Polytronic: Wegwerf-Plastik-Chips von der Rolle
Leitende Kunststoffe erlauben wegen der geringen Ladungsträger-Beweglichkeiten nur vergleichsweise langsame elektronische Bauteile – sie sind mehr als hundertmal langsamer als Siliziumchips. Dennoch soll die 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 aufwendigen 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" , betonte 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 mittelständische Unternehmen die Möglichkeit, funktionsfähige Prototypen und Kleinserien mit diesen neuen Technologien zu entwickeln und herzustellen. Außerdem können Equipmenthersteller dort neue Geräte entwickeln und erproben.