Faszinierende Welt der Mikrosysteme VDI/VDE-IT IT Public Relations

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1 Faszinierende Welt der Mikrosysteme

2 Faszinierende Welt der Mikrosysteme: Einführung Was ist Mikrosystemtechnik? In einem Mikrosystem werden unter Anwendung verschiedener Mikro- und Systemtechniken mehrere Einzelfunktionen zu einem miniaturisierten, intelligenten Gesamtsystem verknüpft. Dabei wird Mikroelektronik mit optischen, mechanischen, fluidischen, chemischen oder biologischen Vorgängen auf engstem Raum kombiniert, so dass sensorische, aktorische und signalverarbeitende Funktionen realisiert werden. In der Mikrosystemtechnik werden Naturwissenschaften mit empfinden Ingenieurwissenschaften interdisziplinär vernetzt. Sensor entscheiden Signalverarbeitung reagieren Aktor

3 Faszinierende Welt der Mikrosysteme: Einführung Beispiel für Mikrosysteme im Alltag Auch bei Schnee und Eis: mit MST komfortabel und sicher unterwegs Elektronisches Stabilisierungsprogramm Anti-Schlupf Regelung Anti-Blockier System Geätzte, mikromechanische Struktur eines Drehratensensors für ESP aus Silizium Airbag-Steuergerät mit integrierter Überrollsensierung zur Auslösung von Gurtstraffern und Kopf-Airbags Bildquelle: Robert Bosch GmbH

4 Faszinierende Welt der Mikrosysteme: Einführung Beispiel für Mikrosysteme im Alltag Zugang in die Welt der Geräusche: Hörgeräte zur direkten elektromechanischen Stimulation des Innenohrs Das Implantat zur Wiedererlangung der Hörfunktion steigert die Lebensqualität des Patienten erheblich VDI/VDEVDI/VDE-IT Public Relations 1 Sensor 2 Hauptmodul 3 Aktuator 4 Mittelohr 5 Innenohr Bildquelle: IMPLEX AG Hearing Technology

5 Faszinierende Welt der Mikrosysteme: Einführung Beispiel für Mikrosysteme im Alltag So viel Wirkstoffe wie notwendig: Kontinuierliche oder diskontinuierliche Abgabe von Medikamenten, z.b. Insulin für Diabetiker mit einem integrierten Medikamentendosiersystem 1 2 Mikropumpen erlauben die hochgenaue Abgabe von Flüssigkeiten. Sie sind das Herzstück von präzisen Dosiersystemen aller Art für die unterschiedlichsten Anwendungen. Bildquellen: Universität Bremen/IMSAS (1), tricumed Medizintechnik GmbH (2)

6 Faszinierende Welt der Mikrosysteme: Potenziale Warum ist Mikrosystemtechnik so wichtig? Mikrosysteme sparen aufgrund ihrer geringen Größe Platz, Gewicht, Material und Energie. Über ihre integrierende Funktion liefert die Mikrosystemtechnik die nötigen Schnittstellen, um innovative Entwicklungen aus neuen Technologiefeldern wie der Bio- oder der Nanotechnik in Produkte zu integrieren. Heute gibt es in Deutschland bereits Arbeitsplätze direkt in der MST, noch weitaus mehr in den Anwendungsbranchen. Tendenz steigend. Bis 2010 wird ein weltweites Marktwachstum auf 200 Mrd. Euro erwartet Zahnräder einer Mikrozahnradpumpe Bildquelle: HNP Mikrosysteme GmbH

7 Faszinierende Welt der Mikrosysteme: Potenziale Mikrosystemtechnik nützt allen Wozu brauchen wir Mikrosystemtechnik? Mikrosystemtechnik trägt direkt zur Verbesserung der Lebensbedingungen der Menschen bei leistet wichtige Beiträge zur nachhaltigen Entwicklung (z.b. Ressourcenschonung) ermöglicht mehr Barrierefreiheit und schafft neuen Bewegungsspielraum für alte und behinderte Menschen sichert die Wettbewerbsfähigkeit der deutschen Industrie schafft zukunftsorientierte Arbeitsplätze am Standort Deutschland Hautsensor für Anwendungen in der Medizintechnik Bildquelle: Institut für Mikrotechnik Mainz

8 Mikrosystemtechnik bringt konventionelle Branchen voran Meistens wirken Mikrosysteme im Verborgenen Faszinierende Welt der Mikrosysteme: Potenziale Viele konventionelle Technologien werden durch Mikrosystemtechnik aufgewertet, z.b. in: Maschinen- und Anlagenbau Luft- und Raumfahrttechnik Gebäudetechnik Bergbau Dezentrale Intelligenz mit Bussystemen Tele-Haus mit intelligenter Mikrosystemtechnik Der Maschinen- und Anlagenbau braucht viele hochzuverlässige, kundenspezifische Sensoren Bildquellen: AS International Association e. V. (1), Universität der Bundeswehr München (2), VDMA e. V. (3)

9 Mikrosystemtechnik entwickelt sich dynamisch Faszinierende Welt der Mikrosysteme: Potenziale Vergleich mit der Entwicklung der Mikroelektronik von 1950 bis heute Mikroelektronik: 40 Jahre von der Entdeckung des Transistors bis zur Verbreitung des PC Die Mikrosystemtechnik ist im Gegensatz dazu erst 25 Jahre jung Hohe Dynamik in der MST-Entwicklung Mikrosystemtechnik Die MST hat schon jetzt zu vielen wirtschaftlichen Erfolgen beigetragen MST stimuliert nachhaltige Innovationen Mikroelektronik Bildquelle: VDI/VDE-IT

