Flexible hybrid NFC tag for temperature monitoring

Flexible Hybrid Electronics (FHE) is an emerging trend in electronics consisting in the integration of standard silicon based electronics with printed electronics, an innovative reality that relies on depositing functional solution based material on a substrate with techniques inherited from graphical arts, such as inkjet printing, screen printing or flexography, with the advantage of a quick, scalable and cheap low temperature manufacturing compatible with flexible, stretchable and bendable platforms. Disadvantage of printed electronics is the little processing power o ered by printed transistors and circuits, unable to compete with the silicon counterpart: from this the idea to integrate the two different worlds of printed and standard electronics, to exploit their relative strength and deliver a powerful device but with innovative features. This complex integration brings many challenges, that this thesis aims to address to develop a flexible hybrid NFC tag with temperature sensing capabilities: the device is made of a printed antenna , tuning capacitors and interconnections realized screen printing silver particles ink on a PET substrate, a silicon transponder IC with integrated temperature sensor, SMD capacitor, interfaced to the printed elements using proper adhesives and epoxies to guarantee an adequate degree of exibility and bendability without compromising mechanical and electrical connectivity. The temperature sensor has been calibrated and characterized and a custom Android app has been developed, leading to a flexible wearable patch for human skin temperature monitoring as well as for industrial and packaging applications.

La Flexible Hybrid Electronic (FHE) è un trend emergente nell'elettronica che consiste nell'integrare l'elettronica standard, a base silicio, con la printed electronics, una realtà innovativa basata sullo stampare, o più in generale depositare su un substrato, materiali funzionali in soluzione, con tecniche caratteristiche delle arti grafiche, come la stampa a getto d'inchiostro, la serigrafia o la flessografia; il vantaggio è una manifattura veloce, scalabile, economica e a bassa temperatura compatibile con substrati flessibili, deformabili e pieghevoli. Svantaggi della printed electronics sono la poca potenza computazionale offerta dai transistor e dai circuiti stampati, incapaci per ora di competere con la controparte in silicio: da qui l'idea di integrare i due diversi mondi dell'elettronica stampata e dell'elettronica standard, per sfruttare i rispettivi punti di forza e realizzare sistemi potenti ma con caratteristiche innovative. Questa complessa integrazione porta numerose sfide, che questa tesi cerca di affrontare nella realizzazione di una tag NFC flessibile per il monitoraggio della temperatura: il dispositivo è composto da un antenna, capacità di tuning e interconnessioni stampate su un substrato di PET tramite serigrafia con inchiostri conduttivi a base di nanoparticelle d'argento; è poi presente un circuito integrato standard come transponder, con sensore di temperatura interno, e vi è inoltre una capacità SMD. Questi ultimi elementi sono interfacciati con la parte stampata tramite specifici collanti che garantiscano un adeguato livello di flessibilità senza compromettere la connessione meccanica ed elettrica. Il sensore di temperatura è stato calibrato e caratterizzato e un'applicazione Android è stata sviluppata, portando alla realizzazione di un sistema flessibile indossabile per il monitoraggio della temperatura corporea o per applicazioni industriali e di packaging.