Fraunhofer: Computer werden zu Elektrokrümeln
Die Forscher des Fraunhofer-Institut für Zuverlässigkeit und Mikrointegration IZM wollen damit ihre Fortschritte in Sachen Miniaturisierung demonstrieren. Sie haben es geschafft, das Gesamtsystem aus Sensor, Prozessor, Speicher, Funkbaustein, Antenne und eigener Energieversorgung auf einen Kubikzentimeter zu konzentrieren, also etwa auf die Größe eines Stück Würfelzuckers.
Um Platz zu sparen, wurden die Komponenten nicht nebeneinander auf einem Träger angeordnet, sondern gestapelt. Batterie, Speicher, Prozessor und Funkbaustein sitzen in unterschiedlichen Etagen, so dass insgesamt ein sehr kompaktes System entsteht.
Um die einzelnen Lagen elektrisch zu verknüpfen, fertigen die Forscher zunächst einzelne dünne Lagen und montieren diese mit der Flip-Chip-Technik. Bei diesem Verfahren wird ein Chip nicht über einzelne Mikrodrähte mit dem Substrat verbunden, sondern auf den Kopf gedreht und mit der Oberseite an kleinen Lötpunkten auf dem Träger fixiert. Versieht man alle Substratlagen auf der Ober- und Unterseite mit den kleinen Lötpunkten, entstehen durchgehende Kontakte, die sich durch den Stapel ziehen wie Heizungsrohre in einem Wohnhaus.
Noch sind nicht alle Bauteile klein genug und die Verfahren noch nicht ausgereift, um eine weitere Verkleinerung zu erzielen. Dünne Polymer-Batterien in der erforderlichen Größe, die für die e-Grains in Frage kommen, gibt es bisher noch nicht.
In den nächsten Jahren sollen diese "e-Grains" dann auf die Größe eines Streichholzkopfes schrumpfen, die dann Sensornetzwerke aus einzelnen autarken und stark miniaturisierten Mikrosystemen bilden: "Jedes einzelne e-Grain verfügt über einen Sensor, eigene Rechenleistung, Energieversorgung und Kommunikationsmöglichkeiten" , beschreibt Jürgen Wolf vom IZM die e-Grains. Dadurch sollen die Körner ein eigenständiges Netzwerk bilden und selbstständig Daten verschicken können.
Langfristig sollen Computer noch deutlich weiter schrumpfen, bis hin zu Elektrokrümeln von der Größe eines Sandkorns. Sie sollen Daten austauschen, um etwa Hitze oder Vibrationen zu melden. Anwendungen sehen die Forscher beispielsweise im Bereich der Gebäudeüberwachung: Schäden an Bauteilen, Gebäuden oder stark beanspruchten Brücken könnten in kürzester Zeit erkannt werden. In Lagerhallen soll das Mikro-Netzwerk prüfen, ob in jedem Winkel die optimale Temperatur herrscht. Noch ist es bis dahin aber ein weiter Weg.