VDE-Landesvertretung Hessen - Positionspapier Die Bedeutung der Mikrotechnologie und Mikroelektronik für den Wirtschaftsraum Hessen
←
→
Transkription von Seiteninhalten
Wenn Ihr Browser die Seite nicht korrekt rendert, bitte, lesen Sie den Inhalt der Seite unten
VDE-Landesvertretung Hessen Positionspapier Die Bedeutung der Mikrotechnologie und Mikroelektronik für den Wirtschaftsraum Hessen Technische Universität Darmstadt GMM VDE/VDI-Gesellschaft Mikroelektronik, Mikro- und Feinwerktechnik
VDE-Landesvertretung Hessen
Die VDE-Landesvertretung beteiligt sich als Sprecher
der Schlüsseltechnologien Elektrotechnik, Elektronik und
Informationstechnik an der Meinungsbildung zu technologie-
und bildungspolitischen Themen und vertritt diese Zukunfts-
technologien in Hessen. Sie ist Ansprechpartner für die
Landesregierung sowie anderer Institutionen in Hessen und
bietet den Entscheidungsträgern aus Politik, Hochschule
und Unternehmen die Expertise des VDE an.
Die VDE-Landesvertretung Hessen vertritt rund
3 500 persönliche und 130 VDE-Firmenmitglieder.
Bundesweit zählt der VDE 35 000 Mitglieder.
Wichtige Anliegen der VDE-Landesvertretung Hessen sind:
die Zukunftstechnologien Elektro- und
Informationstechnik in Hessen zu fördern
junge Menschen für das Studium der Elektro-
und Informationstechnik zu motivieren und
die Technikakzeptanz in der Öffentlichkeit
zu verbessern
In der GMM VDE/VDI-Gesellschaft Mikroelektronik,
Mikro- und Feinwerktechnik sind die technisch-
wissenschaftlichen Aktivitäten des VDE im Bereich
Mikroelektronik/Mikrosystemtechnik zusammengefasst.
Das „Positionspapier Mikrotechnologien in Hessen“
wurde von der GMM wissenschaftlich betreut.Positionspapier Die Bedeutung der Mikrotechnologie und Mikroelektronik für den Wirtschaftsraum Hessen Herausforderungen an Forschung und Lehre Wissenschaftliche Betreuung: Technische Universität Darmstadt Fachbereich Elektrotechnik und Informationstechnik Prof. Dr.-Ing. Helmut F. Schlaak Dr.-Ing. Roland B. Steck Fachgebiet Elektromechanische Systeme Merckstr. 25 64283 Darmstadt GMM VDE/VDI-Gesellschaft Mikroelektronik, Mikro- und Feinwerktechnik November 1999
Vorwort
Geräte, Subsysteme und Komponenten unterliegen aufgrund
der Fortschritte der Mikroelektronik seit Jahrzehnten einem
Wandel in der Produktionstechnik. Anstelle des seriellen Fügens
vieler zuvor durch mechanische Bearbeitung geformter Einzel-
teile werden die funktionsbestimmenden Teile bzw. Kompo-
nenten durch mikrotechnische Fertigungsverfahren hergestellt.
Sobald die funktionsbestimmenden Abmessungen im Mikro-
meterbereich liegen bzw. die Fertigungsverfahren aus der Mi-
kroelektronik entnommen bzw. abgeleitet werden, handelt es
sich um den Einsatz von Mikrotechnologien. Beispiele dieses
Wandels in der Produktionstechnik sind in der Drucktechnik, bei
der Bildaufnahme, Datenspeicherung sowie Sensorik zu finden.
Im Wirtschaftsraum Hessen sind neben im Vordergrund ste-
henden Großfirmen der Chemieindustrie eine große Zahl von
produzierenden Firmen angesiedelt, die sich im Strukturwandel
zur Mikrotechnologie befinden bzw. diese für ihre Produkte
bereits einsetzen oder selbst entwickeln bzw. produzieren. Die
Arbeitsgebiete der Mikrotechnologien mit Mikroelektronik, Op-
toelektronik, Höchstfrequenztechnik und Mikromechanik sind
international in einem starken Wachstumsprozess. Um im in-
ternationalen Wettbewerb mitzuhalten, ist eine enge Verflech-
tung der Industrieunternehmen mit Hochschulen und Instituten
erforderlich. An der Technischen Universität Darmstadt liegen
vielfältige Erfahrungen auf verschiedenen Gebieten der Mikro-
technologie vor. Verglichen mit anderen Wirtschaftsräumen hin-
ken jedoch die Ressourcen an den Hochschulen und Instituten
gemessen an den wachsenden Anforderungen hinterher.
Im folgenden wird der Status der Mikrotechnologien beschrie-
ben sowie die Potentiale der verschiedenen Fachgebiete an der
TU Darmstadt aufgezeigt. Um einerseits die Ausbildung des
Ingenieurs-Nachwachs in den neuen Technologien zu gewähr-
leisten, andererseits Forschungsergebnisse auf diesen Gebieten
zu liefern, können die vielfältigen Aktivitäten der bisher wirken-
den Institute in einem neu zu schaffenden Technologiezentrum
für Mikrotechnologie gebündelt werden. Ein solches Zentrum
kann neben der universitären Forschung und Lehre auch als
Demonstrations- und Applikationszentrum der mittelständi-
schen Industrie, aber auch Unternehmen in anderen Arbeitsfel-
dern wie Pharmazie und Chemie zum Einsatz der Mikrotechnik
verhelfen.
