Pictures of the Future – Polymer-Chips

Das Start-up-Unternehmen PolyIC hat ein ehrgeiziges Ziel: Es will die allgegenwärtigen Barcodes auf Waren durch elektronische Chips aus Kunststoff ersetzen.

Wolfgang Mildner stellt einen Joghurtbecher auf den Tisch und deutet auf den Barcode. "Den ersetzen wir durch einen Kunststoffchip", erklärt der Geschäftsführer des Start-up-Unternehmens PolyIC aus Erlangen. Die Striche von Barcodes findet man heute auf allen Produkten; sie enthalten allerdings meist nur den Preis. Einzeln unterscheidbar, etwa nach Haltbarkeit, Charge oder anderen Merkmalen, würden Produkte erst durch "intelligente Etiketten" mit der RFID-Technik (Radio-Frequenz-Identifikation). Diese aufgeklebten Funkchips eröffnen für Lieferung, Lagerhaltung und Kennzeichnung von Waren neue Möglichkeiten, weil sie aus der Ferne auslesbar sind. Im Prinzip könnte dann eine Firmenzentrale alle Produkte in ihrem Lager auf Knopfdruck identifizieren und auch den genauen Ort bestimmen. Denkbar ist zudem eine automatische Kasse: Kunden müssten ihren Einkaufswagen nur an einem Funkscanner vorbeifahren, und alle Waren im Wagen würden automatisch erfasst.

Konzerne wie Wal-Mart, Tesco oder Metro erproben derzeit RFID-Systeme mit konventionellen Siliziumchips, die 1&npsp;€ oder mehr pro Stück kosten. "Die sind für eine Massenanwendung aber zu teuer und daher nur für hochwertige Waren geeignet", sagt Mildner. Auch mit größten Anstrengungen werde ein RFID-Chip auf Siliziumbasis wohl auch langfristig nicht billiger als fünf bis zehn Cent pro Stück sein. Doch Silizium habe auch Vorteile, denn die Chips seien sehr leistungsfähig und schnell. "Dem Silizium machen wir mit Kunststoff daher gar keine Konkurrenz."

Der Gesamtmarkt für RFID-Systeme soll nach einer Studie des deutschen Marktforschungsunternehmens Soreon allein in Europa von 400 Mio. € im Jahr 2004 auf 2,5 Milliarden in 2008 wachsen. "Dieser Markt erschließt sich für Kunststoffchips dadurch, dass wir die Kosten drastisch senken. Langfristig auf unter einen Cent pro Stück oder weniger", sagt Mildner. Um dies zu erreichen, setzt das Start-up auf eine revolutionäre Produktionstechnik: Die Schaltungen aus organischen Polymeren sollen auf Folie aufgedruckt werden – wie eine Zeitung auf Papier. PolyIC setzt dabei auf das Know-how der Leonhard Kurz GmbH & Co. KG, einem führenden Hersteller von Prägefolien, der PolyIC im November 2003 zusammen mit Siemens Automation & Drives gegründet hat.

"Im Prinzip müssen wir die Silizium-Halbleitertechnik auf Basis von Kunststoffen völlig neu erfinden", sagt Mildner. Diese Hürden sind aber zu überwinden, zumal Dr. Wolfgang Clemens, Leiter Applikationen, schon einige Erfolge vorweisen kann: Bereits als Projektleiter bei Siemens Corporate Technology hat er es mit seinem Team geschafft, Schlüsselbausteine der Mikroelektronik – Transistoren und Gleichrichter – aus Polymermaterial herzustellen (siehe Pictures of the Future, Herbst 2002, Chips von der Rolle). Heute ist PolyIC mit etwa zwei Dutzend Entwicklern schon bedeutend weiter. "Wir haben mit verschiedenen Drucktechniken bereits sehr stabile Schaltungen erzeugt, die logische Operationen ausführen." Dies schaffe mit Drucken weltweit noch keine andere Forschergruppe. Ein kleiner Polymerchip lief über mehr als zehn Monate im Dauerbetrieb. Die Chips funktionieren auch noch nach zwei Tagen Lagerung bei 60 °C und 100 % Luftfeuchte und geben in Wärmekammern erst oberhalb 120 °C auf. PolyIC hält zudem den Weltrekord mit der schnellsten Frequenz für eine Polymerschaltung: 200 000 elektrische Schwingungen pro Sekunde wurden mit einem Ringoszillator aus Kunststoff erreicht. Für die Datenverarbeitung in einem RFID-Chip ist das mehr als ausreichend. Schwieriger ist es noch, die standardisierten Trägerfrequenzen von etwa 13 MHz für die Funkkommunikation mit organischen Bauelementen zu erreichen.

Bis Polymerchips wie eine Zeitung auf Folie gedruckt werden, müssen die Entwickler aber noch einige technische Probleme lösen (siehe Kasten). Auch kann das Design der Chips nicht einfach von dem eines Siliziumchips übernommen werden, da Silizium völlig andere Materialeigenschaften hat und die Herstellverfahren dafür optimiert wurden. "Wir entwickeln daher spezielle Simulationsmodelle und entwerfen neue, ans Drucken angepasste Schaltungslayouts", erklärt Walter Fix, Leiter Chip Design. "Gegenüber der Siliziumtechnik haben wir aber den Vorteil, dass wir schneller neue Chip-Generationen realisieren können." Von der Layouterstellung am Computer über die Herstellung der Masken bis zum Aufbau der Chips vergehen nur Tage.

Das erste Produkt, das PolyIC in zwei Jahren auf den Markt bringen will, ist ein einfacher RFID-Polymerchip mit wenigen hundert Transistoren, etwa einsetzbar für fälschungssichere Kennzeichnungen. "Die nächste Stufe wird ein 32-Bit-Chip, der erste Anwendungen in der Logistik ermöglicht", sagt Mildner. Eine Firma kann damit einen internen Standard für ihre Lagerhaltung aufbauen. In etwa fünf Jahren könnte dann der elektronische Produktcode (EPC) mit einigen tausend Transistoren auf den Markt kommen. Die Speicher dieser Polymerchips werden dann 64 bis 128 Bit umfassen und damit das Potenzial haben, den Barcode abzulösen, mit dem normalerweise nur 44 Bit gespeichert werden können. "Wir arbeiten daran, Chips künftig direkt auf die Verpackung aufzudrucken, wie heute den Barcode", sagt Mildner. "Auch könnten billige Chips als Logikschaltungen für elektronische Anzeigen dienen – an Stellen, an die heute keiner denkt." Damit sind Displays gemeint, die auf Verpackungen wechselnde Informationen über das Produkt zeigen, oder kleine digitale Anzeigeelemente bei Blut-, Urin- oder Schwangerschaftstests. Aber selbst 128 Bit nehmen sich bescheiden aus gegenüber Gigabit-Speichern bei Silizium. Wird es einst auch Computerchips aus Plastik geben? "Aus heutiger Sicht eine gewagte Utopie", meint Mildner. "Aber man soll niemals nie sagen."

Norbert Aschenbrenner