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Miniaturisierung

Dieser Artikel befasst sich mit der technischen Miniaturisierung. Für die biologische Verzwergung siehe dort

Die Miniaturisierung (engl. auch downscaling) ist ein Prozess zur Verkleinerung von Strukturen unter Beibehaltung der Funktion und eventuell auch der Form. In der Biologie wird dabei von Verzwergung gesprochen (siehe Inselverzwergung).
In der Technik ist damit die stetige Verkleinerung von verschiedenartigen Bauteilen technischer Geräte gemeint. Sie ist seit etwa drei Jahrzehnten ein Ziel vieler Entwicklungen in Wissenschaft und Technik. Als treibende Momente sind Wünsche nach steigender Leistung und Geschwindigkeit am wichtigsten, sowie nach Verringerung von Gewicht und Strombedarf.

In der Mikroelektronik hat dieser Trend zur Formulierung des Mooreschen Gesetzes geführt: bei der Chipfertigung verdopple sich alle zwei Jahre die Anzahl der Transistoren. Dadurch steigen einerseits die Komplexität der Bauteile und die Entwicklungskosten, und andererseits die Leistung und die Taktfrequenz. Um die Zunahme von Störungen etwa der Signalübertragungen zu vermeiden, ist stetig wachsendes Know-how erforderlich. Deshalb zählen die entsprechenden Methoden zu den Schlüsseltechnologien und werden in vielen Staaten durch eigene Forschungsschwerpunkte gefördert.

Ausgelöst durch die Erarbeitung verfeinerter Fertigungsmethoden in der Elektrotechnik, Elektronik und Feinmechanik, hat die Miniaturisierung unter anderem folgende Entwicklung zu verzeichnen:

Inhaltsverzeichnis

Kurze Erfolgsgeschichte der Miniaturisierung

Etablierung neuer Fachgebiete

Die Basis vieler der genannten Entwicklungen war und ist die Herstellung kleiner Schaltkreise und Leiterplatten (heute z.B. Wafertechnik, Dual in-line packages usw. und die Verbindung vieler Bauteile und Funktionen zu standardisierten Chips.

Mikroelektronik

Dieses neue Teilgebiet der Elektronik kombiniert vor allem die Miniaturisierung mit der Integration

Mikrosystemtechnik

Sie verbindet Mikroelektronik, Mikromechanik und Mikrooptik, um Strukturen im Mikrometerbereich zu bearbeiten. Bei noch kleineren Dimensionen spricht man von Nanotechnologie. Eines ihrer typischen Produkte sind die Druckköpfe moderner Bubble-Jet-Drucker. Ihre mikrometerfeinen Tintendüsen sind beheizt und teilweise mit Miniaturrechnern kombiniert. Auch die Herstellung mikro-chirurgischer Instrumente, feinster Sensoren oder CCD-Chips gehört zum heutigen Standard.

Zum Entwurf und Herstellen mikroelektronischer Schaltungen gehört auch die Bearbeitung von kristallinem Silizium oder anderen Halbleitern, sowie von speziellen Kunststoffen (z.B. LIGA-Technik).

Viele Staaten fördern die Mikrosystemtechnik durch eigene Schwerpunktprogramme von Forschungsprojekten. Jenes von Bundesministeriums für Bildung und Forschung Deutschland existiert seit 1990; inzwischen gibt es in mehreren EU-Ländern auch Schwerpunkte der sog. Nanotechnologie.

Mechatronik

Sie hat nicht direkt mit der Miniaturisierung zu tun, aber mit der engen Verknüpfung von MECHAnik, ElekTRONik und InformatIK. Sie wird an mehreren Technischen Universitäten und Fachhochschulen als Studium angeboten.

Die Entwicklung und Fertigung moderner Produkte verlangt vom Ingenieur ein fachübergreifendes Denken – über die Grenzen der klassischen Ingenieurgebiete hinaus. Typische Arbeitsbereiche sind etwa Kommunikationselektronik (Handys, Satelliten), KFZ-Steuerungstechnik mit ABS und elektronischer Diagnose, Umwelt- und Medizintechnik. So wurde 1995 von der FH Esslingen am Standort Göppingen der Fachbereich Mechatronik eingerichtet.

Grenzen der Miniaturisierung

Natürliche Grenzen bei der steten Verkleinerung sind durch jene Größen gegeben, die mit der Funktion der Geräte, der Elektronik und der Mensch-Maschine-Kommunikation zu tun haben. Einige seien im folgenden genannt:

Siehe auch

Einige Weblinks