2Status der
Mikroelektronik/Nanoelektronik
Die treibende Kraft, die die spektakulären Fortschritte auf dem
Gebiet der integrierten Schaltungen in den letzten 30 Jahren
ermöglicht hat, war die exponentielle Skalierung der minimalen
Dimension des Transistors (der sogenannten ,,feature size“), die
in Moore’s Law vorhergesagt wurde. Es wird erwartet, dass
eine Skalierung in diesem Ausmaß wenigstens weitere 10 bis
12 Jahre andauern wird, wie es in der ,,National Technology
Roadmap for Semiconductors“ von 1998 vorhergesagt wird.
Das würde in der 50nm-Technologie im Jahre 2011 zu über
einer haben Milliarde auf einem einzigen Chip integrierten Tran-
sistoren führen, die mit einer Frequenz von 2-3 GHz betrieben
werden.
Zwei bis dahin zu lösende Probleme, die fundamental wichtig
erscheinen, sind die Zunahme der Parameterschwankungen
und das Problem mit langen Verbindungsleitungen, die die
Hauptursache für Signallaufzeiten sein werden und zum Teil
auch schon sind, und auch einen Großteil anderer Ressourcen
wie Chipfläche und Leistung verbrauchen werden. In den letz-
ten 30 Jahren erhöhte sich der Anteil der Verbindungsleitungen
an der Gesamtverzögerungszeit integrierter Schaltungen auf
95%. Bestehende Lösungsansätze für das Problem mit den
Verbindungen finden sich vor allem auf technologischem Ge-
biet. So wurde z.B. erfolgreich Aluminium durch Kupfer als
Verbindungsmaterial abgelöst.
Werden die Dimensionen integrierter Schaltungskomponenten
auf die Größe der Wellenlänge des Elektrons skaliert, bestim-
men Quanteneffekte das Verhalten der Bauelemente. Im Ge-
gensatz zu mikroelektronischen Schaltungen werden Schal-
tungen mit diesen Bauelementen dann als nanoelektronische
Schaltungen bezeichnet. Halbleiterbasierten nanoelektroni-
schen Bauelementen werden für die nähere Zukunft Chancen
für die Ablösung oder Ergänzung herkömmlicher MOSFET ein-
geräumt. Aufgrund der derzeitigen technologischen Herstel-
lungsprobleme wie z.B. den Schichtdickenschwankungen wird
während des Beginnes des nanoelektronischen Zeitalters die
hybride Integration von nanoelektronischen Bauelementen und
konventionellen FETs eine tragende Rolle spielen.
3Über die dramatischen Entwicklungen der integrierten Schalt-
kreise der Mikroelektronik hinaus hat die Silizium-Technologie
weitere Forschungsgebiete beflügelt. Dazu zählen die Mikro-
mechanik mit den inzwischen als Produkte eingeführten Tin-
tendrucksystemen und den demnächst folgenden Laserstrahl-
Ablenksystemen. Bisher war die Bulk-Mikromechanik aufgrund
der überschaubaren Prozessführung bevorzugt. Künftig werden
jedoch zunehmend integrierte Mikrosysteme mit monolithisch
integrierten Sensoren bzw. Aktoren und deren elektronischer
Ansteuerung in den Mittelpunkt der Forschung treten. Eine Viel-
zahl an Möglichkeiten bietet die Oberflächen-Mikromechanik
mit der Opferschicht-Technologie, die sich auf verschiedene
Materialsysteme übertragen lässt. Ein weiterer Schwerpunkt
wird in der Zukunft auf der Erforschung von großtechnisch ska-
lierbaren Fertigungsverfahren auf kostengünstigen Substraten
liegen wie z.B. Metall-Mikromechanik in Large-Area-Production,
wobei die strategische Vorgehensweise der Herstellung von
Flachdisplays entspricht.
4Wandel in
Produkt-/Fertigungstechnologien
Bei der Herstellung miniaturisierter Systeme haben sich die
Fertigungsverfahren in den letzten Jahrzehnten verfeinert und
gewandelt. Der Wandel in der Produktion wird durch zwei
Faktoren ausgelöst: einerseits steht die bisher übliche mecha-
nische Feinbearbeitung wie zerspanende Bearbeitung, Fein-
schneiden, Fügen etc. unter hohem Kostendruck und anderer-
seits besteht ein Drang zu steigenden Präzisionsanforderungen
und Miniaturisierung.
Der Einsatz von photolithographischen Strukturierungsverfah-
ren schafft eine hohe Genauigkeit bei hoher Reproduzierbarkeit
der gefertigten Teile. Seit ca. 10 Jahren befinden sich die
Technologien der Mikrotechnik im Überführungsprozeß in die
Anwendung. In einigen Anwendungsfeldern ist dieser Prozess
bereits umgesetzt. Neue Fertigungsverfahren haben sich be-
reits etabliert: anstelle der Montage von einzelnen Bauteilen
zu einem System wie einem Druckkopf erfolgt die Herstellung
von Tintenstrahldruckköpfen (Bubble-Jet) nur noch photolitho-
graphisch durch Dünnfilmprozesse. Analog verläuft der Umstel-
lungsprozeß bei mechanischen Beschleunigungssensoren, wo
sich heute mikrotechnische Lösungen bis hin zum Ein-Chip-
Sensorsystem durchsetzen.
