MEMSactuatoren

MEMS-Aktuatoren sind mikroskopisch kleine elektromechanische Systeme, die elektrische, thermische, magnetische oder optische Energie in mechanische Bewegung umsetzen. Sie gehören zur Gruppe der MEMS (Micro-Electro-Mechanical Systems) und werden häufig zusammen mit Sensoren und Elektronik auf einem gemeinsamen Substrat integriert. Die typischen Stellwege liegen im Mikrometerbereich, die erzeugbaren Kräfte reichen je nach Bauart von Nanonewton bis Mikronewton.

Zu den gängigen Antriebsprinzipien gehören elektrostatische Aktuatoren (Kombiantriebe, Parallelplatten), elektromagnetische Systeme (Spulen und Magnete), elektrothermische Aktuatoren (thermische Bimorphe Strukturen) sowie piezoelektrische Aktuatoren (Piezo-Kristalle wie PZT oder AlN). Manche MEMS verwenden auch Formgedächtnislegierungen oder elektrochemische Effekte. Die Wahl hängt von Anforderungen wie Stellweg, Geschwindigkeit, Ansteuerung und Integrationskompatibilität mit CMOS ab.

Typische Materialien sind Silizium, Siliziumdioxid, Polymere und Metalle. Die Herstellung erfolgt überwiegend auf Wafern durch Mikrostrukturierung: Oberflächenmikroverfahren, Bulk-Mikroverfahren oder LIGA; gängige Bearbeitungstechniken sind DRIE und anodische Bonding. Oft werden mehrere Schichten miteinander verbaut, um die erforderlichen mechanischen und elektrischen Eigenschaften zu erreichen; anschließend werden die Bauteile verpackt.

Typische Architekturtypen umfassen laterale Kombiantriebe, vertikale Parallelplatten, Piezo-Bimetall- oder Laminatanordnungen sowie Membranventile und Mikrogreifer. Beispiele für Anwendungen sind optische Schalter und Mikrospiegelarrays, medizinische Mikroventile, Düsenköpfe, Druckkopfantriebe in Druckern sowie RF-MEMS-Schalter.

MEMS-Aktuatoren werden oft in Gesamtsysteme mit Sensoren und Steuerlogik integriert, um präzise Regelung, Dosierung oder Positionsbestimmung zu ermöglichen. Anwendungen finden sich in Telekommunikation, Optik, Mikrosystemtechnik, Medizin und Automatisierung.

Herausforderungen betreffen Zuverlässigkeit, Stiction, Verschleiß, Dämpfung, Wärmeentwicklung und Verpackung. Die Lebensdauer hängt stark von Umweltbedingungen, Vakuumverpackung und Betriebsbedingungen ab. Kosteneffizienz und CMOS-Kompatibilität bleiben zentrale Planungsgrößen.