Silizium Wafer © gemeinfrei

Damit die Polytronik schneller Eingang in die Industrie findet, verbinden die Fraunhofer-Forscher die Elektronik auf Kunststoff-Basis mit dünnen, flexiblen Silizium-Chips. Ab etwa 20 Mikrometer wird das Silizium flexibel wie eine Folie. Schon vor fast zehn Jahren gelang es Ingenieuren des Fraunhofer-Instituts für Zuverlässigkeit und Mikrointegration IZM ganze Silizium-Wafer auf unter zehn Mikrometer (µm) herunter zu schleifen. Zum Vergleich: Die dünnsten Chips, die heute in Produkten auf dem Markt sind, messen immer noch 70 Mikrometer.

Mittlerweile können die IZM-Forscher sogar zwei µm dünne und damit äußerst biegsame Sensoren und Chips fertigen. „Die Chips sind weit dünner als ein Haar und lassen sich in flexiblen Folien integrieren“, erläutert Bock.

Sensorarmband © Fraunhofer IZM

Flexibles Sensorarmband
Wie eine solche Kombination von Polymer- und klassischer Elektronik in eine mögliche Anwendung umgesetzt werden kann, zeigen die Wissenschaftler am Beispiel eines Sensorarmbands. Hierbei sind ultradünne integrierte Schaltungen aus Silizium, gedruckte Leuchtelemente, Sensoren und polymere Widerstände in einem System integriert. Das flexible Armband ist mit einem Elektrolumineszenz-Display, einem Temperatur-, Feuchte- und Elektrosmogsensor ausgestattet, die jeweils in Rolle-zu-Rolle-Technologie gefertigt wurden.

Den Bildschirm haben die Forscher in fünf Siebdruckschritten auf einer kupferstrukturierten Polyamidfolie hergestellt. Für die Temperaturmessung wurde ein Kupfermäander auf einer Polyamidfolie konzipiert. Die Hautfeuchte misst ein auf Folie prozessierter Interdigitalkondensator und den Elektrosmog ermittelt eine kleine Resonanzschaltung mit einer geätzten Spule. „Eine mögliche Anwendung für das Sensorarmband liegt in der Überwachung von Vitalparametern am menschlichen Körper für die künftige Gesundheitsfürsorge“, erläutert Bock.

Flexible Elektronik vor dem Boom?
Die Forscher planen schon weiter: Sie wollen die Integrationsdichte der organischen Elektronik auf der Folie signifikant erhöhen. Außerdem arbeiten sie an einer organischen komplementären Elektronik sowie an einem mehrlagigen Aufbau der Polytronik.

„Flexible Elektronik ist immer noch ein recht junges Thema, das erst noch einen großen Markt finden muss“, weiß Bock. Welche neuen Möglichkeiten und Chancen die Technologie Unternehmen eröffnet, soll demnächst das bayerische Demonstrationszentrum Polytronik zeigen. Dort wollen Forscher in Zusammenarbeit mit der Industrie auf die erfolgreiche Forschungsarbeit der vergangenen Jahre aufbauen und erste Demonstratoren entwickeln. Das Projekt wird vom Bayerischen Wirtschaftsministerium und der Fraunhofer-Gesellschaft unterstützt.