In der Vergangenheit sind unter dem Begriff Mikrosystemtech-
nik sehr viele verschiedene miniaturisierte technische Lösungen
zusammengefasst worden, wobei allerdings die monolithische
Integration von verschiedenen Funktionen auf einem Chip im
Vordergrund stand. Diese Integration erfolgte meistens auf Sili-
zium als Substratmaterial, so dass eine sehr kostenintensive
Halbleitertechnologie erforderlich ist.
Häufig ist es jedoch aus technischen bzw. physikalischen
Gründen oder aber auch aus wirtschaftlichen Gründen gar
nicht sinnvoll, ein System oder eine Komponente monolithisch
auf einem Substrat zu integrieren. So lassen sich aufgrund
der Anforderungen aus der jeweiligen Anwendung heraus ver-
schiedene Mikrotechnologien neben der reinen Mikroelektronik
unterscheiden:
Integrierte Mikrosysteme:
Mit Hilfe der Silizium-Mikromechanik wurde eine Vielzahl von
Komponenten demonstriert. Die Prozesstechnik ist der Halblei-
terfertigungstechnik entnommen und vom Prinzip her bezogen
auf die Chipfläche teuer. Insbesondere Massenprodukte stehen
unter hohem Kostendruck, so dass die Chipflächen eines ein-
zelnen Bauteils klein sein müssen.
5Somit zeigt sich zunehmend der Trend, dass mikromechani-
sche Elemente, die aufgrund ihrer Funktion eine kleine Fläche
von < 1 mm2 einnehmen, sich kostengünstig mit elektronischen
Schaltkreisen monolithisch integrieren lassen. Künftig werden
sich immer mehr integrierte Mikrosysteme durchsetzen, für die
die Oberflächen-Mikromechanik kombiniert mit einem CMOS-
Prozess die optimale Technologie darstellt. Diese Technologie
ist aus physikalischen Gründen im wesentlichen auf die
Herstellung von Mikrosensoren beschränkt.
Optisch integrierte und
Höchstfrequenz-Schaltkreise:
Optische Sende- und Empfangskomponenten werden auf der
Materialbasis von III/V-Halbleitern hergestellt. Zunehmend er-
folgt eine Integration verschiedener Funktionen inkl. elektro-
nischer Schaltungen auf einem Chip. Die Fortschritte in der
Höchstfrequenztechnik erfordern ebenfalls Einsatz von III/V-
Halbleitermaterialien. Schaltkreise in hohen Frequenzbereichen
bis in den Tera-Hertz-Bereich werden zunehmend entwickelt.
Mikro-Elektromechanische Systeme (MEMS):
Die Miniaturisierung von elektromechanischen Systemen führt
zu Komponenten, die aufgrund ihrer Funktion relativ große
Flächen, z.B. > 10 mm2 , einnehmen andererseits aber
aufgrund hoher Präzisionsanforderung durch mikrotechnische
Fertigungsverfahren hergestellt werden müssen. Dazu gehören
Aktoren und fluidische Systeme, die zur Krafterzeugung
gewisse Mindestgrößen aufweisen müssen. Für derartige
mikro-elektromechanische Systeme (MEMS) wird eine
Herstellung in Silizium-Mikromechanik in der Regel zu teuer.
Somit besteht die Aufgabe, auf kostengünstigen Substratmate-
rialien preiswerte Technologien für großflächige Formate einzu-
setzen, wie z.B. galvanische Schichtabscheidung anstelle von
Sputtern und Nassätzen anstelle von Trockenätzen etc.
Für die Herstellung von MEMS ergeben sich daher folgende
technologische Lösungen bzw. Herausforderungen:
Großflächen-Prozesstechnik für mikromechanische Systeme in
Dünnfilmtechnik
Hybride Systeme: Montage aus Bauteilen der Mikrostruktur-
technik zusammen mit Teilen der Feinbearbeitung. Dabei kön-
nen funktionsbestimmende Teile als integrierte Mikrosysteme in
Silizium-Technik hergestellt werden, die direkt mit den anderen
Teilen des MEMS gefügt werden.
6Abformtechnik: Mikrostrukturiertes Mutterteil mit preiswerter
Abformtechnik
Verbindungstechnik: es besteht ein dringender Bedarf nach
kostengünstigen großflächigen Verbindungsverfahren
Feinwerktechnik/Präzisionstechnik:
Komponenten der Feinwerktechnik und Präzisionstechnik wer-
den aus Einzelteilen gefertigt, die aus Metall durch spanab-
hebende bzw. Schneideverfahren oder aus Kunststoff durch
thermoplastische Abformung (Spritzgießen) hergestellt werden.
Die erforderlichen Toleranzen bestimmen u.a. den Aufwand
bzw. die Standzeit für die Werkzeuge und damit die Kosten
der Fertigung.
Feinwerktechnische Fertigungsverfahren spielen weiterhin eine
wichtige Rolle bei der Herstellung von mikro-elektromechani-
schen Systemen (MEMS), insbesondere für die Aufbau- und
Verbindungstechnik, Gehäusung und mechanische Ankopp-
lung an die Schaltkreisperipherie.
