Der lange Weg in den Consumer-Markt MEMS-Sensoren auf dem Vormarsch #####

Derzeit sind wir Zeuge des Vordringens der MEMS-Technik in den Consumer-Sektor, wo Mikrofone, Bewegungs- und Druck-Sensoren die wichtigsten Produkte sind. Dieser Trend dürfte die nächsten fünf Jahre anhalten. Eine unübersehbare Vielfalt neuer Anwendungen eröffnet sich mit den gegenwärtig...

Der lange Weg in den Consumer-Markt

Derzeit sind wir Zeuge des Vordringens der MEMS-Technik in den Consumer-Sektor, wo Mikrofone, Bewegungs- und Druck-Sensoren die wichtigsten Produkte sind. Dieser Trend dürfte die nächsten fünf Jahre anhalten. Eine unübersehbare Vielfalt neuer Anwendungen eröffnet sich mit den gegenwärtig noch nicht genau definierten drahtlosen Sensor-Netzwerken. Hier könnte es zu einer weiteren explosionsartigen Verbreitung von MEMS in unserem Alltag kommen.

Die Herstellung der MEMS-Sensoren erfolgt durch Verfahren, deren Arbeitsgänge von denen zur Produktion integrierter Schaltungen abgeleitet sind. Bei den Sensoren wird allerdings in der Regel eine dreidimensionale mechanische Struktur hergestellt, meist auf Basis eines Silizium-Substrats. Dennoch lassen sich die Mikrobearbeitungs- oder Mikroformgebungsverfahren auch bei Werkstoffen wie Quarz, Glas, Kunststoff oder Keramik einsetzen. Quarz und Keramik etwa werden für Quarz-Resonatoren und MEMS-Inertialsysteme verwendet. Dennoch bleibt Silizium aufgrund seiner ausgezeichneten elektrischen, mechanischen und thermischen Eigenschaften das Material, aus dem MEMS vorzugsweise hergestellt werden. Silizium weist eine höhere Festigkeit auf als Stahl, wiegt aber nur ein Drittel. Zudem ist es spröde und kann nicht plastisch verformt werden. Diese Eigenschaften werden bei der Mikrobearbeitung ausgenutzt. Durch die Kombination der mechanischen Strukturen mit integrierten Schaltungen können Membranen, Hebel und ähnliche bewegliche Strukturen elektrische Signale erzeugen. Damit lassen sich Sensoren für ein breites Anwendungsspektrum realisieren.

Ein weiterer Vorteil des Siliziums besteht darin, dass die Hersteller auf einem Silizium-Wafer Tausende mikrobearbeiteter Bauteile auf einmal produzieren können. Die Mikroelektronik-Industrie hat seit der Erfindung des integrierten Schaltkreises Milliarden von Dollar in den Aufbau einer Infrastruktur investiert, die für Design und Produktion mikroelektronischer Bauelemente auf Silizium-Basis in großen Stückzahlen genutzt wird. Die MEMS-Technologie profitiert dabei von der Kostendegression, die der Mikroelektronik zu ihrem großen Erfolg verholfen hat.

Da die Strukturen der MEMS-Bauteile im μm-Bereich liegen, können diese auch auf den älteren Fertigungslinien für 150-mm-Wafer hergestellt werden. Dennoch werden in den nächsten Jahren viele Unternehmen auf die 200-mm-Fertigung umstellen, um mit der rasch wachsenden Nachfrage Schritt zu halten. Die Vorteile der MEMS-Technologie sind die extrem kleinen Abmessungen, die Zuverlässigkeit und der geringe Energiebedarf. Häufig sind MEMS-Systeme deshalb schneller und präziser als ihre makroskopischen Gegenstücke.