Mit ARM-Beteiligung Mikrochips aus biologisch abbaubarem Plastik

Von Sebastian Gerstl

Kunststoffelektronik: Ein mit 1,5 Millionen Pfund (ca. 1,79 Millionen Euro) ausgestattetes britisches Forschungsprojekt arbeitet an den weltweit ersten, voll biologisch abbaubaren Halbleitern. An der Green Energy-Optimised Printed Transient Integrated Circuits (GEOPIC) Initiative beteligen sich unter anderem Chipdesigner ARM und der auf Plastikhalbleiter spezialisierte IC-Fertiger PragmatIC Semiconductor.

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Das Forschungsprojekt Green Energy-Optimised Printed Transient Integrated Circuits (GEOPIC) arbeitet an der Entwicklung ARM-basierter, biologisch abbaubarer Kunststoff-Mikrochips (Symbolbild).
Das Forschungsprojekt Green Energy-Optimised Printed Transient Integrated Circuits (GEOPIC) arbeitet an der Entwicklung ARM-basierter, biologisch abbaubarer Kunststoff-Mikrochips (Symbolbild).
(Bild: Clipdealer)

Ein mit einer Grundfinanzierung von 1,5 Mio. £ ausgestattetes Forschungsprojekt im Vereinigten Königreich zielt darauf ab, die weltweit ersten kontrolliert abbaubaren integrierten Schaltkreise unter Verwendung von Kunststoffelektronik herzustellen. An dem von der britischen National Physical Laboratory und Forschern der James Watt School of Engineering der Universität Glasgow getragenen Projekt„Green Energy-Optimised Printed Transient Integrated Circuits“ (GEOPIC) beteiligen sich unter anderem der Chipdesigner ARM, die auf Kunststoffchips spezialisierte Fab PragmatIC Semiconductor und der Substratentwickler Printed Electronics.

In der auf drei Jahre ausgelegten Initiative sollen auf Silizium-Nanomembranen basierende, flexible und gedruckte integrierte Hochleistungsschaltungen auf neuartigen biologisch abbaubaren Materialien entwickelt werden. Diese sollen nachhaltig und ökologisch verträglich sein: Wenn die Schaltkreise nicht mehr benötigt werden, kann das Silizium recycelt werden, während sich die restlichen Materialien auf natürliche Weise abbauen lassen.

Das Projekt baut auf dem vorhandenen Fachwissen der Glasgower Gruppe Bendable Electronics and Sensing Technologies (BEST) auf. Diese war bislang auf die Entwicklung bieg- und dehnbarer Elektronik fokussiert, die ähnlich leistungsfähig sind wie herkömmliche Elektronik auf Siliziumbasis. Die Gruppe habt auch Methoden hervorgebracht, die es erlauben, Hochleistungsschaltkreise zuverlässig auf flexible Oberflächen zu drucken.

Reaktion auf wachsende Elektroschrott-Problematik

2019 wurden laut Umweltbundesamt allein in Deutschland 2,9 Millionen Tonnen neue Elektrogeräte gezählt, ein Anstieg um gut 60% innerhalb von sechs Jahren. Im selben Jahr kamen durch weggeworfene bzw. entsorgte Geräte knapp 1,4 Millionen Tonnen an Elektroschrott zusammen. Weltweit lag die Menge an Elektroschrott in jenem Jahr geschätzt bei etwa 53,6 Millionen Tonnen. Ein Großteil davon enthält gefährliche Abfälle in Komponenten wie Batterien und Leiterplatten. Nach unterschiedlichen Schätzungen werden gerade einmal 17-20% des weltweiten Elektroschrottesnach Meldungen der einzelnen Länder ordnungsgemäß recyclet, wobei die Quote in Deutschland - nach Angaben des Umweltbundesamtes - bei 50% noch relativ gut liegt.

Gerade im Bereich der Leistungselektronik, Leiterplatten und Mikroelektronik fällt viel Müll an, der sich nicht ohne massiven Aufwand recyclen oder entsorgen lässt. „Es besteht dringender Handlungsbedarf, um das Problem des Elektronikschrotts anzugehen, ohne dabei die bereichsübergreifende transformative Kraft der Elektronik zu verlieren. Gegenwärtig können elektronische Produktionsprozesse eine erhebliche Menge an chemischen Abfällen erzeugen. Die in diesen Prozessen hergestellten Geräte können Komponenten enthalten, die bestenfalls teilweise recycelbar sind“, sagte Professor Ravinder Dahiya von der James Watt School of Engineering, der das GEOPIC-Projekt leitet.

„Wir hoffen, dass wir durch die Entwicklung neuer Arten von Elektronik, bei denen die spätere Entsorgung von Anfang an ein integraler Bestandteil der Produktion ist, einen Weg finden, um die Flut von Elektronikabfällen einzudämmen und kommerzielle Anwendungen für die von uns entwickelte Elektronik zu finden, sobald diese erste Forschungsphase abgeschlossen ist.

„Ich bin stolz darauf, mit meinen Kollegen in der BEST-Gruppe und unseren Partnern im Vereinigten Königreich an diesem Projekt zu arbeiten. Ich bin zuversichtlich, dass wir neue Methoden zur Bewältigung dieses dringenden Problems finden können. Wir freuen uns über die Unterstützung einer breiten Palette von Projektpartnern, die es uns ermöglicht, mit Materialspezialisten, Elektronikherstellern, Umweltwissenschaftlern und politischen Entscheidungsträgern zusammenzuarbeiten, die im Laufe des Projekts ihren Beitrag leisten werden“, sagte Dr. Jeff Kettle, der das Projekt mitfinanziert hat.

ARM-basierte druckbare Prozessoren auf Plastikbasis erfolgreich demonstriert

ARM und PragmatIC haben bereits in jüngerer Vergangenheit in einem Projekt für kunststoffbasierte druckbare Prozessoren zusammengearbeitet: Vergangenen Sommer stellten die Unternehmen einen ARM-basierten Klon eines MOS-6502-Prozessors vor. Der komplett ohne Einsatz von Silizium hergestellte, voll einsetzbare und druckbare Kunststoffchip benötigte zwei Wochen von Design zum Tape-Out.

Laut PragmatIC könne diese Technologie als Beispiel dienen, wie sich druckbare Chipdesigns, schnell und kostengünstig produzieren lassen. Damit ließen sich Problematiken wie vorübergehende Chipknappheit schnell adressieren und zumindest überbrücken.

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