Zusammenfassend sind die mechanischen Anforderungen und
eingesetzten Verfahren in Tabelle 1 zusammengestellt.
Tabelle 1: Fertigungstechnologien für mikrotechnische Systeme
Technologie Verfahren Bauteilgröße Kleinste Struktur
Feinwerktechnik/ Präzionstechnik Feinschneiden einige cm2 > 50 µm
Spritzgießen
Mikroerosion
MEMS Lithographische Strukturierung > 10 mm2 < 50 µm
Dünnschichttechnik
Ätzverfahren
Integrierte Mikrosysteme Silizium-Mikromechanik < 10 mm2 < 5 µm
Optische / HF-Schaltkreise Mikroelektronik
III/V-Halbleiter
Als Resümee der Betrachtung der Herstellungstechnologien
lässt sich folgern, dass zwischen den integrierten Mikrosyste-
men auf Silizium-Basis und der mechanischen Fertigungstech-
nik eine Lücke klafft, da die Bauteile relativ groß sind anderer-
seits die Toleranzen und Strukturgrößen im mikrotechnischen
Bereich liegen.
7Industrielle Anwendung in Hessen
Die Wirtschaftskraft des Landes Hessen und insbesondere
der Region Rhein-Main liegen nach verschiedenen statistischen
Erhebungen an der Spitze in Deutschland. So beträgt die
Bruttowertschöpfung pro Kopf in Deutschland durchschnittlich
39 TDM und in der Region Rhein-Main 58 TDM [1]. Auch wenn
der relative Anteil des produzierenden Gewerbes in der Region
nur bei 26% (1998) liegt, zeigen die absoluten Zahlen in Tabelle
2 ein anderes Bild.
Tabelle 2: Bruttowertschöpfung je Einwohner im Vergleich (1992) [2]
Reg.-Bez. Hessen Rheinland- Baden- Bayern
Darmstadt Pfalz Württemberg
Produzierend 16 TDM 15 TDM 14 TDM 20 TDM 16 TDM
Handel/Verkehr 10 TDM 8 TDM 5 TDM 5 TDM 6 TDM
Dienstleistung 28 TDM 22 TDM 9 TDM 13 TDM 15 TDM
Es zeigt sich, dass der produzierende Anteil in Hessen und
besonders im Regierungsbezirk Darmstadt trotz seines gerin-
gen relativen Anteils in absoluten Zahlen auf gleichem Niveau
wie in den typischen High-Tech-Ländern Bayern und Baden-
Württemberg liegt. Ferner ergibt sich aus detaillierten Analysen,
dass in der Region über 2100 High-Tech-Unternehmen tätig
sind [3].
Die Mikrotechnologien finden zunehmend Anwendung bei den
Industriefirmen in Hessen und insbesondere im Rhein-Main-
Gebiet. Sowohl die Anwendungen als auch die Entwicklung
von Komponenten und Subsystemen bzw. von Verfahren der
Mikrotechnologien verteilt sich über nahezu alle Branchen:
Automobiltechnik
Sowohl Autohersteller als auch deren Zulieferanten setzen
zunehmend miniaturisierte Systeme ein, z. B. Sensoren,
optische Bussysteme bis hin zu Aufbau- und Verbindungs-
techniken für kompakte Elektronikmodule und die Entwicklung
von Hochtemperaturelektronik.
Informationstechnik
Hierzu zählen Hersteller von Systemen und Komponenten
der Bürokommunikation wie Festplatten, Magnetköpfen und
optischen Kommunikationsanlagen.
8Optoelektronik
Hersteller von optischen Sensoren sowie optischen Messsyste-
men setzen zunehmend mikrostrukturierte Komponenten ein.
Feinmechanik
Hersteller von Präzisionsgeräten wie optischen Geräten,
abbildenden Geräten und Präzisionsfertigungsanlagen.
Präzisionsbearbeitung
Hersteller von Halbzeugen und Bauteilen in hoher Präzision
oder miniaturisierten Abmessungen als Zulieferer für
Maschinenbaufirmen, Automobilhersteller und Optikfirmen,
z. B. Prototypenbauten wie Stereolithographie und besonderen
Oberflächentechniken.
Messtechnik/Sensorik
Hersteller von Messgeräten und Sensoren, wobei die
Herstellung von den Sensorchips als auch deren Verpackung
in die entsprechenden Gehäuse zu berücksichtigen sind.
Medizintechnik
Sowohl im Analysesektor wie auch der Zuführung von Arznei-
mitteln etc. sind Durchflussmesssysteme als auch miniaturisier-
te Dosiersysteme erforderlich. Dazu sind mehrere Hersteller auf
dem Wege, neue Technologien einzusetzen.
Lebensmittelhersteller
Hersteller und Verpackungsbetriebe von Nahrungsmitteln
benötigen zunehmend Sensoriksysteme (z.B. Vibration),
Analysesysteme (z.B. Glucose, wichtige Nährstoff-Bestandteile
und intelligente Steuerungssysteme.
Umwelttechnik
Im Vordergrund stehen hier miniaturisierte Analysensysteme,
z.B. Schadstoffe in Gasen und Flüssigkeiten.
