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Elektronik aus dem Drucker

05.01.2009
Sollen Elektronikkomponenten nur einfache Funktionen übernehmen, etwa auf einem Joghurt die Temperatur überwachen, müssen sie günstig sein: Hier kann gedruckte Elektronik punkten. Forscher verbessern die Eigenschaften der gedruckten Schaltkreise erheblich.

Es hat sich viel getan bei Fernsehern: Dominierten vor einigen Jahren noch ausladende Geräte die Wohnzimmer, sind die Bildschirme nun so flach, dass man sie problemlos an die Wand hängen kann. Zoomt man in die »Innereien« des Fernsehers, entdeckt man feine Leiterbahnen und Transistoren, die die Leuchtpunkte auf den Bildschirmen mit Strom versorgen.

Hergestellt werden diese Schaltungen Schicht für Schicht, üblicherweise über Fotolithografie: Man bringt die Materialien ganzflächig auf ein Substrat auf, darüber kommt Fotolack. Mit Hilfe einer Maske wird dieser an bestimmten Stellen belichtet – der Lack ändert seine chemischen Eigenschaften: Er wird löslich und lässt sich leicht entfernen. Die zu strukturierende Schicht kommt wieder an die Oberfläche und kann weggeätzt werden. Die Bereiche der Schicht dagegen, die weiterhin mit Fotolack bedeckt sind, bleiben bestehen.

Ein entscheidender Nachteil dieses Verfahrens: Ein Großteil des aufgebrachten Materials wird nicht genutzt. Kostengünstiger und ressourcenschonender ist es, das Material über Druckverfahren nur dort aufzubringen, wo es später auch gebraucht wird.

Gedruckte Elektronik gibt es bereits: Die Leiterbahnen und Bauelemente bestehen dabei aus Polymeren. Ihre elektrischen Eigenschaften reichen jedoch nicht an die anorganischer Materialien heran. Die Ladungsträger bewegen sich in den Polymeren langsamer – das führt bei einem gedruckten RFID, einer Art elektronischem Label, etwa dazu, dass die Reichweite geringer ist als bei einem herkömmlichen RFID. Zudem reagieren Polymere meist empfindlicher auf Feuchtigkeit und UV-Strahlung.

Forscher des Fraunhofer-Instituts für Integrierte Systeme und Bauelementetechnologie IISB in Erlangen haben nun eine Prozesslinie in Betrieb genommen, in der sich elektrische Bauelemente aus anorganischen Materialien drucken lassen – mit einem Tintenstrahl, den man in ähnlicher Form auch aus dem Büro kennt. »Wir verwenden eine Tinte aus Nanopartikeln. Damit sich die Teilchen gut verarbeiten lassen und sich nicht zusammenlagern, geben wir einen Stabilisator hinzu«, sagt Dr. Michael Jank, Gruppenleiter am IISB.

Erste Druckversuche hat die Nano-Tinte gemeistert. In etwa einem Jahr, hofft Jank, könnten die Forscher Schaltungen mit einfachen Funktionen drucken. »Wir erwarten, dass gedruckte Produkte bei einfachen Schaltkreisen rund 50 Prozent billiger sind als siliziumbasierte«, sagt er. »Gedruckte RFID-Etiketten sollten dann günstig genug sein, um sie auf preiswerte Produkte wie Joghurts zu kleben. Dort können sie die Temperatur überwachen, Daten speichern und übermitteln.«

Dr.-Ing. Michael Jank | Fraunhofer Gesellschaft
Weitere Informationen:
http://www.iisb.fraunhofer.de

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