MEMS on MID – Mikrosystemtechnische Veredlung dreidimensionaler Trägersysteme – Magdeburg

Die InnoProfile-Initiative TEPROSA (2006-2011) will ihr regionales Innovationsprofil mit dem folgenden Vorhaben stärken und weiterentwickeln:

Die InnoProfile-Transfer-Initiative

Der mittlerweile durch die rasante Entwicklung in der Mikrosystemtechnik erreichte hohe Integrationsgrad und Qualitätsstandard prägt unser gesellschaftliches Leben in fast allen Bereichen. Nahezu unsichtbar übernehmen Mikrosysteme im Automobilbau, in der Chemie und Pharmazie, in der Kommunikationstechnik, in der Medizintechnik und in der Umwelttechnik wichtige Aufgaben. Der hohe innovative Charakter von Mikrosystemen ist nicht allein auf ihre geringe Baugröße zurückzuführen. Es ist vielmehr die hohe funktionale Integrationsdichte auf kleinstem Raum, die sie für eine Implementierung in ein makroskopisches Produkt so auszeichnet.

Die Stiftungsprofessur „Aufbau- und Verbindungstechnik“ im Rahmen der InnoProfile-Transfer-Initiative „Mikrosystemtechnische Veredlung dreidimensionaler Trägersysteme (MEMS on MID)“ unterstützt vor allem regionale kleine und mittlere Unternehmen im Bereich Automotive und Medizintechnik dabei, das Miniaturisierungspotenzial ihrer Produkte auszuschöpfen, also Steuerungs- und Regelungstechnik auf immer kleineren Raum unterzubringen und mikrosensorische Systeme so effizient wie möglich zu integrieren. Das ist insbesondere entscheidend für die Erhöhung der Funktionsdichte ihrer Produkte. So lassen sich sensorische und aktorische Bauelemente direkt auf Spritzgussformteile der Automobilindustrie integrieren (z.B. Lenkradbedienelemente) und die Oberfläche kann gleichzeitig als Schaltungs- und Bauteilträger verwendet werden. Ergänzt werden diese Forschung- und Entwicklungsvorhaben durch individuelle Trainings- und Weiterbildungskonzepte für die Fachkräfte in den Unternehmen.
 

Die Ziele

Ziel des Vorhabens MEMS on MID ist die Etablierung eines Forschungs-, Kompetenz-, Wirtschafts- sowie Aus- und Weiterbildungsprofils im Bereich der Aufbau- und Verbindungstechnik an der Otto-von-Guericke-Universität Magdeburg. Schwerpunkt des regionalen Innovations-, Kooperations- und Transfernetzwerkes zwischen Wissenschaft und Wirtschaft bilden innovative Verfahren der Mikrosystem- sowie Aufbau- und Verbindungstechnik zur Entwicklung, Herstellung und Veredlung von dreidimensionalen spritzgegossenen Schaltungsträgern. Im Rahmen des Projekts werden grundlegende FuE-Fragestellungen der eingebundenen Unternehmen betrachtet und das Themenfeld der dreidimensionalen Trägersysteme durch die Stiftungsprofessur Aufbau- und Verbindungstechnik nachhaltig in Forschung, Lehre sowie Aus- und Weiterbildung etabliert.

Dreidimensionale spritzgegossene Schaltungsträger (3-D-MID) stellen eine neuartige Lösung für Miniaturisierungs- und Integrationsproblematiken von technischen Systemen dar. Im Gegensatz zur zweidimensionalen Leiterplatte erlaubt es die dreidimensionale Formgestaltung neben elektrischen, auch geometrische, fluidische oder optische Funktionalitäten auf kleinstem Bauraum zu integrieren. Mikro-Elektrische-Mechanische-Systeme (MEMS) sind miniaturisierte Baugruppen, die Funktionselemente wie Sensoren oder Aktoren enthalten. Dabei kommen verschiedenste Werkstoffe zum Einsatz. Wichtige Substratwerkstoffe sind dabei Silizium, das durch die mikroelektronische Industrie in sehr guter Reinheit zu günstigen Preisen verfügbar ist sowie eine breite Palette von Keramiken, Kunststoffen und Gläsern. Auf diese Substratmaterialien können nun ein weites Feld an Funktionsschichten abgeschieden werden, die dann beispielsweise als elektromechanische Wandler, sensorische Schichten oder als Platzhalter dienen oder Opferschichten bilden. Somit lassen sich komplexe Aufbauten aus spezialisierten Materialien mit einer hohen Funktionsdichte und überragender Zuverlässigkeit erzeugen. Durch die Kombination von mikrosystemtechnischen Komponenten (MEMS-Technologie) und spritzgegossenen dreidimensionalen Schaltungsträgern (MID-Technologie) werden neuartige Technologieoptionen in der Aufbau- und Verbindungstechnik erschlossen. Gerade diese Verbindung von Hightech und kostengünstiger Massenproduktion eröffnet ein breites Feld von Einsatz- und Entwicklungsmöglichkeiten. So können mit der MID-Technologie dreidimensionale Gehäuse erstellt und mit mikromechanischen, mikroelektronischen und mikrofluidischen Komponenten bestückt werden. Mit Hilfe dieser Verknüpfung können komplexe mikromechatronische System für industrielle Anwendungen aufgebaut und umgesetzt werden.