Softwaretechnik
Erstellung von Software und deren Dienstleistungen.
Die obige Liste zeigt eine begrenzte Auswahl von Anwendun-
gen der Mikrotechnologie. Dabei wird bereits deutlich, wie breit
die Anwendungen über die verschiedenen Wirtschaftsbranchen
gestreut sind. Hinsichtlich der Größe der Unternehmen besteht
auch eine sehr starke Streuung, mit anderen Worten eine
gesunde Mischung von kleinen, mittleren, bis hin zu großen
Betrieben mit entsprechenden Ressourcen in Forschung und
Entwicklung.
9Dieser Trend wird auch in einem deutlich abgrenzbaren
Markt der Sensorik-Firmen deutlich. Die Verteilung der
deutschen Sensorik-Firmen aus der AMA-Studie Sen-
sorik von 1997 [4] ist dem jeweiligen Bevölkerungsanteil
der einzelnen Länder in Bild 1 gegenübergestellt.
Auch hier gehört Hessen neben Bayern und Ba-
den-Württemberg zu den Bundesländern mit einem
überproportionalen Anteil an Sensorik. Der über-
proportionale Anteil von Schleswig-Holstein ist
das Ergebnis konsequenter Strukturpolitik
(Technologiestiftung Schleswig-Holstein).
Bild 1: Verteilung der deutschen Sensorik-Firmen verglichen mit dem Bevölkerungsanteil
Aus einer Erhebung über mehr als 600 in Hessen an-
gesiedelten Firmen auf dem Gebiet der Mikrosystem-
technik [5] ist die geographische Verteilung in Hessen
zusammengestellt (Bild 2). Dabei gibt es eine starke
Konzentration in den Regionen Darmstadt/Südhessen,
Hanau/Main, Gießen/Wetzlar,
Wiesbaden/Mitteltaunuskreis.
Bild 2: Geographische Verteilung der Mikrosystemtechnik-Firmen in Hessen [5]
10Förderung der Mikro- und
Nanotechnologie in der Region
Gemessen an der Wirtschaftskraft von Hessen und im Ver-
gleich zu den Aktivitäten anderer Bundesländer sind die Res-
sourcen an den Hochschulen und den Instituten in Hessen ge-
genüber den Anforderungen nicht ausreichend. Bayern, Baden-
Württemberg, Rheinland-Pfalz und einige neue Bundesländer
haben deutlich mehr FuE-Kapazität auf dem Gebiet der Mikro-
technologien aufgebaut [5]. Nach einer Umfrage der AMAvon
1997 sind die Forschungsaktivitäten in Hessen in den Mikro-
technologien verglichen mit den benachbarten Bundesländern
geringer ausgeprägt. Hessen war am ersten BMBF-Förderpro-
gramm Mikrosystemtechnik (1990–1993) mit 9% der Förder-
vorhaben verglichen mit der Bevölkerungszahl noch angemes-
sen beteiligt. Dieser Anteil sank jedoch im zweiten Programm
MST (1994-1999) drastisch auf ein Drittel ab (siehe Bild 3) [6].
Bild 3: Beteiligung am BMBF-Förderprogramm Mikrosystemtechnik [6]
Die bisherigen Aktivitäten der FuE-
Dienstleister beschränken sich im
wesentlichen auf einzelne Instituti-
onen, die in fachlich fokussierten
Sparten aufgrund von Einzelinitia-
tiven entstanden sind (z.B. IMO
Wetzlar, Universität-GH Kassel,
TU Darmstadt u.a.)
Somit ergeben sich zur Situation
der Hochtechnologie und insbe-
sondere der Mikrotechnologien
in Hessen folgende Schluss-
folgerungen:
Hohe Wirtschaftskraft in der Region
(Europäische Spitzenstellung)
Starke Wirtschaftskraft des
produzierenden Gewerbes
(im öffentlichen Bewusstsein durch
Banken, Flughafen und Großchemie überdeckt)
Starke industrielle Stellung in den Mikrotechnologien
(Sensorikfirmen, MST-Firmen) durchaus vergleichbar zu klassi-
schen High-Tech-Ländern Baden-Württemberg und Bayern
Starker Bedarf nach Ausbildung von Fachkräften
„High-Tech-Forschungsgebiete sind nicht ausreichend
institutionalisiert“ [7]
11Als einzige Technische Universität in dieser Region ist die
TU Darmstadt geradezu prädestiniert, diese Lücke zu schlie-
ßen. Es gilt, die vielfältigen Erfolge einzelner Fachgebiete
im Fachbereich Elektrotechnik und Informationstechnik durch
eine Bündelung der Aktivitäten und eine Erweiterung der
Ausstattung zu intensivieren.
Grundsätzlich sollte effektive universitäre Forschung mindes-
tens 7 – 9 Jahre Vorlauf vor einer Kommerzialisierung haben.
Daher ist es jetzt wesentlich, ein starkes Technologiezentrum
aufzubauen, das helfen würde, das Forschungspotential der
TU Darmstadt gerade auch im Hinblick auf Nanotechnologien
wesentlich zu erhöhen. Gute Beispiele für ähnliche Einrichtun-
gen sind das Interuniversity Microelectronic Center (IMEC) in
Belgien, das Berkeley Sensor and Actuator Center (BSAC) in
Kalifornien, das Centre Interuniversitaire de Microelectronique
(CIME) in Grenoble sowie das Microelectronic Design & Appli-
cation Centre in Singapore.
