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1 Gliederung Was sind Mikrosysteme?

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Gliederung
þ Einführung: Technik en miniature
ƒ Basis-Prozesse der Mikrotechnologie
ƒ Spezielle Technologien der Mikromechanik
ƒ Design von Mikrokomponenten
ƒ Mikrosensoren und Mikroaktoren
ƒ Case Studies
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Piezoresistive Sensoren
Formgedächtnis-Aktoren
Magnetische Mikrosysteme
Optisches Mikrofon
Mikrofluidische Systeme
Mikroplasmaquellen
Institute for Microtechnology - Technical University of Braunschweig - Germany
Was sind Mikrosysteme?
Scientific American
Nanodrive
IBM
Durchmesser der Gruben: 40 nm
Werkzeuge für Ameisen?
In Mikrosystemen werden mehrere
Einzelfunktionen zu miniaturisierten,
intelligenten Gesamtsystemen verknüpft
Institute for Microtechnology - Technical University of Braunschweig - Germany
1
Wie groß ist ein Mikrometer?
Hand
10 cm
1 cm
Leukozyt
10 µm
1 µm
DNA
1 mm
100 µm
100 nm
10 nm
Quelle: Spektrum der Wissenschaft Spezial 2/2001
Institute for Microtechnology - Technical University of Braunschweig - Germany
Warum miniaturisieren?
ƒ Zunehmende Funktionalität bei konstantem Bauraum
Beschleunigungssensor
Analog Devices
Drucksensor imt
Institute for Microtechnology - Technical University of Braunschweig - Germany
2
Warum miniaturisieren?
ƒ Mobile Produkte
Mobiler DVD-Player
Minicamcorder
Sony
Sony
Mini Hard Disk
IBM
Institute for Microtechnology - Technical University of Braunschweig - Germany
Warum miniaturisieren?
ƒ Neue Funktionen
Minimal-invasive Chirurgie
• Mikrowerkzeuge
• Mikrokameras
• Mikrosensoren
• Mikropumpen
Mikrozange
Forschungszentrum Karlsruhe
VDI/VDE-IT
Institute for Microtechnology - Technical University of Braunschweig - Germany
3
Warum miniaturisieren?
ƒ Kostengünstige Produktion
Entwicklungsphilosophie:
• Leistungsfähige
Entwurfswerkzeuge
• Übertragung der Strukturen
mittels Fotolithographie
• Fertigung im Nutzen
(Batch-Verfahren)
• Entwicklung weniger
Grundstrukturen
(Baukastenprinzip)
Institute for Microtechnology - Technical University of Braunschweig - Germany
Miniaturisierung in der Feinmechanik
Chronograph FH Furtwangen
RAYTHEON, RCA, SYLVANIA
„Ich habe immer gesagt, die Mechaniker gedeihen am besten,
wenn man sie auf junge Stämme von Uhrmachern pfropft.“
Georg Christoph Lichtenberg (1742-1799)
Institute for Microtechnology - Technical University of Braunschweig - Germany
4
Fairchild
Miniaturisierung in der Mikroelektronik
Erster Transistor
Erster Planartransistor
1947
Erster Integrierter Schaltkreis CPU (132000 Transistoren)
1959
1961
Verdoppelung der
Zahl der Transistoren
pro Flächeneinheit
alle 18 Monate
Institute for Microtechnology - Technical University of Braunschweig - Germany
Mikroelektronik und Mikrosystemtechnik
ƒ 40 Jahre von der Entdeckung des
Transistors bis zur Verbreitung des PC
ƒ mit MST beschäftigt man sich erst seit 25
Jahren
ƒ der breite Durchbruch der MST steht noch
bevor
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Entwicklungsverläufe
Diffusion
Integration
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IBM
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Basistechnologie
n
MST
Diffusion in Anwendungen
Integration
Basistechnologien
1950
1960
1970
1980
1990
2000
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5
Mikrosystemprodukte und Marktsegmente
Marktsegmente
Mikrosystemprodukte
RW heads
Micro-displays
Inkjet heads
Pressure sensors
RF MEMS
Micro-fluidics
