Mikrosystemtechnik

Aufgrund ihrer wirtschaftlichen und fertigungstechnischen Vorteile haben sich Laserquellen in den vergangenen 30 Jahren in weiten Bereichen der Produktionstechnik etabliert. Besonders die Möglichkeit der Realisierung kleinster Fokusdurchmesser zur Materialbearbeitung macht den Laser zu einem der wichtigsten Werkzeuge in der Mikrotechnologie. In diesem Beitrag werden grundlegende Verfahren der Lasermikrobearbeitung sowie deren verfahrensspezifische Anwendungsgebiete vorgestellt. Dabei wird auf etablierte und in der Entwicklung begriffene Technologien eingegangen. Abschließend erfolgt eine Betrachtung des Marktpotenzials laserbasierter Fertigungsverfahren in der Mikrotechnologie.

In unserem Alltag haben in vielen Anwendungen und Geräten intelligente Funktionen, die auf Mikrotechnologien basieren, Einzug gehalten. Handys sind beispielsweise mit Kameras, Spielkonsolen oder persönlichen digitale Assistenten ausgestattet. Autos werden intelligenter über Selbstkontrollfunktionen und adaptive Sicherheitssysteme. Neben Japan und den USA gehört Europa zu den führenden Standorten in der Welt. Der Schlüsselfaktor für erfolgreich am Markt etablierte Produkte werden künftig die Systemintegration, die Miniaturisierung von Komponenten und nicht zuletzt die Integration der verschiedenen Technologieansätze und der verschiedenen Materialien sein. Dabei ist die Brücke zwischen der Nanometer- und Mikrometerskala der Komponenten und der Makrowelt der Anwender zu schlagen. Smart Systems Technologien und ihre Integration werden deshalb einen entscheidenden Einfluss auf die Konkurrenzfähigkeit der Produkte verschiedener Branchen, wie Luftfahrt, Sicherheit, Automobilbau, ...

Mit den Prozessen und Verfahren der Mikrosystemtechnik wird eine Vielzahl von Mikrosensoren und -aktoren hergestellt. Diese Technologie ist jedoch durch das Aufschichten von Ebenen limitiert, wodurch keine echten 3D-Strukturen aufgebaut werden können. Diese Einschränkung wird durch die Kombination mit einem nachgelagerten Mikroumformprozess überwunden. Auf diese Weise ist es möglich, die Statorspulen für einen Mikromotor mit einem Gehäusedurchmesser von lediglich 4 mm kostengünstig und prozesssicher herzustellen.

Ein besonders Erfolg versprechendes Anwendungsfeld der Mikro- und Nanotechnologien sind Analysesysteme für die Petrochemie und Gasanalytik, die Prozess- und Umweltmesstechnik sowie die Bio- und Medizintechnik. Solche Mikroanalysesysteme erlauben bei geringen Investitions- und Betriebskosten eine hochgenaue und schnelle Messung bei geringem Proben- und Energiebedarf. Für eine erfolgreiche Umsetzung solcher Systeme in Produkte ist allerdings ein durchgängiger Einsatz dieser Technologien im System erforderlich, da nur so die Vorteile hoher Integrationsdichte, geringer Herstellungskosten bei hoher Funktionalität erreicht werden. Als Beispiele werden verschiedene Mikroanalysesysteme wie Gaschromatographen, Massenspektrometer und IR-Messysteme beschrieben.

Der Aufbau elektronischer oder optischer Bauteile im Nanometermaßstab wird seit mehr als einer Dekade für unterschiedliche Anwendungen verfolgt. Komplementär zum Aufbau von Bauelementen auf Mikro- und Nanometermaßstab durch geeignete technologische Prozessierungsverfahren (top-down) ist das Verwenden von nanoskaligen Materialien (bottom-up). Mit beiden Ansätzen lässt sich eine höhere Integrationsdichte, verbunden mit einem geringeren Raumbedarf und einem erhöhten Level optischer und elektrischer Funktionalität bei gleichzeitiger Kostenersparnis erreichen. Diese wird jedoch nicht nur durch die Umsetzung in miniaturisierte Bauteile, sondern zusätzlich auch durch kostengünstig zu führende Prozesse erreicht. Für beide Ansätze wird oftmals nach neuen Werkstoffen verlangt, die in einem weiten Bereich an die Prozesse bzw. die verwendeten Technologien angepasst werden können und/oder eine Multifunktionalität beinhalten, mit der man Prozessschritte einsparen kann. Mit der ...

Die steigende Anzahl kundenspezifischer Produkte bewirkt die Zunahme der Fertigungsaufträge bei gleichzeitiger Abnahme der individuellen Auftragsgröße. Um trotzdem flexibel und mit hoher Anlagenauslastung fertigen zu können, ist der Einsatz einer aktiven Fertigungssteuerung notwendig. Verbunden mit maximaler Integration der Anlagen bietet sich so die Möglichkeit einer transparenten und zeitlich optimierten Prozessierung der Aufträge. Der Beitrag beschreibt die Vorteile und die Funktionsprinzipien eines modularen und zeitgesteuerten MES (Manufacturing Execution System).