12Hessisches Zentrum für
Mikrotechnologie (HZM)
an der TU Darmstadt
Für eine qualitativ hochwertige Forschung und Lehre ist eine
Mikrotechnologie-Prozesslinie hier in Darmstadt dringend not-
wendig. Darmstadt ist sehr günstig gelegen, um auch für um-
liegende Universitäten (z.B. Uni Frankfurt) und Fachhochschu-
len (z.B. Darmstadt, Rüsselsheim, etc.) eine Mitbenutzung der
Technologie anbieten zu können.
Ein wesentlicher Teil der Lehre eines elektrotechnischen und in-
formationstechnischen Fachbereichs wird die Erfahrung mit den
technologischen Möglichkeiten, Bauelementen, Schaltkreisen
und neuen Strukturkonzepten sein. Es ist daher wichtig, eine
Technologie-Kompetenz zu erhalten und weiter auszubauen.
An der TU Darmstadt sind die technologischen Einrichtungen
auf den Arbeitsgebieten der Mikrotechnologien bisher auf
mehrere Institute bzw. Fachgebiete verteilt:
Institut für Halbleitertechnik (IHT)
Prozesslinie für Silizium-Technologie
Mikrosysteme
Institut für Hochfrequenztechnik (HFT)
Höchstfrequenz-Schaltkreise, optoelektronische Schaltkreise
Mikroelektromechanische und -optoelektromechanische
Systeme
Institut für Elektromechanische Konstruktionen (EMK)
Mikromechanische Komponenten und Systeme
Mikrosensoren, Mikroaktoren
Fachgebiet Mikroelektronische Schaltungen (MES)
Mikroelektronischer Schaltungsentwurf
Fachgebiet Theorie Elektromagnetischer Felder (TEMF)
Simulation von elektromagnetischen und thermischen
Effekten in Mikrostrukturen
Zur Steigerung der Effektivität und Schaffung von Synergien
sollen die technologischen Einrichtungen der oben genannten
Institute in Form eines Hessischen Zentrums für Mikrotechno-
logie (HZM) mittelfristig zusammengefasst werden. Das HZM
wird eine besondere Mittlerrolle zwischen Materialwissenschaft
13einerseits und der anwendungsorientierten Bauelemententwick-
lung und -integration andererseits aufweisen.
Für die Fortentwicklung der Mikro- und Nanotechnologien ist
eine Baumaßnahme, die die gesamte Technologie zusammen-
führt und auch die Infrastruktur auf neuesten Stand bringt,
erforderlich. Eine solche Baumaßnahme würde der TU Darm-
stadt zu einem kräftigen Innovationsschub in der Technologie
verhelfen. Sie ist aus technischen Gründen nur als Neubau
eines Technologiezentrums sinnvoll und damit zeitlich wohl in
den zumindest mittelfristigen Rahmen zu stellen.
Bei dieser Baumaßnahme sollen dann auch Investitionen zur
Modernisierung der Geräte und Anlagen sowie zur Anpassung
der Sicherheitsmaßnahmen an die dann gültigen Arbeitsschutz-
bestimmungen erfolgen. Zielrichtung des neuen Technologie-
zentrums ist die komplette räumliche Konzentration und die
Modernisierung aller Mikrotechnologie-Aktivitäten an der TU
Darmstadt, wobei auf der einen Seite die Synergien genutzt
werden, auf der anderen Seite aber verschiedene technolo-
gische Anforderungen wie reine Si-CMOS-Technologie, IV/IV-
Halbleiter, III/V-Halbleiter, II/VI-Halbleiter und Dünnfilm-Techno-
logie erfüllt werden können. Die zuvor genannten Arbeits-
schwerpunkte der verschiedenen Fachgebiete lassen sich
gemäß Bild 4 veranschaulichen.
