Wissen: Chips von der Rolle
Prozessoren aus Plastik sind billiger und vielfältiger als Siliziumtechnik. Forscher entwickeln Verfahren, um sie massenhaft herzustellen.Wer Computerchips aus Silizium fertigt, muss geduldig sein. Bis zu sechs Wochen dauert es, bis aus einem Siliziumkristall ein Chip mit winzigen Leiterbahnen und Transistoren entsteht. Das macht die Produktion teuer - für manche Anwendungen zu teuer. Für Massenprodukte wie etwa eingewebte Kleidungsetiketten, mit denen sich gefälschte Pullover von Markenware unterscheiden lassen, sind die Silizium-Bauteile nach wie vor unerschwinglich. Die Elektronik muss billiger werden, fordern viele Entwickler und setzen auf eine gänzlich neue Generation von Elektronikbauteilen: den Chip aus Plastik.
Forscher in aller Welt basteln deshalb am Plastikchip. Sie verwenden Kunststoffmoleküle, so genannte Polymere, die je nach Feinstruktur leitend, halbleitend oder isolierend sind und somit die Grundeigenschaften für den Bau von Computerchips mitbringen. Polymere sind billig und vielseitig: Sie können zu Plastiktüten, Plexiglas und Minicomputern für Kleidungsstücke verarbeitet werden.
Polymerchips weniger leistungsfähig
Wissenschaftlern ist es bereits gelungen, aus Polymeren erste Schaltkreise, so genannte Ringoszillatoren, herzustellen, die Schaltfrequenzen im Kilohertz-Bereich haben. Damit erreichen die Polymerchips bei weitem nicht die Gigahertz-Leistung der modernen Siliziumchips. Das ist aber auch nicht das Ziel. Die Polymerelektronik soll nicht mit Silizium konkurrieren oder den Wettlauf um den schnellsten PC entscheiden, sondern neue Märkte erschließen.
Mehrere Unternehmen und Forschungseinrichtungen arbeiten daran, Pilotverfahren für die Massenproduktion zu entwickeln. So eröffnete vor wenigen Tagen das Fraunhofer-Institut für Zuverlässigkeit und Mikrointegration (IZM) in München sein "Anwendungszentrum Rolle zu Rolle". Mit der neuen Anlage sollen elektronische Schaltkreise auf flexible Kunststoffbahnen aufgebracht werden. Die Vision der Forscher ist es, die Unterlage wie ein Stück Frischhaltefolie abzurollen, zu beschichten und die fertigen Chips als Meterware wieder aufzurollen. Um die Polymere zu verarbeiten, verwenden die Münchner eine Reihe verschiedener Methoden - etwa Laminiergeräte, die Kunststofffolien unter Hitze miteinander verbinden, oder Dispenser, die Polymertröpfchen mit einer kleinen Nadel auftragen.
Folie statt Kabelbaum
"Mit dem Rolle-zu-Rolle-Verfahren wollen wir zukünftig ganze Baugruppen nebeneinander auf das Substrat auftragen", sagt Gerhard Klink vom IZM. In einem weiteren Verfahrensschritt ließen sich die Baugruppen mit hauchdünnen Polymerkontakten verbinden - das spart aufwändige Verdrahtungen mit Steckern. Diese Technik könnte vor allem für die Automobilindustrie interessant sein: Immerhin ist der Kabelbaum zu einem der komplexesten und teuersten Bauteile des Autos geworden.
Um Polymerelektronik konkurrenzlos günstig zu machen, sind Methoden nötig, mit denen sich in kurzer Zeit große Flächen beschichten lassen. Dafür eignen sich auch Druckverfahren. Arved Hübler vom Institut für Print- und Medientechnik der Technischen Universität Chemnitz will Polymerelektronik so schnell wie eine Zeitung drucken. Er tüftelt daran, Offsetdruck und Tiefdruck polymertauglich zu machen.
"Mit einer modernen Tiefdruckmaschine könnte man den Jahresausstoß eines klassischen Chipherstellers in rund 35 Minuten produzieren", sagt Hübler. Wobei die gedruckte Polymerelektronik natürlich wesentlich leistungsschwächer als die modernen Siliziumchips wäre. Derzeit kann Hübler mit seinen Offset- und Tiefdruckmaschinen aus einer Art Polymertinte Strukturen auftragen, die rund 1000-mal so grob wie Silizium-Leiterbahnen sind.
Aufwendiges Druckverfahren nötig
Gemeinsam mit den Universitäten in Potsdam und Cottbus entwickelt Hübler derzeit ein neues Polymer-Druckverfahren, das auf den klassischen Drucktechniken basiert. Damit soll eine Reihe von Problemen gelöst werden. Anders als beim Farbdruck müssen die Polymerstrukturen wesentlich feiner sein. Dem menschlichen Auge entgehen winzige Druckfehler. Bei elektronischen Schaltungen aber führen bereits kleine Schäden zu Funktionsstörungen, etwa Kurzschlüssen. Beim klassischen Offsetdruck sind Bildkanten häufig ausgefranst, weil die Rasterpunkte nicht exakt auf einer Linie liegen. Für Transistoren, bei denen hauchfeine leitende, halbleitende und isolierende Schichten präzise übereinander gedruckt werden müssen, wäre das fatal.
Nach Ansicht von Experten ist die Polymerelektronik derzeit auf dem Gebiet der farbigen und leuchtenden Kunststoffe am weitesten fortgeschritten. OLEDs (Organic Light Emitting Diodes) heißen die Bauteile, die unter elektrischer Spannung farbiges Licht abgegeben. Toshiba hat bereits einen PC-Bildschirm-Protoytpen auf OLED-Basis vorgestellt. Die Firma Philips fertigt inzwischen Leuchtanzeigen für Rasierapparate aus Polymeren in Serie. Andere Unternehmen bauen erste kleine OLED-Anzeigen in Autoradios und Handys ein. "Diese leuchten sehr viel brillanter als die herkömmlichen Flüssigkristall-Bildschirme ", sagt Armin Wedel vom Fraunhofer-Institut für Angewandte Polymerforschung (IAP) in Golm bei Potsdam. "Sie sind zudem aus verschiedenen Blickwinkeln lesbar und kontrastreicher."
Flexibler Bildschirm möglich
Obwohl die OLEDs bereits den ersten Schritt in die industrielle Fertigung geschafft haben, ist ein großes Ziel noch nicht erreicht: der flexible Bildschirm, der sich zusammenrollen lässt. Bisher werden OLEDs auf feste Substrate wie Glasscheiben aufgebracht; nicht zuletzt, weil sich die Polymere leicht von Sauerstoff und Feuchtigkeit angreifen lassen und deshalb verkapselt werden müssen.
Die IAP-Forscher arbeiten daran, der Vision vom flexiblen Bildschirm näher zu kommen. Zusammen mit Partnern aus der Industrie sowie weiteren Fraunhofer-Instituten bauen sie eine Pilotfertigungsstrecke auf. So sollen Polymere zur Folie kommen.
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FTD, 10.07.2002
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