Mikromechanische

Der Begriff mikromechanisch oder mikromechanische Systeme bezeichnet mechanische Strukturen und Bauelemente, die im Mikrometerbereich arbeiten. Solche Systeme sind oft Teil von MEMS (Micro-Electro-Mechanical Systems) und verbinden mechanische Funktionen mit integrierter Elektronik, Sensorik oder Aktuation. Mikromechanische Bauteile finden sich in einer Vielzahl von Geräten, von Sensoren in Smartphones bis zu medizinischen Systemen.

Herstellung erfolgt überwiegend durch Mikroverfahren der Halbleitertechnik, einschließlich Photolithografie, Ätzen (z. B. Tiefenätzen), Dünnfilmabscheidung und Packaging. Materialien reichen von Silizium und Siliziumcarbid bis zu Polymeren und Metallen. Aufgrund der Skalierung entstehen Bauteilgrößen, die freischwingende Strukturen, Membranen und Stützstrukturen ermöglichen, gleichzeitig aber Herausforderungen wie Stiction und tribischen Verschleiß mit sich bringen.

Actuation (Antrieb) erfolgt häufig elektrisch, zum Beispiel elektrostatisch, piezoelektrisch oder magnetisch, teils thermisch oder optisch. Sensorik nutzt kapazitive, piezoresistive, piezoelektrische oder optische Prinzipien. Mikromechanische Systeme zeichnen sich durch ein hohes Oberflächen-zu-Volumen-Verhältnis und geringe Massen aus, was schnelle Dynamik, geringen Energieverbrauch und hohe Integrationsdichte ermöglicht, aber auch besondere Anforderungen an Präzision und Stabilität stellt.

Zu den Anwendungen gehören automatische Sensorik, Beschleunigungs- und Gyroskop-Sensoren, Drucksensoren, Mikroventile, RF-MEMS und optische oder medizinische Bauteile. Sie ermöglichen kompakte, energieeffiziente Systeme in Fahrzeugtechnik, Unterhaltungselektronik, Telekommunikation, Medizintechnik und Industrieautomatisierung.

Herausforderungen umfassen Packaging, Zuverlässigkeit unter Umweltbedingungen, Langzeitstabilität und CMOS-Kompatibilität. Die Entwicklung mikromechanischer Systeme erfordert interdisziplinäre Kenntnisse aus Mechanik, Materialwissenschaft, Elektronik, Mikro- und Prozesstechnik.