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Ultradünn, flexibel, strukturierbar: Glas für die Elektronik

| Autor / Redakteur: Matthias Jotz * / Dr. Anna-Lena Gutberlet

Glas von der Rolle besitzt das Potenzial, Kunststoffe, Metalle oder Textilien als Substratmaterial zu ersetzen und begünstigt so die voranschreitende Miniaturisierung elektrischer Schaltungen.

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Ultradünnes Glas: Rollbares Glas kann Polymerfolien an verschiedensten Stellen ersetzen – aktuell wird noch daran geforscht, das Glas auf Rolle in bestehende Prozesse zu integrieren.
Ultradünnes Glas: Rollbares Glas kann Polymerfolien an verschiedensten Stellen ersetzen – aktuell wird noch daran geforscht, das Glas auf Rolle in bestehende Prozesse zu integrieren.
(Bild: SCHOTT)

Glas hat gegenüber den Substraten Metall, Kunststoff oder Silizium einige Vorteile: es ist anorganisch, bietet eine hohe optische Transmission, hat eine sehr große Barrierewirkung und Homogenität. Glas kann zudem als Isolator eingesetzt werden und ist weitgehend resistent gegenüber Chemikalien, wie sie beispielsweise bei der Produktion von Elektronik verwendet werden. Diese chemische Stabilität, in Verbindung mit einer niedrigen Oberflächenrauigkeit, bietet ideale Voraussetzungen für das Aufbringen von Beschichtungen. Darüber hinaus kann Feuchtigkeit und UV-Strahlung dem Werkstoff ebenso wenig anhaben, wie hohe Temperaturen.

Dieser beachtlichen Liste von Vorteilen stehen selbstverständlich auch einige Nachteile im Vergleich zu Metallen oder Polymeren gegenüber.

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So ist Glas weniger flexibel als beispielsweise Kunststoff, was insbesondere in der Formgebung zu Limitierungen führt und höhere Ansprüche an die Prozessierung stellt. Außerdem ist Glas spröde und insbesondere an den Kanten sehr volatil, wodurch die Anforderungen an die maschinelle Bearbeitung steigen.

Die Werkstoffe unterscheiden sich sehr stark voneinander, sollen aber im Idealfall einfach in bestehenden Prozessen ausgetauscht werden. Da die Anforderungen an die Bearbeitung von Glas innerhalb der Prozessierung ganz andere sind als bisher in Verbindung mit Polymeren, ist es kein Wunder, dass Spezialglashersteller mit Hochdruck daran arbeiten, das Material Glas durch Forschung und Entwicklung immer besser zu machen.

Ziel ist, andere Substrate an möglichst vielen Stellen durch Glas ersetzen zu können, damit die Anwender möglichst einfach von den zahlreichen Vorteilen profitieren können.

Intensive Forschung bringt Glas auf die Rolle

Bereits seit einigen Jahren forschen verschiedene Unternehmen daran, Glas auf die Rolle zu bringen – darunter auch SCHOTT. Ziel der laufenden Forschungsprojekte ist es, ultradünnes Glas aufrollbar zu machen und so verschiedenste Prozesse und Anwendungen, in denen momentan noch Kunststoffe, Metalle oder Textilien als Substratmaterialien eingesetzt werden, in das Glas-Zeitalter zu überführen.

Das ultradünne Glas, das auf Rolle gebracht werden soll, wird von SCHOTT in Grünenplan produziert und in den gewünschten Dicken – möglich sind 100 Mikrometer und dünner – direkt aus der Schmelze gezogen. Dabei werden die Rohmaterialien vorab bei circa 1600 Grad Celsius geschmolzen, anschließend abgekühlt und zur Lagerung aufgerollt. Der sogenannte „Down Draw“-Prozess erlaubt die Herstellung des Glases in exakt den Geometrien, die der Kunde benötigt – und das mit sehr geringen Dickentoleranzen von 10 Mikrometern oder weniger.

Unterschiedliche Glastypen für eine Vielzahl an Anwendungen

Je nach Ziel-Anwendung kann die Zusammensetzung des Glases variieren (Tabelle 1 in der Bildergalerie). So weist beispielsweise das alkalifreie AF 32 eco mit Stärken zwischen 0,025 und 1,1 Millimetern einen niedrigen, an Silizium angepassten Ausdehnungskoeffizienten von 3,2 ppm/K auf und eignet sich besonders für Halbleiteranwendungen.

Andere Glastypen, beispielsweise das Aluminosilikatglas SCHOTT AS 87 eco, können durch ihre Zusammensetzung chemisch vorgespannt werden, wodurch die Widerstandsfähigkeit gegenüber äußeren Einflüssen deutlich verbessert wird. Diese verbesserte Festigkeit ist überall dort von Interesse, wo eine möglichst hohe Resistenz gegenüber Kratzern und äußeren Einflüssen notwendig ist, beispielsweise wenn das Glas als Schutzcover für Smartphone-Displays zum Einsatz kommen soll.

Grundsätzlich können ultradünne Gläser Polymere überall dort ersetzen, wo extreme Anforderungen an das Material gestellt werden – sei es in der Halbleiterindustrie, der gedruckten oder rigiden Elektronik, oder aber in Solaranwendungen, der Photonik, der Sensorik oder in optischen Bauteilen. Ganz konkrete Anwendungen, in denen biegbares Ultradünnglas bereits eingesetzt wird, sind flexible Displays, optische Bauteile für Kameras oder Schutzgläser für Fingerprintsensoren.

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