Mikrosystemtechnik Faszination im. täglichen Leben und im Unterricht Mikrosystemtechnik Faszination im täglichen Leben und im Unterricht

Mikrosystemtechnik Faszination im täglichen Leben und im Unterricht Mikrosystemtechnik Faszination im täglichen Leben und im Unterricht Andreas Schütze Saarbrücken, 20.11.2006 1

Was ist Mechatronik? Mikrosystemtechnik Faszination im täglichen Leben und im Unterricht Folie 2 Mechatronik bezeichnet die enge Verknüpfung - mechanischer, - elektronischer und - informationstechnischer Komponenten. Informationstechnik Mechanik (Maschinenbau) Elektronik (Elektrotechnik)

z.b. das Auto Mikrosystemtechnik Faszination im täglichen Leben und im Unterricht Folie 3 Heute bereits eine Vielzahl elektronischer Funktionen (diverse Sensoren, Aktoren/Motoren bis zur Unterhaltungsund Kommunikationselektronik) Bedarf: möglichst kleine und leichte Lösungen! Miniaturisierung Quelle: TEMIC, Anzeige in mstnews

Mikrosystemtechnik Faszination im täglichen Leben und im Unterricht Folie 4 Weitere mechatronische Systeme Waschmaschine: Programmablauf steuern Vibration vermeiden Digital- oder Videokamera: Autofokus/Zoom Bildstabilisierung CD-Walkman: Abtasten der CD-Spur Aussetzerunterdrückung usw. (Computerlaufwerke, Drucker, ) Immer gefordert: mehr Funktion bei niedrigeren Kosten, zusätzlich meist auf (sehr) kleinem Raum zu integrieren ähnliche Anforderungen bekannt aus (Mikro-)Elektronik

Mikrosystemtechnik Faszination im täglichen Leben und im Unterricht Folie 5 Von der Mikroelektronik zur Mikrosystemtechnik Mikrosystemtechnik ist die Erweiterung der Mikroelektronik um mechanische, optische, chemische und biologische Funktionen zusätzlich zur Informationsverarbeitung (Elektronik). Die dabei eingesetzten Mikrotechnologien beruhen auf den überaus erfolgreichen Prinzipien der Mikroelektronik: Miniaturisierung: Gewicht, Raum-, Ressourcen- und Energiebedarf sind extrem reduziert: mehr Funktion auf immer kleinerem Raum Batchprozessierung: Herstellung vieler gleicher Strukturen parallel anstatt sequentiell: mehr Funktion zu immer niedrigeren Kosten

Mikrosystemtechnik Faszination im täglichen Leben und im Unterricht Folie 6 Was ist Mikrosystemtechnik? englischer Begriff: Micro Electro Mechanical Systems - MEMS auf deutsch also: Mikro Elektro Mechanische Systeme = Mechatronik im Kleinstformat + zusätzlich Optik, Chemie, Biologie,... Was heißt Mikro? 1 µm ist ein tausendstel mm Durchmesser eines Haares ca. 100 µm Mechanik mit µm-abmessungen in Silizium (u.a.)

Mikrosystemtechnik Faszination im täglichen Leben und im Unterricht Folie 7 Mikrosystemtechnik im täglichen Leben z. B. im Auto: Airbagsensor Kindersitzerkennung Beifahrerpositionserkennung Motorsteuerung Regensensor Elektronisches Fahrwerk ESP-Sensor Reifendrucksensor Klimaautomatik Abstandsradar...

Mikrosystemtechnik Faszination im täglichen Leben und im Unterricht Mikrosensoren: Beispiele Drucksensor Strahlungssensor a Si-Chip Keramik Piezoresistoren Beschleunigungssensor Folie 8

Mikrosystemtechnik Faszination im täglichen Leben und im Unterricht Folie 9 Moderner integrierter Airbagsensor 1 mm Fotos: A. Schütze 50 µm 200 µm

Mikrosystemtechnik Faszination im täglichen Leben und im Unterricht Folie 10 Elektronisches Stabilitätsprogramm (ESP): Systemblöcke Bei Übersteuerung Eingriff in in die Bremsen der Hinterachse Bei Untersteuerung Eingriff in in die Bremsen der Vorderachse Messung von Lenkwinkel und Reifengeschwindigkeit Messung der Drehrate Messung der Querbeschleunigung Generieren einer Referenz der Fahrcharakteristik Messung der Fahrcharakteristik Berechnung der Abweichung Entscheidung über Interventionsstrategie

Mikrosystemtechnik Faszination im täglichen Leben und im Unterricht Folie 11 Mikrosystemtechnik im täglichen Leben z.b. bei Vortragsveranstaltungen: Digital Mirror Device digitaler Spiegelchip für Projektionsdisplays (Digital Light Processing) rund 800.000 Spiegel jeweils 16 x 16 µm² groß Erforderliche Geschwindigkeit: 60 Bilder/s x 3 Farben x 256 Helligkeitsstufen: 50 khz = 20 µs

Mikrosystemtechnik Faszination im täglichen Leben und im Unterricht Folie 12 Mikrosystemtechnik im täglichen Leben z.b. im Computer: Schreib-Lesekopf CD / DVD Festplatte Datenautobahn Internet Optische Maus...und demnächst in der Federtasche?! Druckkopf

BMBF-Projekt pro-mst: Rahmen und Ziele I pro-mst: Die Aus- und Weiterbildungsfoundry für Prozesstechnologien in der Mikrosystemtechnik Angebote bzw. Aktivitäten des Netzwerks pro-mst: Hands-on-experience - Laborkurse Praxis im 300m² großen Reinraum mit kompletter Fertigungslinie Theoretische Grundlagenvermittlung Virtuelles Technologielabor Effiziente Kursvorbereitung und Kursnachbereitung Förderung des naturwissenschaftlichen Nachwuchses Praktika, Workshops, Arbeitsgemeinschaften, Jugend forscht, Wettbewerbe Lehrerfortbildung Theoretische und praktische Einführung in die MST siehe auch: www.pro-mst.de Mikrosystemtechnik Faszination im täglichen Leben und im Unterricht 13

BMBF-Projekt pro-mst: Rahmen und Ziele II Wesentliches Ziel der Netzwerkarbeit: Förderung des naturwissenschaftlich-technischen Interesses von SchülerInnen allgemein und insbesondere im Bereich der MST Umsetzung dieses Ziels konkret durch: Schüler-AGs, -Projekte bzw. -Praktika Unterrichtseinheiten Besondere Lernleistungen Hauptproblem: Schwierigkeiten im Umgang mit der zum Auslesen von (Mikro-)Sensoren nötigen Elektronik Lösungsansätze: Entwicklung einer universellen Elektronik-Plattform (VenDASys) Schülerlabor SinnTec zum Reinschnuppern und Scheu abbauen Motto: Sinn für Technik Technische Sinnesorgane http://www.mechatronik.uni-saarland.de/sinntec/ Mikrosystemtechnik Faszination im täglichen Leben und im Unterricht 14