Wunder-Werkstoff Glas: Innovationstreiber für Smartphones und Sensoren von Morgen

SCHOTT zeigte bei einem Innovations-Event im „chinesischen Silicon Valley“ Shenzhen, welch großen Einfluss der Werkstoff Glas auf die Zukunft von mobilen Endgeräten wie Smartphones oder Tablets nehmen kann.

Der internationale Technologiekonzern SCHOTT zeigte bei einem Innovations-Event im „chinesischen Silicon Valley“ Shenzhen, welch großen Einfluss der Werkstoff Glas auf die Zukunft von mobilen Endgeräten wie Smartphones oder Tablets nehmen kann. Doch nicht nur naheliegende Komponenten wie Displayschutzgläser ebnen den Weg in die Gerätedesigns von Morgen – Spezialgläser von SCHOTT eignen sich vor allem durch ihre physikalische Kompatibilität zu Silizium auch hervorragend dazu, Sensoren, Chips und Antennendesigns zu revolutionieren.

Smartphone-Nutzer berühren ihren mobilen Begleiter statistisch im Schnitt über 2.500 Mal pro Tag1. 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. Was sehr viel weniger offensichtlich ist: Glas erfüllt auch im Innenleben der Geräte wichtige Aufgaben, beispielsweise in Sensoren und Chips. Der internationale Technologiekonzern SCHOTT hat das Thema „Glas in Smartphones“ jetzt im Rahmen eines Innovation-Events im chinesischen Shenzhen detailliert vorgestellt und sorgte dabei für die ein oder andere Überraschung.

Hochauflösende Digitalkameras – nur mit NIR-Sperrfilter bereit für Höchstleistung
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 von SCHOTT 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. SCHOTT bietet für dieses Anwendungsgebiet viele verschiedene Glastypen, von Low- bis High-End. Im High-End-Bereich ist SCHOTT mit seinen NIR-Sperrfiltern nicht zuletzt durch die hohe Qualität und Lieferbarkeit mittlerweile einer der großen Player. „Wer ein hochauflösendes Foto mit seinem High-End-Smartphone oder seiner digitalen Spiegelreflexkamera schießt, dessen Motiv entstand mit großer Wahrscheinlichkeit mithilfe eines Infrarot-Sperrfilters“, so Andreas Haedrich, Director Sales Europe im Bereich SCHOTT Advanced Optics. „Generell kann man sagen, dass alle Digitalkameras mit einer Auflösung von über fünf Megapixeln einen absorbierenden NIR-Sperrfilter nutzen. Durch den aktuellen Trend zu Doppelkameras in Smartphones – einer Kombination aus einem Tele- und einem Weitwinkelobjektiv – hat sich die Nachfrage nach unseren Filtergläsern über die letzten Monate verdoppelt.“ Die positive Entwicklung motiviert SCHOTT zu Weiterentwicklungen – so arbeitet der Technologiekonzern aktuell mit Hochdruck daran, NIR-Sperrfilter noch dünner zu machen, um den Trend zu immer schlankeren Smartphone-Designs zu unterstützen.

Ultradünnes Glas – für gebogene Designs und die Sensoren von Morgen
Seit Jahren forciert SCHOTT die Weiterentwicklung seines ultradünnen Glases. 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.

Ein Spezialglas, das sich genau für diese Anwendungen eignet, ist SCHOTT AS 87 eco. Es wurde in einer internationalen Zusammenarbeit zwischen SCHOTT Standorten in Deutschland und Asien entwickelt, wird umweltfreundlich und ohne Einsatz von schädlicher Säure in Deutschland hergestellt, ist extrem robust, biegsam, und kommt mit einzigartigen physikalischen Eigenschaften daher. So bietet es beispielsweise eine hervorragende optische und physikalische Transmissionscharakteristik, die insbesondere für Fingerprintsensoren wichtig ist. Die Anwendungsfelder sind vielfältig, so könnte SCHOTT AS 87 eco auch als Schutzglas für gebogene Displays eingesetzt werden.

Das ultradünne Glas wird in den gewünschten Dicken im sogenannten „Down-Draw-Verfahren“ direkt aus der Schmelze gezogen. Dabei handelt es sich um eine Technologie zur Herstellung von Dünngläsern, die weltweit nur SCHOTT beherrscht. Diese ist ebenso Wegbereiter für ultradünne Gläser, die ihren Weg bis hin in die Nanometer-Ebene von Chips und Sensoren von Morgen finden.

Spezialglas mit Faible für Silizium – für den Einsatz in Sensoren und 5G-Antennen
Wie auch SCHOTT AS 87 eco wird SCHOTT MEMpax direkt per Down-Draw-Verfahren aus der Schmelze gezogen. Es gibt dem Kunden die Möglichkeit, auch bei Dicken unter 500 Mikrometern mit feuerpolierten Oberflächen kosteneffizient zu arbeiten. Das Besondere an MEMpax: Der lineare Wärmeausdehnungskoeffizient des Borosilikatglases mit feuerpolierter Oberfläche entspricht dem von Silizium. Weiterhin ist dieses Glas hervorragend für das anodische Bonden geeignet. Durch ein spezielles Verfahren kann es so mit Silizium verbunden werden – dem chemischen Element, das in der Halbleiterindustrie die Basis für immer schnellere Computerchips, Prozessoren und Sensoren darstellt.

MEMpax kommt heute schon 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 Mikromechanischen Systems (auch „MEMS“ genannt – Englisch für Microelectromechanical systems) für zuverlässige Messergebnisse.

Glas als Substrat für Massive MIMO-Systeme (5G) und Radar-Anwendungen
Das extrem homogene Material eignet sich in den Sensoren der Zukunft nicht nur als idealer Ersatz für teure Polymere, sondern auch als Substrat für die Integration von Hochfrequenzanwendungen. Dieser sperrige Begriff besagt nichts anderes, als in einem optimal entwickelten Bauteil möglichst viele Schaltungselemente und Antennen auf kleinstem Raum zusammen zu fassen und das bei verbesserter Leistung. Dies 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“.
In Massive MIMO-Konzepten werden Dutzende Antennen auf kleinstem Raum zusammengefasst. Zum Vergleich: In LTE-Netzen oder beim schnellen WLAN-Standard 802.11ac ist „nur“ eine Handvoll Sende- und Empfangsantennen für die Übertragung verantwortlich. Die gesteigerte Antennenanzahl soll nicht nur die Übertragungsgeschwindigkeit erhöhen, sondern möglichst vielen Anwendern in definierten Raumrichtungen stabile Verbindungen garantieren. Dies ist besonders dann vorteilhaft, wenn viele Empfangsgeräte auf kleinem Raum zusammentreffen, beispielsweise in Fußballstadien oder urbanen Stadtzentren. Durch die gezielte Übertragung kann zudem die Sendeleistung reduziert werden.

„Ob Hersteller von Radar-basierten Abstandsmessgeräten in der Automobilbranche oder als zuverlässiges Substrat, auf dem sehr viele Mobilfunk-Antennen zusammengefasst werden: Ultradünne Spezialgläser von SCHOTT bieten große Design-Freiheitsgrade, hohe Fertigungspräzision und exzellente Hochfrequenzeigenschaften“, so Martin Letz aus der SCHOTT Materialentwicklung. „Darüber hinaus ist Glas deutlich besser metallisierbar als beispielsweise Teflon, einem Standardwerkstoff bei Hochfrequenzsystemen. Hinzu kommt die hohe Dehnsteifigkeit gegenüber Kunststoffen und die guten dielektrischen Eigenschaften von Glas.“

Quelle: SCHOTT AG