Gyroscopes
Accelerometers
Microphones
Flow sensors
MOEMS for Telecom
Drug delivery systems
IR sensors
Micro energy sources
Micro-reactors
Chip cooler
Inclinometers
MEMS memories
MEMS fingerprints
Liquid lenses
Microspectrometer
Wafer probes
Micro-mirrors
Micro-pumps
Micromotors
Chemical anaylsis systems
IT peripherals
Automotive
Consumer & lifestyle
Medical & life sciences
Industrial & process control
Telecommunication
Institute for Microtechnology - Technical University of Braunschweig - Germany
Marktaufschlüsselung nach MST-Komponenten
NEXUS Market
Analysis
2005 - 2009
Institute for Microtechnology - Technical University of Braunschweig - Germany
6
Marktaufschlüsselung nach MST-Komponenten
Drei Produkte werden 2009
70% des Marktes ausmachen:
Institute for Microtechnology - Technical University of Braunschweig - Germany
Marktaufschlüsselung nach MST-Komponenten
Drei Produkte werden 2009
70% des Marktes ausmachen:
ƒ Read-write heads
LETI
Institute for Microtechnology - Technical University of Braunschweig - Germany
7
Marktaufschlüsselung nach MST-Komponenten
Drei Produkte werden 2009
70% des Marktes ausmachen:
ƒ Read-write heads
ƒ Inkjet heads
Microjet
Technology
Institute for Microtechnology - Technical University of Braunschweig - Germany
Drei Produkte werden 2009
70% des Marktes ausmachen:
ƒ Read-write heads
ƒ Inkjet heads
ƒ Micro-displays
Texas Instruments
Marktaufschlüsselung nach MST-Komponenten
Institute for Microtechnology - Technical University of Braunschweig - Germany
8
Marktaufschlüsselung nach MST-Komponenten
Drei Produkte werden 2009
70% des Marktes ausmachen:
ƒ Read-write heads
ƒ Inkjet heads
ƒ Micro-displays
Drei weitere Produkte werden
2009 jeweils einen Markt von
über $ 1 Mrd. haben:
Institute for Microtechnology - Technical University of Braunschweig - Germany
Marktaufschlüsselung nach MST-Komponenten
Drei Produkte werden 2009
70% des Marktes ausmachen:
ƒ Read-write heads
ƒ Inkjet heads
ƒ Micro-displays
Drei weitere Produkte werden
2009 jeweils einen Markt von
über $ 1 Mrd. haben:
ƒ Drucksensoren
imt
Institute for Microtechnology - Technical University of Braunschweig - Germany
9
Marktaufschlüsselung nach MST-Komponenten
Drei Produkte werden 2009
70% des Marktes ausmachen:
ƒ Read-write heads
ƒ Inkjet heads
ƒ Micro-displays
DARPA
Drei weitere Produkte werden
2009 jeweils einen Markt von
über $ 1 Mrd. haben:
ƒ Drucksensoren
ƒ RF MEMS
X-Band Phasenschieber
Institute for Microtechnology - Technical University of Braunschweig - Germany
Marktaufschlüsselung nach MST-Komponenten
Drei Produkte werden 2009
70% des Marktes ausmachen:
ƒ Read-write heads
ƒ Inkjet heads
ƒ Micro-displays
Drei weitere Produkte werden
2009 jeweils einen Markt von
über $ 1 Mrd. haben:
ƒ Drucksensoren
ƒ RF MEMS
ƒ Trägheitssensoren
Analog Devices
Bosch
Institute for Microtechnology - Technical University of Braunschweig - Germany
10
Marktsegmente 2004 und 2009
NEXUS Market Analysis
2005 - 2009
Institute for Microtechnology - Technical University of Braunschweig - Germany
Hebeleffekt
Der Wert der kleinsten kommerziellen
Einheit übersteigt den Wert der mikrosystemtechnischen Komponente im
Allgemeinen um ein Vielfaches, d.h.
der Gesamtmarkt ist wesentlich größer
Markt für MEMSKomponenten
Markt der kleinsten
kommerziellen Einheiten
NEXUS Market
Analysis
2005 - 2009
Institute for Microtechnology - Technical University of Braunschweig - Germany
11
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Technik
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