Leitfähige und halbleitende Kunststoffe kennt man seit knapp drei Jahrzehnten; bis dahin waren Kunststoffe nur als Isolatoren bekannt. Im Labormaßstab lassen sich einige Kunststoffe in gelöster Form bereits mit einer Art Tintenstrahler drucken. Doch von einer Massenanwendung ist das noch weit entfernt. Das Institut für Print- und Medientechnik der TU Chemnitz verfolgt deshalb das Ziel,
"”dass wir mit konventionellen Druckverfahren, die sehr schnell und demzufolge auch preiswert sind, massenweise elektronische Bauelemente herstellen.""
Sagt der Druckexperte Dr. Ulrich Hahn. An Stelle von Farben kommen also Kunststofflösungen in die Druckmaschinen. Für elektronische Anwendungen werden mehrere Lagen übereinander gedruckt. Zum Beispiel liegen bei einem Transistor vier Schichten übereinander: ein leitfähiger Kunststoff, dann ein halbleitender, ein isolierender, und schließlich wieder eine leitende Schicht. Ganz so einfach, wie es sich anhört, ist das Kunststoff-Drucken aber nicht. Die größte Herausforderung für die Chemnitzer Forscher bestand darin, für die Kunststofflösungen eine Rezeptur zu finden, eine so genannte Formulierung, die weder zu zäh ist noch allzu leicht auseinander fließt. Hinzu kommt: Für unterschiedliche Kunststoffe benötigt man verschiedene Druckverfahren. Hahn:
"Es ging speziell um die leitfähigen Polymere. Die sind so, wie sie zur Verfügung gestellt werden von der chemischen Industrie, zumindest für den Offsetdruck nicht geeignet. Wir haben selbst eine Formulierung hergestellt, die dann für dieses Verfahren geeignet ist. Was die halbleitenden Polymere betrifft, so ist deren Viskosität sehr niedrig, und da eignet sich speziell das Tiefdruckverfahren für solche Polymere schon."
Das Problem ist hier: Die derzeit erhältlichen halbleitenden Kunststoffe müssen mit giftigen Lösungsmitteln wie Chloroform verdünnt werden. Und weil sich die Technik des Tiefdrucks von der des Offsetdrucks grundlegend unterscheidet, müssen die Ingenieure die Maschinen im Chemnitzer Versuchslabor bis jetzt auch noch jedes Mal umrüsten, wenn eine Schicht aufgetragen ist. Hahn:
"Wenn der Halbleiter prozessiert ist, dann muss noch am gleichen Tag der Isolator drauf, damit der Halbleiter nicht verdirbt. Und da haben wir zum Teil 14 Stunden und länger am Stück gearbeitet, um das Ergebnis zu kriegen."
Das Ergebnis sind die ersten Schaltkreise aus Kunststoff, die auf konventionellen Druckmaschinen entstanden sind. Sie sind zwar noch längst nicht so schnell wie die Elektronik aus Silizium. Computer auf der Basis von Kunststoff-Schaltkreisen wird es also in absehbarer Zeit nicht geben. Hahn:
"Aber für einfache Anwendungen wie RFID-Tags wird es schon in den nächsten Jahren Möglichkeiten geben."
Gemeint sind die Funketiketten auf Waren im Supermarkt, die schon jetzt in Modellversuchen den bisher üblichen Strichcode ersetzen. Sie werden bisher aus Silizium gefertigt, zum Preis von etwa 30 Cent pro Stück. Das ist viel zu teuer für die breite Anwendung. Aber nicht nur hier sehen die Chemnitzer Ingenieure eine Marktnische für die gedruckte Elektronik. Zum Beispiel könnten Sammelkarten für Jugendliche noch attraktiver sein, wenn die darauf verkörperte Spielfigur direkt eine Rolle in einem Computerspiel übernehmen kann - dank eines aufgedruckten Kunststoff-Chips. Hahn:
"Wir haben einfache elektronische Anwendungen, die auf der Basis des leitfähigen Polymers entstehen. Zum Beispiel Tastaturen und Spielkarten, und am Institut haben wir einen Oszillator voll gedruckt mit angepassten konventionellen Druckverfahren."
Ein Oszillator ist ein Gerät, bei dem eine elektronische Schaltung Schwingungen erzeugt, zum Beispiel hörbare Töne. Dass man ihn nun auch massenweise drucken kann, gilt in der Fachwelt als Durchbruch. Andere Prototypen aus verschiedenen Labors zeigen weitere Anwendungen: Japanische Forscher haben eine flexible Scannerfolie vorgestellt, deren Bildpunkte aus lichtempfindlichen Kunststoffelektroden bestehen. Und auch Eintrittskarten werden probeweise mit einem elektronischen Kunststoffsiegel bedruckt, um sie fälschungssicher zu machen.
