Vom Handy auf die Leinwand: Einige Smartphone-Anbieter haben bereits versucht, einen Beamer in ihre Geräte einzubauen. Der Erfolg war aber bisher bescheiden. Um eine gute Auflösung und gleichzeitig eine passable Lichtstärke bieten zu können, reichen die technologischen Möglichkeiten, die man bei einem leistbaren Gadget für den Massenmarkt hat, noch nicht aus.

"Die Antwort auf die Frage, wie ich ein photonisches System ins Handy bringe, heißt: Die Strukturgenauigkeit muss höher, die Chips müssen kleiner werden", sagt Christina Hirschl, Forschungsleiterin im Bereich Sensor-Systems und System-Integration der Silicon Austria Labs in Villach, dazu.

Noch viel weiter ist man dagegen davon entfernt, im Smartphone auch Quantensensoren zu verbauen, die etwa Inhaltsstoffe von Nahrungsmitteln erkennen. Ein aktuell in Entwicklung befindlicher Demonstrator der Silicon Labs, der etwa bereits Vitamin C in Flüssigkeiten erkennen kann, hat noch eher Schuhschachtelgröße.

Die Weiterentwicklung von Chips und Elektronik in Verbindung mit kleinster Sensor- oder Aktuatortechnik ist auch deshalb fordernd, weil es die entsprechende Infrastruktur braucht – sprich: einen Reinraum. Anders als in reinen Produktionsstätten müssen hier nicht nur jene für die Fertigung erforderlichen Bedingungen – Partikelfreiheit und kontrollierte Umweltparameter – herrschen. In der Forschung muss die Infrastruktur beispielsweise auch auf eine besonders hohe Flexibilität in den Abläufen ausgerichtet sein.

Kapazität für Kleinserien

Die Silicon Austria Labs verfügen am Standort Villach über einen solchen Reinraum in der Größe von etwa 300 Quadratmetern, der mittlerweile laut Hirschl aber "sehr voll" ist. Nun wurde ein weiterer Schritt in Sachen einer – schon länger im Raum stehenden – Erweiterung der Infrastruktur getan. "Wir haben die Grundsatzentscheidung gefasst, die Reinraumflächen um weitere 1000 Quadratmeter zu erweitern", sagt der Silicon-Austria-Labs-Geschäftsführer Gerald Murauer dazu.

Der Ausbau würde für Hirschl und ihr Team eine Reihe neuer Möglichkeiten bringen. Das Angebot könnte etwa von den derzeit üblichen Prototypserien in Richtung von größeren Kleinserienproduktionen ausgeweitet werden. "Mittelständische Unternehmen ohne eigene Chipfertigung können nur verwenden, was am Markt verfügbar ist", sagt Hirschl.

"Wir könnten mit dem Update dagegen einen Zugang zu maßgeschneiderter Forschung und Fertigung bieten. Wenn man in einem KMU sagt, wir haben eine gute Idee für ein Chipsystem, brauchen aber nur ein paar Tausend Stück, können wir das übernehmen."

Gleichzeitig mit der Kapazität für Kleinserien wird auch eine entsprechende ISO-Zertfizierung implementiert, die einen hohen Qualitätsstandard sicherstellt. Auch die Möglichkeit, Neuentwicklungen für die industrielle Massenfertigung zu optimieren und hochzuskalieren, würde zudem ausgebaut.

Smarte Sensorhülle

Ein wichtiger Trend, bei dem eine neue Entwicklungs- und Produktionsinfrastruktur Anwendung finden kann, ist das sogenannte Packaging von Sensorelementen. "Das bedeutet, dass der Umhüllung eines Sensors eine Zusatzfunktion gegeben wird", sagt Hirschl. "Die Messung der Luftgüte ist beispielsweise von vielen Umgebungsparametern abhängig. In die Einkapselung könnte beispielsweise also noch ein Feuchtigkeitssensor eingebettet sein, dessen Daten jene des ,Hauptsensors‘ in Kontext setzen", gibt die Forscherin ein Beispiel.

Bei anderen Projekten geht es etwa um die Autarkie des Sensors: Messpunkte an schwer zugänglichen Orten sollen Energie aus Sonnenlicht oder Vibrationen selbst generieren und speichern.

Ein wichtiger Punkt für Hirschl ist neben der Entwicklung von Sensortechniken die Weiterentwicklung der Produktionsmaschinen für die Fertigung. Meist werden zu diesem Zweck Kooperationen mit den Herstellern eingegangen, die experimentelle Anlagen zur Verfügung stellen und selbst von den damit gemachten Versuchen profitieren.

"Mittels eines Beschichtungstools werden zum Beispiel präzise metallische Schichten auf Wafer – Silicium-Scheiben, die als Basis für die Chipproduktion dienen – aufgebracht", erklärt Hirschl. "Unsere Variante – ein Gerät im Wert von drei Millionen Euro – ist darauf ausgerichtet, mit anderen Materialien zu arbeiten als die Standardgeräte; eine Funktion, die vielleicht erst in kommende Produktgenerationen Eingang findet." (Alois Pumhösel, 15.12.2020)