Erstmals Plastik-Chips auf handelsübliche Verpackungsfolie integriert

Zum ersten Mal ist es einem Erlanger Forscher-Team von Infineon jetzt gelungen, elektronische Schaltkreise aus Plastik auf eine handelsübliche Verpackungsfolie zu integrieren. Bislang war dies nur unter dem Einsatz sehr hochwertiger Kunststoffe möglich. Damit ist eine wichtige Voraussetzung geschaffen, die kostengünstigen Chips im Rolle-zu-Rolle Verfahren in Masse zu produzieren.

Ähnlich wie beim Zeitungsdruck läuft die Folie bei diesem Verfahren in Hochgeschwindigkeit durch mehrere Beschichtungs- und Strukturierungsvorgänge. Der Trick: Die Wissenschaftler bringen die aktive und empfindlichste Schicht des Dünnfilm-Transistors nicht als erste der einzelnen Chip-Schichten auf das Plastik-Substrat auf, sondern zuletzt. In der Liste denkbarer Anwendungen stehen flexible RFID-Tags (Radio Frequency Identification) ganz oben. Die Funk-Etiketten aus Kunststoff sollen in wenigen Jahren verfügbar sein und könnten so die bekannten Strichcodes vom Markt verdrängen. Sollte jeder neu produzierte Artikel damit ausgestattet werden, müssten laut Branchenkennern pro Jahr mehr als 500 Milliarden solcher Chips produziert werden.

Der feine Unterschied: die Materialwahl

Dass Kunststoffe existieren, die je nach Molekülstruktur auch halbleitende Eigenschaften haben können, ist seit 1977 bekannt. Seither ist ein Wettlauf um die praktische Einsatzfähigkeit entbrannt. Für den Durchbruch in den Infineon-Labors ist neben der Schichten-Anordnung auch die Materialwahl entscheidend. Die Forscher dort setzen auf so genannte niedermolekulare Verbindungen. Im Gegensatz zu den sonst verwendeten Polymeren zeichnen sich diese aufgrund ihrer höher kristallinen Anordnung zueinander durch eine bessere Ladungsträgerbeweglichkeit aus. Außerdem benötigen sie weder giftige chlorierte Lösungsmittel zur Prozessierung, noch ist zur Reinigung der Moleküle von Fremdstoffen die kostenintensive Chromatographie nötig. Ein weiterer Pluspunkt: Bei vielen gängigen Folienverpackungen wie Chipstüten handelt es sich um aluminisierte Folien. Diese Aluminiumschicht dient normalerweise als Sauerstoffbarriere zur Frischhaltung der Lebensmittel und kann, durch Flexo- druck entsprechend strukturiert, zugleich für die elektronischen Schaltungen als Leiterbahnebene verwendet werden. Derzeit sind die gedruckten Aluminiumstrukturen mit fünf Mikrometern Größe etwa zehnmal kleiner als die Dicke eines durchschnittlichen menschlichen Haares. Herkömmliche Strukturen Silizium-basierter Chips haben eine Größe von 130 Nanometern, 400 mal kleiner als die Dicke eines menschlichen Haares.

Die Industrie ist gefragt

Für die Vermarktung der neuen Technologie sind laut Infineon mehrere Wege denkbar. Die Plastik-Chips werden in Form eines fertigen Etiketts entweder auf die Verpackungen geklebt oder der Halbleiter-Hersteller liefert die mit elektronischen Bausteinen vorbereitete Folie zur Weiterverarbeitung. Um die Entwicklung zur Marktreife zu führen, ist nicht zuletzt die Verpackungsindustrie gefordert. Letztendlich sollen die Plastik-Chips zusammen mit der normalen Produktinformation auf die Verpackung gedruckt werden. Denn die Rentabilität dieser Technologie ist nur bei hochvolumigen Produktionsprozessen gegeben. Geräte, die sowohl Barcodes als auch Funk-Chips auslesen können, sind bereits verfügbar. RFID-Tags haben gegenüber den Strichcodes unter anderem den Vorteil, dass sie keine Sichtverbindung zum Lesegerät haben müssen. Der Lesevorgang kann sozusagen im Vorbeigehen erledigt werden.