Modellierung gekoppelter Effekte in Mikrosystemen auf ...
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1 E<strong>in</strong>leitung<br />
Mikrosystemtechnik: e<strong>in</strong> Markt der Zukunft – Problematik des Entwurfsprozesses<br />
Die rasante Entwicklung <strong>in</strong> der Mikroelektronik und der mittlerweile erreichte sehr hohe<br />
Integrationsgrad und Qualitätsstandard prägen unser gesellschaftliches Leben <strong>in</strong> nahezu<br />
allen Bereichen. Die Mikroelektronik stellt aber nur e<strong>in</strong>en Teil des umfassenden Bereichs<br />
der Mikrosystemtechnik (MST) dar, die neben der Mikroelektronik noch andere Mikrotechnologien<br />
wie Mikrooptik und Mikromechanik umfaßt. Nach e<strong>in</strong>er Def<strong>in</strong>ition der europäischen<br />
Mikrosystemtechnik-Initiative NEXUS 1 [84] s<strong>in</strong>d Mikrosysteme ” ... m<strong>in</strong>iaturisierte,<br />
multifunktionale, <strong>in</strong>telligente Systeme, die Sensoren, Aktoren und Signalverarbeitung<br />
umfassen. Sie komb<strong>in</strong>ieren elektrische, mechanische, optische, chemische und<br />
biologische Funktionen. ... Die Mikrosystemtechnik (MST) beschreibt Methoden zum<br />
Entwurf und zur Herstellung solcher Mikrosysteme“ [37].<br />
Mikrosysteme benötigt man <strong>in</strong> immer stärkerem Maße, da <strong>auf</strong>grund der zunehmenden<br />
M<strong>in</strong>iaturisierung <strong>in</strong> fast allen Bereichen nicht nur Daten verarbeitet, sondern auch Signale<br />
aus der Umwelt <strong>auf</strong>genommen werden sollen, und die Systeme dann umgekehrt<br />
wieder <strong>auf</strong> die Umwelt e<strong>in</strong>wirken können müssen. E<strong>in</strong>e besondere Rolle kommt daher<br />
der Mikromechanik zu, die den Entwurf und die Herstellung <strong>in</strong>telligenter Sensor- und<br />
Aktorsysteme ermöglicht. Seit ihren Anfängen <strong>in</strong> den 70-er Jahren des 20. Jahrhunderts<br />
mit der Entwicklung erster Druck- und Beschleunigungssensoren ist diese Technologie<br />
weit vorangeschritten, und die Vielfalt und Anzahl der Produkte hat enorm zugenommen,<br />
so daß e<strong>in</strong> Anstieg des Gesamtmarktvolumens von 14 Milliarden US-Dollar im Jahr<br />
1996 <strong>auf</strong> 38 Milliarden US-Dollar im Jahr 2003 erwartet wird [153]. Wurden Mikrosysteme<br />
1990 vor allem <strong>in</strong> Automobilanwendungen e<strong>in</strong>gesetzt, so s<strong>in</strong>d mittlerweile große<br />
Anwendungsfelder <strong>in</strong> der IT-Branche und im mediz<strong>in</strong>ischen bzw. biomediz<strong>in</strong>ischen Bereich<br />
[153] h<strong>in</strong>zugekommen; <strong>in</strong> der Mediz<strong>in</strong> etwa werden ehrgeizige Projekte wie die<br />
Entwicklung von implantierbaren Überwachungs- [55] oder Dosiersystemen oder von<br />
Ret<strong>in</strong>aimplantaten [80] verfolgt. Daneben existieren E<strong>in</strong>satzfelder im Bereich der Telekommunikation<br />
oder der Umweltanalytik (z.B. [130, 155]). E<strong>in</strong> umfangreicher Überblick<br />
über das Spektrum der Anwendungen <strong>in</strong> der Mikrosystemtechnik wird <strong>in</strong> [121] gegeben,<br />
wobei sich zahlreiche der dort <strong>auf</strong>geführten Anwendungen wie beispielsweise Drucksensoren,<br />
Airbagsensoren oder Piezo<strong>in</strong>jektoren für Direkte<strong>in</strong>spritzsysteme mittlerweile als<br />
Massenprodukte <strong>auf</strong> dem Markt etabliert haben.<br />
So heterogen die Anwendungen und Bauelemente <strong>in</strong> der Mikromechanik s<strong>in</strong>d, so unterschiedlich<br />
s<strong>in</strong>d auch die e<strong>in</strong>gesetzten Materialien und Herstellungsverfahren; dennoch<br />
haben sich überwiegend die Materialien der Siliziumtechnologie als Werkstoffe durchge-<br />
1 Network of Excellence <strong>in</strong> Multifunctional Microsystems