Simulation – Theorie Si-Technologie
Chipdesign Smart Power
Prozeßsimulation SI-Ge
Feldsimulation SiC
Therm./Mech./Elektr. SOI/Poly-Si
Simulation
HZM
III/V – Halbleiter Mikromechanik
Tera Hertz Elektronik Mikrosensoren
OEIC Mikroaktoren
Nanotechnologie Mikrofluidik
Nanobauelemente Mikrosysteme
Bild 4: Schema der im Technologiezentrum angesiedelten Arbeitsgebiete
mit beispielhaften Arbeitsthemen
14Außerdem wäre es wünschenswert, wenn im Zuge des Auf-
baus des HZM auch die Designunterstützung mit integriert
wird. Es gibt zur Zeit einige sehr komplexe CAD Werkzeuge,
deren Installation, Wartung und Kopplung mit anderen CAD
Werkzeugen extrem zeitaufwendig ist. Für folgende Aufgaben
bzw. Forschungsthemen müsste das Design-Center zuständig
sein:
Installation und Wartung der CAD-Software
Toolkopplung
Anwendungs-Support
Europractice Kontaktstelle
Chipdesign für intelligente Signalverarbeitung
Hardware/Software-Codesign
Bildverarbeitung (Datenkompression, Videosignalverarbeitung,
Medizintechnik)
Designkurse für Mitarbeiter und für kleinere und mittlere
Unternehmen der Umgebung
Eine grobe Planung für das anvisierte Hessische Zentrum für
Mikrotechnologie (HZM) zeigt folgender Überblick:
Die Aktivitäten am Technologiezentrum sollen von 8 Professu-
ren getragen werden, die die Anlagen gemeinsam betreiben
und ihre Forschungsprojekte in enger Zusammenarbeit unterei-
nander und mit den interessierten anderen Abnehmern von
Technologiearbeiten erstellen. Die Fachgebiete gliedern sich
aus heutiger Sicht folgendermaßen:
Institut für Hochfrequenztechnik
C4 Mikrowellenelektronik (Prof. Hartnagel)
C3 Optische Nachrichtentechnik (Prof. Meissner)
Institut für Halbleitertechnik
C4 Siliziumtechnologie (Prof. Langheinrich/NF)
C4 Nanotechnologie (geplant)
Institut für EMK
C4 Mikrotechnik (Prof. Schlaak)
C4 Mess- und Sensortechnologie (Prof. Werthschützky)
Institut für Datentechnik
C4 Mikroelektronische Systeme (Prof. Glesner)
Fachgebiet Theorie Elektromagnetischer Felder
C4 Feldtheorie/Simulationstechnik (Prof. Weiland)
15Die Fachgebiete sollen von der Erarbeitung von Technolo-
giegrundlagen bis hin zu den Systembausteinen in diversen
Anwendungen liegen. Alle Mikrotechnologieaktivitäten im Fach-
bereich Elektrotechnik und Informationstechnik werden somit
künftig zusammengeführt und bilden folgende inhaltlichen
Schwerpunkte:
Halbleitertechnologie einschließlich Nanotechnologie
Mikrosystemtechnik
Mikroakustik
Mikrotechnik für Elektromechanische Systeme
Mikrowellenelektronik
Mikrooptische elektromechanische Systeme (MOEMS)
Nanolithographie/-elektronik
Ein grober Überblick über das zu erwartende Investitions-
volumen kann aus dem geschätzten Raumbedarf von ca.
1000 m² Reinraum
1000 m² Büroraum,
1000 m² Infrastrukturfläche
und der diesen Räumen zugedachten Ausstattung errechnet
werden; die Größenordnung liegt bei 40 Mio. DM.
Das angestrebte Hessische Zentrum für Mikrotechnologie
(HZM) könnte Ausgangspunkt zahlreicher Projekte (z.B.
Sonderforschungsbereich, Schwerpunktprogramm der DFG,
EU-Projekte) werden. Das HZM könnte ähnlich dem CIME oder
dem MIDAC ein Technologiezentrum für die Region werden.
Hochschulen aus der Umgebung wie z.B. die Uni Frankfurt
oder die FH Darmstadt könnten das HZM genauso mitnutzen
wie kleinere und mittelständige Unternehmen. In der Lehre kön-
nen den Studenten aller in der Region gelegenen Hochschulen
Technologiepraktika geboten werden.
16Den umliegenden Unternehmen kann das Zentrum entspre-
chende Weiterbildungsmaßnahmen mit Schulung in der Pro-
zesslinie bieten, so dass die Investition auch eine volkswirt-
schaftliche Wirkung ausübt. Im Zuge des Strukturwandels der
regionalen Industriebetriebe ist der Aspekt der beruflichen Wei-
terbildung in Zukunft von stärkerer Relevanz. Es können hierzu
Kurse vor Ort an den technischen Geräten und Einrichtungen
des Technologiezentrums angeboten werden. Darüber hinaus
ist eine modern ausgestattete Prozesslinie auch in der Lage,
für die jeweiligen Forschungspartner auch die Herstellung der
Prototypen zu übernehmen.
Im Gegensatz zu Forschungs- und Dienstleistungszentren
außerhalb der Universitäten besteht hier ein hohes Maß an
Synergie:
Neben der Forschung an Mikrokomponenten sind die jeweili-
gen Systeme in den Anwendungen durch die Institute des
Fachbereichs Elektrotechnik und anderer Fachbereiche stark
eingebunden. Die universitäre Struktur ermöglicht eine flexible
Zusammenarbeit zwischen diversen Fachgebieten entspre-
chend dem künftigen technologischen Fortschritt, der heute
im einzelnen noch gar nicht vorhersehbar ist.
17Referenzen
[1] Umlandverbund Frankfurt Region Rhein-Main 10/1998
[2] www.brandenburg.de/statreg
[3] Wirtschaftsförderung Region Frankfurt Rhein-Main 1999
[4] AMA Fachverband für Sensorik e.V., Studie Sensorik 11/1997
[5] Studie „Mikrosystemtechnik in Hessen“ im Auftrag der Hessischen Technologiestiftung,
durchgeführt von sgt Sensorberatung Dr. G. Tschulena, Wehrheim 1/1996
[6] VDI/VDE-Technologiezentrum Informationstechnik GmbH, Teltow, 1/1995
[7] Umlandverband Frankfurt Region Rhein-Main 1998, Positionspapier zur Wirtschaftsförderung
18Firmenliste Mikrotechnik
Branche Firma Ort Schlüsselkomp./-technologien/Applikation
Automobilelektronik AMP Bensheim Steckverbinder, optische Bussysteme
Automobilelektronik AMP Langen KFZ-Steckverbinder
Automobilelektronik Continental TEVES AG & Co. oHG Frankfurt Sensoren, Stellglieder, Brake by Wire
Automobilelektronik Daimler-Chrysler FI Frankfurt Hochtemperaturelektronik, Aufbau- und Verbindungstechnik
Automobilelektronik FTZ Darmstadt Steck- und Koppelelemente für Glasfaserstrecken
Automobilelektronik Mannesmann VDO AG Schwalbach Automobilausrüster (Displays, Steuergeräte)
Automobiltechnik Adam Opel AG (Technical Service Center) Rüsselsheim Elektromechanische Stellglieder, Sensoren, ...
