„Wir bringen Intelligenz in Objekte des Alltags“

Marginale Spalte

Prof. Dr. rer. nat. Reinhard R. Baumann ist seit 2006 Inhaber des Lehrstuhls für Digitale Drucktechnologie und Bebilderungstechnik am Institut für Print- und Medientechnik der Technischen Universität Chemnitz.

Seit 2007 leitet er die Abteilung „Printed Functionalities“ am Fraunhofer-Institut für Elektronische Nanosysteme ENAS in Chemnitz. Sein Forschungsschwerpunkt ist die zukünftige Anwendung von grafischen Technologien bei der digitalen Herstellung von Smart Objects inklusive gedruckter flexibler Elektronik.

Foto: Prof. Baumann

Juli 2013

 

Gedruckte Elektronik steckt schon heute in vielen Anwendungen. Doch wie sieht die Zukunft dieser sogenannten Printed Functionalities aus? Professor Reinhard Baumann von der Technischen Universität Chemnitz spricht über Vorteile, Einsatzmöglichkeiten und die Umweltverträglichkeit der neuen Technologie.

 
 

Wo liegen für Sie die größten Vorteile der Printed Functionalities?

Für mich liegt der Charme darin, dass wir bei den Printed Functionalities die teuren Materialien nur an den Stellen nutzen, wo man sie wirklich braucht. Genau das geschieht beim Drucken: Was einmal bildmäßig beschichtet ist, wird nicht wieder weggeätzt, wie das bei der Lithografie der Fall ist.

Ich glaube, dass mit den Printed Functionalities eine Elektronik entsteht, die nicht zwangsläufig mit der traditionellen Silizium-Elektronik konkurriert. Auch wenn die Technologie wesentlich geringere Investitionen in die Fertigungstechnik erfordert und Materialien nur sparsam einsetzt, kommt es immer auf die Anwendung an. Bei besonders leistungsstarken Anwendungen, wie sehr schnellen Prozessoren, wird die Silizium-Elektronik ihre Bedeutung behalten, in der Masse und bei größeren Flächen spielt gedruckte Elektronik ihre Vorteile aus.

Welche Einsatzmöglichkeiten sehen Sie in zehn bis 20 Jahren?

In diesem Zeitraum rechnen wir mit deutlichen Fortschritten bei der Entwicklung geeigneter Materialien. Das ist momentan noch ein wichtiger Knackpunkt, da es nur wenige Halbleiter gibt, die für den industriellen Einsatz hergestellt werden können. Mit verbesserten Materialien wird sich aber die Ladungsträgerbeweglichkeit verbessern und die Empfindlichkeit gegenüber Sauerstoff und Wasser verringern.

Diese Materialfortschritte einerseits, gepaart mit verbesserter Auflösung und Registerhaltigkeit der Druckverfahren andererseits, resultieren in schnelleren Transistorschaltungen. Zudem wird die verbesserte Wirtschaftlichkeit der neuen Druckprodukte zu einem breiten Einsatz in der Verpackungsindustrie führen, da aufwendige Barriereschichten entfallen.

Welche Bereiche wird das Drucken funktionaler Materialien in Zukunft besonders betreffen?

Generell trägt der Funktionsdruck bereits heute zur Integration von Intelligenz in viele Objekte des täglichen Lebens bei. Das unterstützt die massenhafte Verbreitung dieser „Printed Smart Objects“ nachhaltig. Eine ihrer wesentlichen Eigenschaften ist die Fähigkeit zur drahtlosen Kommunikation untereinander sowie mit Computersystemen und -netzwerken.

Heute werden in erster Linie RFID-Tags mit Allroundantennen produziert. Diese Antennen passen jedoch nicht optimal auf alle Produkte und deren dielektrische Umgebung. Nehmen wir als Beispiel einen Milchkarton, der mit einer Allroundantenne versehen ist. Das Wasser in der Milch beeinträchtigt die Sendeleistung der Antenne negativ, sodass der Standard-Tag nicht die erforderliche Kommunikationsqualität erreicht.

Erst wenn für den Einsatzzweck optimierte RFID-Antennen zusammen mit den bunten Bildern einer Verpackung gedruckt werden, erreicht man optimale Kommunikationsqualität und senkt die Kosten. Durch die niedrigen Kosten können Antennen so für jede Verpackungsart neu angepasst werden. Wenn das geschieht, wird dieses neue Geschäftsmodell einen beträchtlichen Beitrag zur Ausdehnung und Verbreitung des Internets der Dinge und Dienste leisten.

Die Bandbreite der Anwendungen der neuen Technologie scheint groß: Sensoren, Transistoren, aber auch rollbare Displays. Ist all das mit demselben Verfahren möglich?

Grundsätzlich gehen wir davon aus, dass diese unterschiedlichen Anwendungen mit verschiedenen Drucktechnologien hergestellt werden müssen. Dabei gilt es, individuell zu entscheiden, welche Technologie unter technischen und wirtschaftlichen Aspekten die geeignete Fertigungsvariante ist. Für die Produktion flexibler, großflächiger Displays oder Sensorarrays erscheint der Tiefdruck am sinnvollsten. Feine Kontaktierungen oder auch einfache Logikschaltungen sollten in Zukunft mittels der Inkjet-Technologie wirtschaftlich herstellbar sein.

Wie bewerten Sie die Umweltverträglichkeit des neuen Verfahrens?

Gedruckte elektronische Schaltungen senken Kosten und reduzieren gleichzeitig den Verbrauch von Ressourcen, da weniger Material und Energie eingesetzt werden muss – das schont die Umwelt. Mit unserem heutigen Verständnis von Nachhaltigkeit müssen wir von Anfang an darauf achten, dass die neuen Produkte keinen Sondermüll erzeugen. Mit den Materialklassen, die sich heute abzeichnen, sind wir auf der sicheren Seite. Momentan noch erforderliche Hilfsstoffe, die diese Voraussetzungen nicht erfüllen, werden im Innovationsprozess mit Sicherheit verschwinden.