu toe om oplossingen mogelijk te maken voor een aantal grote maatschappelijke uitdagingen en om organisaties te helpen hun doelstellingen op het gebied van productie, efficiëntie en/of optimalisatie te behalen.

Versnelling door samenwerking

Als het gaat om de productie van de technologieën die bepalend zijn voor onze toekomst, kunnen de experts van TNO oplossingen begeleiden en mede-ontwikkelen, die effectief, efficiënt, schaalbaar en veilig zijn. Dunne-filmtechnologie kan op allerlei gebieden worden toegepast. De laatste tijd hebben we ons gericht op:

1. Volgende generatie batterijtechnologie

De productie van stabiele, krachtige en duurzame batterijen voor allerlei toepassingen, variërend van mobiele telefoons tot elektrische auto's. Met TNO's innovatieve productietechnieken – in combinatie met de onlangs in gebruik genomen pre-pilotlijn voor batterijen – kunnen bedrijven hun productie van 3D- en vastestofbatterijen opschalen om uitzonderlijke prestaties, snel opladen, hoge stabiliteit, veiligheid en duurzaamheid te leveren.

2. Hightech elektrolysers

De productietechnologie voor dunne-filmelektronica vormt de kern van een nieuwe generatie elektrolysers die water op een zeer efficiënte, rendabele en circulaire manier kunnen omzetten in waterstof en zuurstof, met aanzienlijk minder iridium. Door gebruik te maken van kennis die eerder in de batterijsector is opgedaan, stellen we hightechbedrijven in staat om een nieuwe markt aan te boren en tegelijkertijd te werken aan een duurzame toekomst. We werken ook met het NXTGEN Hightech-programma, dat zich toelegt op de ontwikkeling van derde generatie elektrolysers die een aanjager moeten worden van onze duurzame toekomst.

3. Organ-on-a-chip-technologieën

Onze bijdrage aan Organ-on-a-Chip-technologieën (OoC) moet leiden tot uniforme en schaalbare productieoplossingen die OoC op grote schaal beschikbaar maken. In samenwerking met TNO's unit Gezond Leven en Werken past TNO haar dunne-filmexpertise toe voor verbeterde microfluïdische functionaliteiten en sensorintegratie. Dit moet zorgen voor betere readouts van stabiliteit en/of biologische reactie van experimenteel weefsel in functionele tests, bijvoorbeeld in het ontwikkeltraject van geneesmiddelenbedrijven voor nieuwe kandidaat-geneesmiddelen. De productietechnologie zal meer voorspellende modellen mogelijk maken voor farmaceutische ontwikkeling in een vroeg stadium, waarbij minder dierproeven hoeven te worden gebruikt.

4. Geavanceerde chip-packaging en geïntegreerde fotonica

TNO werkt in verschillende partnerships aan het optimaliseren en uitbreiden van heterogene integratie en geavanceerde chip-packagingmogelijkheden. Nu de expertise op het gebied van dunne-filmtechnologie evolueert naar meer 3D-functionele structuren, komen andere toepassingsgebieden in beeld. De expertise van ons dunne-filmelektronicateam – in combinatie met onze mogelijkheden voor hybride geprinte elektronica – wordt nu ook toegepast voor geavanceerde chip-packaging, zoals high-power en/of antenna-in-package-toepassingen in samenwerking met TNO bij CITC. In de toekomst zal de packagingkennis en -knowhow ook worden ingezet voor de integratie van fotonische chips in samenwerking met PITC.

5. Diverse industriële toepassingen

TNO is ooit begonnen met dunne-filmtechnologie om het fabricageproces van flexibele beeldschermen vooruit te helpen. Vandaag de dag wordt onze expertise heel breed toegepast: van beveiligingssystemen tot geavanceerde fotonica en van gezondheidszorg tot duurzame energie.

Impact door samenwerking

We nodigen bedrijven die willen weten hoe met dunne-filmtechnologie productie en energieopslag kunnen worden versneld, geoptimaliseerd of revolutionair worden veranderd, of hoe nieuwe marktsegmenten kunnen worden ontwikkeld, van harte uit om contact op te nemen. Samen als contractpartners of in consortia: TNO staat in de startblokken om de uitdagingen van de toekomst aan te gaan met de technologie die het vandaag heeft geoptimaliseerd.

CITC: Geavanceerde chip-packaging

In 2019 hebben TNO en de TU Delft CITC opgericht: een non-profit, gezamenlijk innovatiecentrum dat gespecialiseerd is in heterogene integratie en geavanceerde chip-packagingtechnologie. Vandaag de dag is CITC een bloeiende gemeenschap van wetenschappelijke, commerciële en overheidspartners die samen technologische uitdagingen willen oplossen en de prestaties van chips willen optimaliseren.

LionVolt: Volgende generatie batterijen aan het werk

In 2020 bracht TNO bij Holst Centre haar expertise op het gebied van 3D solid-state batterijen succesvol onder in LionVolt: een organisatie die zich richt op het ontwikkelen en opschalen van 3D solid-state-batterijen op schaal. De technologie van LionVolt zorgt voor 200% hogere batterijprestaties bij de helft van het gewicht van traditionele lithium-ionbatterijen, met 100% veiligheid.