Polymere Elektronik 29.03.2002, 18:33 Uhr

Chips von der Rolle

Dünne und biegsame Chips aus Plastik sollen künftig alle Lebensbereiche durchdringen. Das Spektrum reicht von intelligenten Etiketten auf Verpackungen, Grußkarten mit Voicemail bis hin zu intelligenten Pflastern, die helfen, Medikamente zu dosieren.

Der Büroarbeiter der Zukunft wird wohl stets einen leeren Schreibtisch haben – den braucht er auch. Wenn er morgens ins Büro kommt, wird er zunächst sein Folien-Notebook wie eine Schreibunterlage auf seinem Schreibtisch ausrollen. Plastikfolien werden intelligent, seit sich Kunststoffe durch Dotieren leitfähig machen lassen und so die verschiedensten Eigenschaften erhalten können: leitend, halb-leitend oder elektrolumineszierend. Dadurch werden immer größere und bessere organische Displays, Folienbatterien und nun sogar Plastikchips möglich. Polymere haben den Vorteil, dass sie transparent, biegsam und vor allem billig sind. Deshalb zählen elektrisch leitende Kunststoffe zu den Materialien der Zukunft für die Mikroelektronik. Die so genannte Polytronik gehört laut MIT zu den zehn Techniktrends, die die Welt verändern werden.

Noch sind die organischen Transistoren wegen der geringen Ladungsträger-Beweglichkeit mehr als hundert Mal langsamer als Siliziumchips – die Schaltzeit der zurzeit schnellsten liegt knapp unter 75 µs. Aber es gibt genügend Märkte, bei denen es nicht auf hohe Leistung, sondern auf möglichst billige Elektronik ankommt. „Überall da, wo Elektronik flach, flexibel oder billig sein muss, können Polymere ihre Vorteile ausspielen. Vor allem bietet die Polytronik erstmals die Chance zur Massenfertigung von Billigst-Chips“, schätzt Karlheinz Bock, Abteilungsleiter Polytronische Systeme am Fraunhofer-Institut für Zuverlässigkeit und Mikrointegration IZM in Berlin. „Die Plastik-Chips werden in absehbarer Zeit wohl nicht die Performance erreichen, die man mit einkristallinem Silizium erhält – sie kommen aber an amorphes oder polykristallines Silizium heran“, weiß der Projektleiter für die Entwicklung von lntegrated Plastic Circuits bei Siemens Wolfgang Clemens, „durch den niedrigen Preis wären sie auch für Lowcost-Massenmärkte, etwa intelligente Verpackungen, einsetzbar.“

„Höchstens einen Cent, eher aber nur Bruchteile davon“, schätzt 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, wie sie in der konventionellen Halbleiterfertigung benötigt werden. Die Kosten für eine Chipfabrik könnten so weit unter den üblichen 2 Mrd. € liegen, denn elektronische Schaltkreise aus organischen Halbleitern sind vergleichsweise einfach und preisgünstig zu produzieren: Die Polymere lassen sich in Lösung als elektronische Tinte auf Schaltungen drucken – Strukturbreiten von einigen 10 µm lassen sich so herstellen. „Noch gibt es aber gravierende Probleme in der Materialentwicklung und bei den Fertigungsverfahren zu lösen“, resümiert Rolf Aschenbrenner vom IZM. Über 50 Hightech-Labors weltweit liefern sich einen Wettlauf um die schnellsten und zuverlässigsten Halbleiter aus Plastik. Während Lucent Technologies und Siemens beispielsweise mit Stempeln und einer Art Offset-Technik experimentieren, setzt Philips eher auf Lithographietechniken und hochauflösende Tintenstrahl-Verfahren. Die Fraunhofer-Institute arbeiten daran, funktionsfähige polymere Schaltungen im Siebdruck herzustellen. „Wenn wir das erreicht haben, ist der Weg zum Offsetdruck auch nicht mehr weit“, beschreibt Gerhard Klink vom IZM die Entwicklungsschritte.

Das Cambridger Start-up-Unternehmen Plastic Logic will Chips mit einer Art Tintenstrahldrucker erzeugen: Flüssiger Kunststoff, mit speziellen Chemikalien vermischt, wird mikrometerfein auf dünne Trägerscheiben aufgespritzt. Schaltungen lassen sich so direkt auf flexible Kunststoffsubstrate, etwa eine Folienrolle, oder direkt auf eine Verpackung drucken. Diese dünnen Plastik-Chips könnten als universelle Informationsträger in Kleidungsstücke, Papier, Gepäckstücke oder Medikamentenpackungen eingearbeitet werden. Über die Transponder-Technik können Informationen dann sogar drahtlos ausgelesen werden. Per in Verpackungen und Kleidung integriertem Identifikations-Tag ließe sich der Aufenthaltsort eines in der chemischen Reinigung verloren gegangen Anzugs ebenso über das Internet verfolgen wie der Weg einer Postsendung. Und auch mit Chips etikettiertes Fluggepäck ginge nicht mehr so leicht verloren. Als kontaktlose elektronische Etiketten könnten sie als Fahrscheinersatz, zur automatisierten Passagierabfertigung auf Flughäfen oder zur Mautkontrolle eingesetzt werden. Der Elektronikkonzern Philips verspricht, dass sich mit Hilfe von Plastik-Chips als Preisschildern der Wert voller Einkaufswagen an der Supermarktkasse innerhalb von Sekunden ermitteln ließe. Anderes Beispiel: Elektronische Barcode-Aufkleber auf verpacktem Obst und Gemüse zeigen an, wie frisch die Ware ist.

Chips verschwinden also künftig ins Papier, in die Briefmarke, als elektronisches Wasserzeichen in den Geldschein, als billige Wegwerfelektronik in alle Gegenstände des Alltags – man spricht von „ubiquitous computing“ (ubiquitous = allgegenwärtig). Christian Müller-Schloer, geschäftsführender Direktor des Instituts für Rechnerstrukturen und Betriebssysteme der Universität Hannover prognostiziert: „Die Rechner werden sich uns künftig weniger in Form klotziger Geräte präsentieren, sondern immer mehr in Gestalt von ‚Smart Objects‘ mit Gegenständen aus dem täglichen Leben verknüpft sein.“ EDGAR LANGE

Von Edgar Lange

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