Computer schrumpfen auf Körnergröße

Den Rechner in der Größe eines Sandkorns gibt es zwar noch nicht, doch in Sachen Miniaturisierung macht das Fraunhofer-Institut für Zuverlässigkeit und Mikrointegration [IZM] deutliche Fortschritte.

Dir Forscher haben es geschafft, ein Gesamtsystem aus Sensor, Prozessor, Speicher, Funkbaustein, Antenne und eigener Energieversorgung auf einen Kubikzentimeter zu konzentrieren, also etwa auf die Größe eines Stücks Würfelzucker.

Auf der Internationalen Funkausstellung [IFA] wird das "E-Grain", in einen Golfball integriert, nun erstmals der Öffentlichkeit präsentiert.

Die IFA [2. bis 7. September] in Berlin ist der weltgrößte Branchentreff für Unterhaltungselektronik. 1.189 Aussteller aus 40 Ländern zeigen dort ihre Produktneuheiten.

IFA-Website

Dreidimensionale Integration

Um Platz zu sparen, wurden die Komponenten nicht nebeneinander auf einem Träger platziert, sondern gestapelt. Batterie, Speicher, Prozessor und Funkbaustein sitzen in unterschiedlichen Etagen, sodass ein kompaktes System entsteht.

Um die einzelnen Lagen elektrisch zu verknüpfen, fertigen die Forscher einzelne dünne Lagen und montieren diese mit der "Flip-Chip"-Technik. Bei diesem Verfahren wird ein Chip nicht über einzelne Mikrodrähte mit dem Substrat verbunden, sondern auf den Kopf gedreht und mit der Oberseite an kleinen Lötpunkten auf dem Träger fixiert.

Versieht man alle Substratlagen auf der Ober- und Unterseite mit den kleinen Lötpunkten, entstehen durchgehende Kontakte, die sich durch den Stapel ziehen wie Heizungsrohre im Wohnhaus.

Doch noch sind nicht alle Bauteile klein genug: Dünne Polymerbatterien der erforderlichen Größe etwa, die für die E-Grains in Frage kommen, gibt es noch nicht.

"Wir wollen Sensornetzwerke aufbauen, die aus einzelnen autarken und stark miniaturisierten Mikrosystemen bestehen", erklärt Jürgen Wolf vom IZM.

Fraunhofer IZM

Mikro-Netze melden Umweltdaten

Ziel in den kommenden Jahren ist es, die E-Grains auf die Größe eines Streichholzkopfes zu schrumpfen.

"Jedes einzelne E-Grain verfügt über einen Sensor, eigene Rechenleistung, Energieversorgung und Kommunikationsmöglichkeiten", so Wolf weiter. Dadurch können die Körner ein eigenständiges Netzwerk bilden und per Funk selbstständig Daten verschicken.

Anwendungen liegen vor allem in der Logistik, der Qualitätsüberwachung bei Produktionsprozessen, dem Katastrophenschutz und in der Erfassung von Umweltdaten.