"”dass wir mit konventionellen Druckverfahren, die sehr schnell und demzufolge auch preiswert sind, massenweise elektronische Bauelemente herstellen.""
Sagt der Druckexperte Dr. Ulrich Hahn. An Stelle von Farben kommen also Kunststofflösungen in die Druckmaschinen. Für elektronische Anwendungen werden mehrere Lagen übereinander gedruckt. Zum Beispiel liegen bei einem Transistor vier Schichten übereinander: ein leitfähiger Kunststoff, dann ein halbleitender, ein isolierender, und schließlich wieder eine leitende Schicht. Ganz so einfach, wie es sich anhört, ist das Kunststoff-Drucken aber nicht. Die größte Herausforderung für die Chemnitzer Forscher bestand darin, für die Kunststofflösungen eine Rezeptur zu finden, eine so genannte Formulierung, die weder zu zäh ist noch allzu leicht auseinander fließt. Hinzu kommt: Für unterschiedliche Kunststoffe benötigt man verschiedene Druckverfahren. Hahn:
"Es ging speziell um die leitfähigen Polymere. Die sind so, wie sie zur Verfügung gestellt werden von der chemischen Industrie, zumindest für den Offsetdruck nicht geeignet. Wir haben selbst eine Formulierung hergestellt, die dann für dieses Verfahren geeignet ist. Was die halbleitenden Polymere betrifft, so ist deren Viskosität sehr niedrig, und da eignet sich speziell das Tiefdruckverfahren für solche Polymere schon."
Das Problem ist hier: Die derzeit erhältlichen halbleitenden Kunststoffe müssen mit giftigen Lösungsmitteln wie Chloroform verdünnt werden. Und weil sich die Technik des Tiefdrucks von der des Offsetdrucks grundlegend unterscheidet, müssen die Ingenieure die Maschinen im Chemnitzer Versuchslabor bis jetzt auch noch jedes Mal umrüsten, wenn eine Schicht aufgetragen ist. Hahn:
"Wenn der Halbleiter prozessiert ist, dann muss noch am gleichen Tag der Isolator drauf, damit der Halbleiter nicht verdirbt. Und da haben wir zum Teil 14 Stunden und länger am Stück gearbeitet, um das Ergebnis zu kriegen."
Das Ergebnis sind die ersten Schaltkreise aus Kunststoff, die auf konventionellen Druckmaschinen entstanden sind. Sie sind zwar noch längst nicht so schnell wie die Elektronik aus Silizium. Computer auf der Basis von Kunststoff-Schaltkreisen wird es also in absehbarer Zeit nicht geben. Hahn:
"Aber für einfache Anwendungen wie RFID-Tags wird es schon in den nächsten Jahren Möglichkeiten geben."
Gemeint sind die Funketiketten auf Waren im Supermarkt, die schon jetzt in Modellversuchen den bisher üblichen Strichcode ersetzen. Sie werden bisher aus Silizium gefertigt, zum Preis von etwa 30 Cent pro Stück. Das ist viel zu teuer für die breite Anwendung. Aber nicht nur hier sehen die Chemnitzer Ingenieure eine Marktnische für die gedruckte Elektronik. Zum Beispiel könnten Sammelkarten für Jugendliche noch attraktiver sein, wenn die darauf verkörperte Spielfigur direkt eine Rolle in einem Computerspiel übernehmen kann - dank eines aufgedruckten Kunststoff-Chips. Hahn:
"Wir haben einfache elektronische Anwendungen, die auf der Basis des leitfähigen Polymers entstehen. Zum Beispiel Tastaturen und Spielkarten, und am Institut haben wir einen Oszillator voll gedruckt mit angepassten konventionellen Druckverfahren."
Ein Oszillator ist ein Gerät, bei dem eine elektronische Schaltung Schwingungen erzeugt, zum Beispiel hörbare Töne. Dass man ihn nun auch massenweise drucken kann, gilt in der Fachwelt als Durchbruch. Andere Prototypen aus verschiedenen Labors zeigen weitere Anwendungen: Japanische Forscher haben eine flexible Scannerfolie vorgestellt, deren Bildpunkte aus lichtempfindlichen Kunststoffelektroden bestehen. Und auch Eintrittskarten werden probeweise mit einem elektronischen Kunststoffsiegel bedruckt, um sie fälschungssicher zu machen.