10 Faszinierende Welt der Mikrosysteme: Potenziale Der Markt für Mikrosystemtechnik wächst 40 Weltweite dynamische Entwicklungen in Vergangenheit und Zukunft 65 Mrd. US $ 200 Mrd. US $ Prognose (ex ante Evaluation MST) 35 Mrd. US $ Hebeleffekt bei Nutzung von MST in Produkten: Ø Faktor 25 Prognose 2005 (NEXUS) Mrd. US $ Mrd. US $ Mikrosysteme Ø WR 18% / a ,9 Mrd. US $ MST-Komponenten Ø WR ~25% / a 11,5 Mrd. US $ Bildquellen: NEXUS, VDI/VDE-IT

11 Faszinierende Welt der Mikrosysteme: Potenziale Mikrosystemtechnik hat Innovationspotenzial VDE-Studie: Schlüsseltechnologien 2010 Welche Technologien haben die größten Innovationspotenziale in der Zukunft? Basierend auf einer Umfrage unter 300 Experten aus Industrie und Forschung (Angaben in %) Bildquelle: VDE

12 Mikrosystemtechnik beeinflusst Zukunftsbranchen VDE-Studie: Schlüsseltechnologien 2010 Faszinierende Welt der Mikrosysteme: Potenziale In welchen Branchen werden Schlüsseltechnologien zukünftig (sehr) viel stärker eingesetzt? Basierend auf einer Umfrage unter 300 Experten aus Industrie und Forschung (Angaben in %) Bildquelle: VDE

13 Mikrosystemtechnik - mehr als die Summe ihrer Teile Faszinierende Welt der Mikrosysteme: Technologie Die intelligente Integration in kompakte Systeme ermöglicht völlig neue Funktionen Mikroelektronik Mikromechanik Mikrooptik Mikrofluidik Nanotechnologie M i k r o s y s t e m

14 Faszinierende Welt der Mikrosysteme: Technologie Basistechnologie: Mikroelektronik Intelligent auf Sand bauen Prozessoren, Speicher, Steuerlogiken auf dünnen Siliziumkristallscheiben (Ausgangsmaterial: Quarzsand) Submikrometerstrukturen in Silizium ermöglichen Höchstintegration von Millionen Transistoren Massenfertigung gleichartiger integrierter Bauelemente ermöglicht preiswerte Elektronik für jeden Einsatzfall Basistechnologie für mehr Sicherheit, Komfort, Mobilität, Kommunikation und Gesundheit Hard- und Software bedingen einander und sind Technologietreiber Künstliche Intelligenz durch hohe Rechenleistung erreichbar Bildquelle: Semikron GmbH

15 Faszinierende Welt der Mikrosysteme: Technologie Mikromechanik Mechanische Sensoren Gefühle aus Zug und Druck Beschleunigungssensoren in Oberflächenmikromechanik Drucksensoren in Bulk-Mikromechanik Verschiedene mikromechanische Sensoren für den Einsatz im Automobil Strömungs- und Gassensoren Mikrospiegelarrays und Mikrorelais Sensoren und Aktoren mit monolithisch-integrierter Signalvorverarbeitung Typische Strukturen der Oberflächenmikromechanik Bildquelle: Robert Bosch GmbH

16 Faszinierende Welt der Mikrosysteme: Technologie Mikrooptik Kleine Optik für guten Überblick Aktive mikrooptische Komponenten (Mikrolaser, Faserlaser, LED s) Passive mikrooptische Komponenten (Linsenarrays, Filterarrays) Faser- und integrierte Optik Optische Sensoren und Anzeigesysteme (CCD-Chips, RGB- Quellen) Aufbau- und Verbindungstechnik zur Ein- und Auskopplung optischer Signale 3 System für in-vivo Histologie 1 2 Mikrooptischer Abstandssensor Mikrooptische Komponenten Bildquellen: Forschungszentrum Karlsruhe GmbH (1), Silicon Sensor AG (2), Universitätsklinikum Tübingen (3)

17 Faszinierende Welt der Mikrosysteme: Technologie Mikrofluidik Verfahrenstechnik und Chemie auf engem Raum Mikro- und Nanotiterplatten Mikromischer und Mikroreaktoren Durchflusssensoren und Mikropumpen Mikroanalysesysteme und High-Throughput Screening Verfahren Nanotiterplatten mit kleinsten Kavitäten für die 2 pharmazeutische Wirkstoffentwicklung Integriertes Mikroreaktionssystem für den industriellen Einsatz 1 Bildquellen: Institut für Mikrotechnik Mainz GmbH (1), Laser-Laboratorium Göttingen (2)

18 Faszinierende Welt der Mikrosysteme: Technologie Polymerelektronik Plastik statt Sand: Kunststoffe ersetzen Silizium Funktionspolymere mit optimierter chemischer Struktur für verschiedene Low-Performance-Anwendungen Einmischen von Nanopartikeln zur Erweiterung des Eigenschaftsspektrums Verwendung von preiswerten Drucktechniken für die Fertigung von Leiterbahnen, Antennen, Displays, Transistoren, Batterien, Sensoren, ICs Elektronikfertigung von Rolle zu Rolle Integration von dünnem, flexiblen Mikrochips aus Silizium in leistungsstarke polymerelektronische Anwendungen Folie mit Source- und Drain-Elektrode Dispensieren von P3HT Laminieren Rolle-zu-Rolle-Fabrikation eines Polymer-Transistors Drucken der Gate-Elektrode Bildquelle: Fraunhofer IZM München