Automobiltechnik BREED GmbH Raunheim Rückhaltesysteme für Fahrzeugsicherheit
Automobiltechnik BSRS Breed Siemens Restraint Systems Alzenau Rückhaltesysteme Kfz
Automobiltechnik Delphi Automotive Systems Rüsselsheim Sensoren, Stellglieder
Automobiltechnik Mannesmann VDO AG Babenhausen Sensoren, Stellglieder, Cockpit-Anzeigesysteme
Chemische Technik Millipore Eschborn Filter
Feinmechanik 3D-Systems Darmstadt Stereolithographieanlagen
Haustechnik Daimler-Chrysler Frankfurt Sensorik
Industrieelektronik 3D-Systems Darmstadt Scannersysteme
Industrieelektronik Analog Microelectronics Mainz Drucksensoren
Industrieelektronik Carlo Gavazzi Weiterstadt Distanzsensoren
Industrieelektronik Heidelberger Druckmaschinen Heidelberg Lichtgitter
Industrieelektronik IC Haus Mainz Opto-ASIC`s Auswerteelektronik
Industrieelektronik Laetus Alsbach-Hähnlein optische Scannersysteme
Industrieelektronik Lust Antriebstechnik Lahnau Magnetoresistive Sensoren
Industrieelektronik PREMA Mainz ASIC-Herstellung, Messgeräte
Industrieelektronik Rechner Industrieelektronik Lampertheim Induktive und kapazitive Sensoren
Informationstechnik IBM Mainz Festplatten, Magnetköpfe
Informationstechnik Leica Camera AG Darmstadt Electronic Imaging Fotographie
Informationstechnik Philips Digital Video Systems GmbH Weiterstadt Sensorik, Aktuatorik für digitale MAZ u. FDL
Konsumelektronik Braun GmbH Kronberg Sensoren und ASICs (personal diagnostic appliances)
Luftfahrt TELDIX GmbH Heidelberg Sensoren, Navigationssysteme
Luft+Raumfahrttechnik Feinmechanische Werke Mainz Mainz Luft+Raumfahrttechnik, Sensorik
Medizintechnik Boehringer Ingelheim Sensoren, Medizinische Diagnostik
Medizintechnik Braun Melsungen Durchflussmessung, Dosiersysteme
Medizintechnik Fresenius AG Bad Homburg Infusionstechnik, Weltmarkfürher in Dialyse-Geräten
Medizintechnik Fresenius AG Oberursel
Messtechnik Althen Messtechnik Kelkheim Messgeräte
Messtechnik Carl Schenck AG Darmstadt Transportsysteme, Prüfstände, Wägetechnik
Messtechnik DATRON - Elektronic Mühltal Sensorik, Berührungslose Geschwindigkeitsmessung
Messtechnik Hartmann & Braun AG Frankfurt Messtechnik und Prozessautomation
Messtechnik Heimann Optoelectronics Wiesbaden Optische Sensoren, Positionssensoren
Messtechnik Honeywell Maintal Sensorik
Messtechnik Hottinger Baldwin Messtechnik Darmstadt Messtechnik und Prozessautomation
Messtechnik IMO/Lust Wetzlar Magnetsensoren, Stromzangen
Messtechnik IMPAC Electronic Frankfurt Sensor, Pyroelektr. Sensoren
Messtechnik Jurca Optoelektronik GmbH Rodgau-Jügesheim Medizintechnik, Lasertechnik
Messtechnik Landis & Staefa Deutschland Produktion GmbH Frankfurt Kaloriemetrie
Messtechnik Optotherm. Mess- und Sensortechnik GmbH Frankfurt Sensor, IR-Sensor/Pyrometer
Messtechnik Techem Liederbach Wärmezähler
Messtechnik UV-Technik Maintal Entwicklung Ultraviolett-Strahler
Messtechnik WIKA Main Drucksensoren
Optik Leica AG Wetzlar Optische Sensoren, Stellglieder, optische Schichten
Optoelektronik L.O.T. Darmstadt Laser-Messsysteme
Sicherheitstechnik Draeger Wiesbaden Gasspürgeräte
Sicherheitstechnik Thyssen-Hentschel Kassel Mikroanalysegeräte (Umwelt, Feuerwehr)
Telekommunikation Bosch Telecom Frankfurt Faseroptik, ...
1920
21
VDE-Landesvertretung Hessen Geschäftsstelle Stresemannallee 15 60596 Frankfurt am Main Telefon 069 – 63 08-284 Telefax 069 – 96 31 52 15 http://www.vde.com E-Mail service@vde.com
Sie können auch lesen
