Materialien Wie Glas die Zukunft der Elektronik prägen kann

Autor / Redakteur: Michael Mueller* / Franz Graser

Das Material Glas eignet sich durch seine physikalische Verwandtschaft mit Silizium dazu, Sensoren, Chips und Antennendesigns zu revolutionieren. Der Glashersteller Schott zeigte auf einer Konferenz im chinesischen Shenzhen, welchen Einfluss Glas auf die Zukunft von mobilen Endgeräten nehmen kann.

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Ultradünnes biegbares Glas bietet vielfältige Einsatzmöglichkeiten in der Elektronik, etwa für Fingerabdrucksensoren oder als Abdeckung für den Kamerachip.
Ultradünnes biegbares Glas bietet vielfältige Einsatzmöglichkeiten in der Elektronik, etwa für Fingerabdrucksensoren oder als Abdeckung für den Kamerachip.
(Bild: Hasselblad H5D/Schott)

Smartphone-Nutzer berühren ihren mobilen Begleiter statistisch im Schnitt über 2.500 Mal pro Tag. Diese Summe ergibt sich aus der Masse von Fingertipps und Wischbewegungen, die bei der App-Nutzung entsteht. Daraus resultiert eine enge Beziehung zwischen Nutzer und Display-Schutzglas.

Glas erfüllt aber auch im Innenleben der Geräte wichtige Aufgaben, beispielsweise in Sensoren und Chips. Der internationale Technologiekonzern Schott hat das Thema „Glas in Smartphones“ im Rahmen einer Konferenz im chinesischen Shenzhen detailliert vorgestellt.

Moderne High-End-Smartphones erlauben mittlerweile digitales Fotografieren mit einer Auflösung von zehn und mehr Megapixeln. Dass nicht allein die reine Anzahl der Pixel für die Qualität der Aufnahmen verantwortlich ist, hat sich herumgesprochen. So sind es neben den sogenannten CMOS-Sensoren die davor platzierten Filter, die einen ausschlaggebenden Einfluss darauf haben, wie farbecht und realitätsnah die Fotografien aussehen. Hochwertige Filter bestehen aus Glas, dies gilt ebenso für etwaige Schutzgläser, die das Kameramodul vor Kratzern schützen.

Der Filter ist ein essentieller Faktor: Es ist ein absorbierender Nah-Infrarot-Sperrfilter (NIR-Sperrfilter). Insbesondere bei schwierigen Lichtverhältnissen und extremen Aufnahmebedingungen zeigen diese Filter ihre Stärken. Absorbierende NIR-Sperrfiltergläser sind ein Bauteil im Kameramodul von High-Tech- und Smartphone-Kameras und bieten Vorteile gegenüber anderen Materialien.

Interferenzfilter etwa filtern nah-infrarotes Licht weitaus weniger zuverlässig und finden üblicherweise in digitalen Kameras mit geringer Auflösung Einsatz. Der Konzern arbeitet aktuell mit Hochdruck daran, NIR-Sperrfilter weiter zu verschlanken, um den Trend zu immer schlankeren Smartphone-Designs zu unterstützen.

Ultradünnes Glas für gebogene Designs und die Sensoren von morgen

Mit industriell gefertigten Dicken von bis zu 30 Mikrometern dringt das ultradünne Glas in Sphären vor, die kaum jemand mit Glas in Verbindung brächte. Glas, dünner als ein menschliches Haar, bietet vielfältige Einsatzmöglichkeiten in der Elektronik.

Ob als Displayschutzglas, Abdeckung für Fingerabdrucksensoren oder Cover für den Kamerachip oder die -linse konzipiert: Dünngläser sind aufgrund ihrer besonderen Materialeigenschaften prädestiniert für den Einsatz in elektronischen Bauteilen. Doch es geht noch viel weiter: Durch seine Biegsamkeit erlaubt das ultradünne Glas schon heute die kurvigen Gerätedesigns von Morgen.

Glas als Innovationstreiber für Smartphones und Sensoren von morgen
Glas als Innovationstreiber für Smartphones und Sensoren von morgen
(Bild: Schott)

Das hierfür geeignete Spezialglas AS 87 eco wurde in internationaler Zusammenarbeit zwischen Schott-Standorten in Deutschland und Asien entwickelt. Es wird umweltfreundlich und ohne Einsatz von schädlicher Säure in Deutschland hergestellt, ist extrem robust, biegsam, und kommt mit bemerkenswerten physikalischen Eigenschaften daher.

Es weist beispielsweise eine optische und physikalische Transmissionscharakteristik auf, die für Fingerprintsensoren wichtig ist. Die Anwendungsfelder sind vielfältig. So könnte das Glas auch als Schutzglas für gebogene Displays eingesetzt werden.

Spezialglas für Sensoren

Das Spezialglas MEMpax weist interessante Parallelen zum Halbleitermaterial Silizium auf: Der lineare Wärmeausdehnungskoeffizient des Borosilikatglases mit feuerpolierter Oberfläche entspricht dem von Silizium. Weiterhin ist das Glas für das anodische Bonden geeignet und kann durch ein spezielles Verfahren mit Silizium verbunden werden.

MEMpax kommt bei Sensoren im Automotive-Bereich zum Einsatz, die den Reifen- oder Öldruck messen. Hier wird das Glas durch Druck, Erhitzung und Spannung mit Silizium verbunden und sorgt als Teil eines mikroelektromechanischen Systems (MEMS) für zuverlässige Messergebnisse.

Das homogene Material eignet sich in den Sensoren der Zukunft nicht nur als idealer Ersatz für Polymere, sondern auch als Substrat für die Integration von Hochfrequenzanwendungen. Dabei werden als in einem Bauteil möglichst viele Schaltungselemente und Antennen auf kleinstem Raum zusammgefasst.

Das ist besonders für Multiple Input / Multiple Output-Funksysteme interessant, die auch als „Massive MIMO“ bezeichnet werden und die Basis für die Telekommunikationsnetze der fünften Generation darstellen, den LTE-Nachfolger 5G.

* * Michael Mueller ist Public Relations Manager bei der Schott AG.

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