Ultradünn, flexibel, strukturierbar: Glas für die Elektronik

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Auf der diesjährigen LOPEC, der internationalen Fachmesse für Gedruckte Elektronik in Deutschland, präsentierte SCHOTT den neuesten Prototypen von „Glas auf Rolle“. Für bestimmte Anwendungen müssen Glas und Folie einen Verbund eingehen, für die Haftung der Folie auf dem Glas ist dabei kein vorgelagerter Trocknungsprozess notwendig, was das Aufbringen erleichtert. Herausfordernd ist weiterhin die Implementierung von „Glas auf Rolle“ in bestehende Prozesse.

Denn Glas stellt andere Anforderungen an die Produktionsumgebung als Kunststoffe. Brüche beim Abrollen oder der Verarbeitung des ultradünnen Glases müssen vermieden werden, um keinen unnötigen Stillstand der Produktionslinien zu provozieren. Daher liegt der Schwerpunkt von SCHOTT auf der stetigen Optimierung der Glasfestigkeit sowie der Qualität.

Strukturen in dünnem und ultradünnem Glas

Die Verbesserung der Glas-Eigenschaften umfasst auch die Strukturierung. Polymere können beispielsweise sehr einfach, genau und kostengünstig strukturiert werden, was für Glas bislang nicht zutraf. Diese Limitierung bremste die Adaption des Werkstoffes in verschiedensten Anwendungsgebieten, z.B. der Biotechnologie oder der Sensorik.

Standardtechniken zur Strukturierung von Glaswafern haben heute aufgrund der erreichbaren Toleranzen und Fertigungstechnologien ihre Grenzen erreicht. Dabei war die Strukturierung von Glas schon immer mit Kompromissen verbunden: Kunden mussten sich entweder für niedrige Kosten, ein hohes Maß an Flexibilität oder enge Toleranzen entscheiden. Einen Goldstandard, der diese drei Aspekte vorteilhaft miteinander kombinieren konnte, gab es nicht.

SCHOTT hat jetzt einen Weg gefunden, diese Kompromisse immerhin sehr deutlich zu reduzieren. Das neue FLEXINITY genannte Strukturierungsportfolio für Wafer und Dünnglas erlaubt die Herstellung von strukturiertem Glas mit einem minimalen Strukturradius von 150 µm und einer Positions- und Strukturtoleranz von +/- 25 µm. Der minimale Abstand zwischen den Strukturen beträgt 300 Mikrometer, die Randausschlusszone liegt bei fünf Millimetern.

Auch hier stehen verschiedenste Glastypen in Dicken von 0,1 – 3 mm zur Verfügung. Durch die Designfreiheit können die Strukturen gemäß Kundenspezifikation in das Glas überführt werden. Dies ermöglicht kleinere elektronische Wafer, Sensoren und Batterien und erlaubt Designern und Herstellern mehr Gestaltungsfreiheit bei den Produkten und der Integration von Komponenten. SCHOTT fährt aktuell die Massenproduktion hoch und ist voraussichtlich im Frühjahr 2019 in großen Mengen lieferfähig – bis dahin erfolgt die Auslieferung von Samples auf Anfrage.

Strukturiert nach Kundenwunsch

Nach Kundenwunsch strukturierte Glaswafer können in verschiedenen Anwendungsgebieten für ganz neue Impulse sorgen. So spielen Glaswafer mit Löchern schon heute eine große Rolle in der Sensorik, etwa in der Produktion von Drucksensoren für den Automotive-Bereich.

Ein Beispiel: Der Ausdehnungskoeffizient des alkalihaltigen Borosilikatglases MEMpax ist identisch mit dem von Silizium, wodurch beide Materialien mit Hilfe von anodischem Bonding zuverlässig miteinander verbunden werden können. Die MEMpax-Wafer werden entsprechend strukturiert und im Anschluss in viele kleine Glasstücke geschnitten, die dann gemeinsam mit Silizium in die Produktion von Öl- oder Luftdrucksensoren fließen.

Weitere mögliche Anwendungen finden sich im Bereich Life Sciences, etwa in der Mikrofluidik. Hier bringen kundenindividuelle Designs neue Produkte und Diagnosemöglichkeiten hervor. So ist der Glastyp D 263 bio – eine Weiterentwicklung des weithin bekannten Glases D 263, dem Quasi-Standardmaterial für Deckgläser in der Mikroskopie – chemisch vorspannbar und leicht zu strukturieren.

Damit eignet er sich für verschiedensten Applikationen mit Anforderungen von hoher optischer Qualität und Biokompatibilität, als Substratglas für optische Diagnostik, mikrofluidische Komponenten oder für Anwendungen im Consumer-Bereich und der Industrie.

Zukunftsmaterial Glas soll neue Impulse setzen

Ultradünnes Glas von der Rolle und strukturierte Gläser haben das Zeug dazu, in unterschiedlichsten Branchen und Anwendungsfeldern ganz neue Impulse zu setzen. Mit Blick auf zukünftige Anwendungsgebiete ist zu erkennen, dass flexibles Glas die voranschreitende Miniaturisierung elektrischer Schaltungen begünstigen und vorantreiben wird. Nicht zuletzt eröffnet flexibles Glas auch neue Möglichkeiten bei Innovationen rund um die Themen Augmented und Mixed Reality.

Welche Innovationen mit strukturierten Glaswafern vorangetrieben werden, ist aktuell noch nicht absehbar. Die Möglichkeiten sind schier unbegrenzt – folglich werden hier die Anwender den Weg der Zukunft maßgeblich gestalten.

1950: Diese frühe Leiterplatte war für den damaligen Entwickler noch übersichtlich und das manuelle Entflechten der Leiterbahnen per Tuschestift und später mittels Klebeband war gängige Praxis. (VBM-Archiv)

Supraleiterfolie: Die Saarbrücker Forscher haben Fasern mit supraleitenden Nanodrähten zu einem Stoff verwebt, der hauchfein, biegsam und flexibel wie Frischhaltefolie ist. (Oliver Dietze)

* Matthias Jotz ist Produktmanager Sensor & Semicon bei SCHOTT Advanced Optics

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