Die interdisziplinäre Forschungsgruppe MEMS on MID unterstützt Unternehmen der Region bei der Anwendung des Miniaturisierungspotenzials innovativer Aufbau- und Verbindungstechniken. Dadurch können Unternehmen in z.B. den Anwendungsbereichen Automotive und Medizintechnik neue multifunktionale Produkte realisieren. Für die Umsetzung des Vorhabens sind die folgenden drei Forschungsvorhaben vorgesehen.
 

Die thematischen Schwerpunkte

Neue Lösungskonzepte der MID-Technologie für die Bereiche Automotive und Medizintechnik

Im Vordergrund der Forschungsarbeit der Arbeitsgruppe MID steht die Erhöhung der Integrationsdichte mikromechatronischer Systeme für die Bereiche Automotive und Medizintechnik. Hierbei werden prototypische Demonstratoren aus elektrischen, mechanischen, fluidischen und optischen Komponenten aufgebaut. Als Forschungsziele werden hierfür die Erhöhung der Anzahl der elektrischen Kontakte, die Erhöhung der Zuverlässigkeit sowie die Verwendung neuer Materialien definiert. Mit der Realisierung der Forschungsdemonstratoren werden neue Lösungskonzepte entwickelt und das Anwendungspotential der MID-Technologie aufgezeigt.
 

Mikrosystemtechnische Messzellen für die Bereiche Automotive und Medizintechnik

Im Vordergrund der Forschungsarbeiten der Arbeitsgruppe MEMS steht die Entwicklung von fluidischen und mechanischen Mikrokomponenten für 3-D-Package. Die zu entwickelnden Forschungsdemonstratoren werden modular ausgelegt, um ein breites Anwendungsspektrum für die Bereiche Automotive und Medizintechnik aufzeigen zu können. Dabei liegt ein wesentlicher Schwerpunkt der Forschungsarbeiten in der Entwicklung, Auslegung und Herstellung thermomechanischer Mikromesszellen zur messtechnischen Analyse von 3-D-Package-Technologien. Als Forschungsziele hierfür werden Mikromesszellen zur Charakterisierung von thermomechanischen Verspannung im 3-D-Package, fluidische Interposer für 3-D-Package und mechanische Interposer für 3-D-Package definiert. Mit der Realisierung der Forschungsdemonstratoren werden neue Lösungskonzepte entwickelt und das Anwendungspotential von 3-D-Package-Technologien aufgezeigt.
 

Aus- und Weiterbildungskonzepte im Bereich der Mikrotechnologien

Im Vordergrund der Forschungsarbeiten stehen die Entwicklung eines Blended Learning Lern- und Lehrkonzept sowie die bedarfsgerechte, didaktisch-methodisch differenzierte Erarbeitung von arbeitsprozessorientierten Aus- und Weiterbildungsangeboten im Bereich der Mikrotechnologien. Das Blended Learning Lern- und Lehrkonzept soll vor allem Schüler für Studiengänge und Berufsausbildungen im Bereich der Mikrotechnologien begeistern (Berufs- und Studienorientierung). Im Fokus stehen das frühzeitige Wecken von Begeisterung für naturwissenschaftliche und technische Phänomene sowie das Heranführen und Aufzeigen der Potentiale und Chancen von technischen Dualen Berufsausbildungen, Dualen Studiengängen sowie Bachelor- und Masterstudiengängen der Mikrotechnologien. Die arbeitsprozessorientierten Aus- und Weiterbildungsmodule beschreiben individuelle Trainingskonzepte für die erweiterte fachliche Qualifizierung der Fachkräfte in den Unternehmen.
 

Die Partner/Die Stiftungsunternehmen

  • Boryszew Kunststofftechnik Deutschland GmbH, Gardelegen
  • Krüger & Gothe GmbH, Staßfurt
  • qtec Kunststofftechnik GmbH Quedlinburg, Gernrode
  • TEPROSA GmbH, Magdeburg

Weiterhin sind in die Arbeiten der Stiftungsprofessur „Aufbau- und Verbindungstechnik“ im Rahmen des InnoProfile-Transfer Projekts MEMS on MID sachsenanhaltische KMU und Unternehmen der Region Mitteldeutschlands eingebunden. Außerdem wird die Arbeit der Stiftungsprofessur durch das Cluster MAHREG Automotive, einer Initiative des Sachsen-Anhalt Automotive e.V., unterstützt.
 

Kontakt

Prof. Dr. Bertram Schmidt (Leiter des Lehrstuhls Mikrosystemtechnik)
Otto-von-Guericke-Universität Magdeburg
Institut für Mikro- und Sensorsysteme
Universitätsplatz 2
39106 Magdeburg
Tel.: 0391 67-58399
Fax: 0391 67-12601
E-Mail: bertram.schmidt[at]ovgu.de

Prof. Dr. Sören Hirsch (Professor für Elektrotechnik, insbes. Leistungselektronik)
Technische Hochschule Brandenburg
Fachbereich Technik
Magdeburger Straße 50
14770 Brandenburg an der Havel
Tel.: 03381 355-559
Fax: 03381 355-199
E-Mail: soeren.hirsch[at]th-brandenburg.de


Zum Beitrag "Damit Handys nicht in Flammen aufgehen" aus der Rubrik "Im Blickpunkt"

Nähere Informationen zum vorangegangenen InnoProfile-Projekt TEPROSA; weitere Informationen zu dem ebenfalls aus dieser InnoProfile-Initiative hervorgegangenen InnoProfile-Transfer-Vorhaben MikroSens