Chips von der Rolle

Kunststoffe, die leiten und leuchten können, sind auf dem Vormarsch in die Elektronik. Polymerelektronik, kurz Polytronic heißt die neue Technologie. Sie ebnet den Weg zur billigen Massenfertigung elektronischer Bauelemente – um alle Dinge des Alltags mit einer elektronischen Identität auszustatten. Im Anwendungszentrum Rolle-zu-Rolle arbeiten Fraunhofer-Forscher an neuen Fertigungsverfahren: Sie wollen die Chips in Zukunft einfach auf Folien drucken.

Die Polytronic kann und will der Siliziumtechnologie keine Konkurrenz machen. Leitende Kunststoffe erlauben wegen der geringen Ladungsträger-Beweglichkeiten nur vergleichsweise langsame elektronische Bauteile – sie sind mehr als hundertmal langsamer als Siliziumchips. Dennoch wird Polytronic die Mikroelektronik revolutionieren, denn sie ergänzt die bisherigen Halbleitertechnologien ganz entscheidend. Und es gibt genügend Märkte, bei denen es nicht auf hohe Leistung, sondern auf möglichst billige Elektronik ankommt. Dr. Karlheinz Bock, Abteilungsleiter Polytronische Systeme am Fraunhofer-Institut für Zuverlässigkeit und Mikrointegration IZM, Institutsteil München, über die Perspektiven der Chips aus Kunststoff: »Überall da, wo Elektronik flach, flexibel und billig sein muss, können Polymere ihre Vorteile ausspielen. Vor allem bietet Polytronic erstmals die Chance zur Massenfertigung von Billigst-Elektronik.«

Die Fertigungstechnik ist der Schlüssel zur Wegwerfelektronik. Das erkannten die Fraunhofer-Forscher als sie sich mit dem »intelligenten Etikett« befassten. Sollte jeder neue Artikel damit ausgestattet werden, müssten pro Jahr über 500 Milliarden Etiketten produziert werden. Die bisherige Elektronikfertigung würde schon an diesen Mengen scheitern, vor allem aber am Preis. »Höchstens einen Cent, eher aber nur Bruchteile davon«, schätzt Karlheinz Bock, »dürfen solche Massenprodukte kosten.«

Große Mengen zu billigen Preisen sind nur mit Druckverfahren zu erreichen – nicht mit den aufwändigen Beschichtungs- und Ätztechniken im Reinraum, die in der Halbleiterfertigung benötigt werden. Dafür sind die meisten Polymere ideal. Sie lassen sich gut in Lösung bringen. So können die Schaltungen einfach aufgedruckt werden – sogar mit Strukturbreiten von einigen zehn Mikrometern.

»Die effizientesten Produktionsverfahren mit hohem Durchsatz sind Rolle-zu-Rolle-Verfahren«, betont Gerhard Klink vom IZM. Substrat ist eine Folie, die durch mehrere Beschichtungs- und Strukturierungsschritte läuft und am Ende wieder aufgerollt wird. Die Folienrolle kann so an weiteren Stationen bearbeitet werden, bis alle benötigten Schichten inklusive Verkapselung aufgebracht sind. »Unser Ziel ist der Rotationsdruck«, so Gerhard Klink. »Damit ließen sich Massenprodukte wie elektronische Etiketten, Sicherheitsnachweise für Dokumente und Objekt-Identifikationssysteme extrem kostengünstig herstellen.« Bei Anwendungen mit höherem Anspruch ist die Kombination von Silizumschaltungen mit Polymerelektronik gefragt, etwa für die Automobil-, Medizin- oder Kommunikationstechnik.

Am 2. Juli 2002 eröffnet das IZM ein Anwendungszentrum für Rolle-zu-Rolle-Produktionstechnik. Dort haben auch mittelständischen Unternehmen die Möglichkeit, funktionsfähige Prototypen und Kleinserien mit diesen neuen Technologien zu entwickeln und herzustellen. Außerdem können Equipmenthersteller dort neue Geräte entwickeln und erproben.

Die Visionen der Polytronic sind verlockend: roll- oder faltbare Elektronik »smart foils« mit integriertem UMTS-Telefon, Organizer und Notebook, elektronische Zeitungen, die sich ständig aktualisieren, das Telefon im Hemdsärmel, Tapeten, die sich plötzlich in Fernsehmonitore verwandeln oder das intelligente Pflaster mit eingebauter Sensorik, das hilft, Medikamente zu dosieren oder Blutparameter zu überwachen.

Bis die Chips von der Rolle allerdings unseren Alltag mit allgegenwärtiger Elektronik versehen, wird noch einige Zeit vergehen.

VIDEO