micromechanische

Mikromechanische Systeme, auch Mikromechanik genannt, bezeichnen mechanische Strukturen auf dem Mikrometermaßstab, die oft als zentrale Bestandteile von Mikrosystemen wie MEMS integriert sind. Typische Größenordnungen reichen von einigen zehn Mikrometern bis zu einigen hundert Mikrometern; die Systeme kombinieren mechanische Elemente mit elektrischen oder optischen Bauelementen, um Signale zu erzeugen, zu messen oder zu steuern. Typische Funktionen umfassen Sensorik, Aktorik und die Umsetzung mechanischer Größenänderungen in elektrische Signale.

Die Herstellung mikromechanischer Bauteile erfolgt überwiegend durch mikro- und nanotechnologische Fertigungsverfahren im Halbleiterprozess. Wichtige Ansätze sind Bulk-Micromachining und Surface-Micromachining. Silizium dominiert wegen seiner mechanischen Eigenschaften und der vorhandenen Prozessketten; weitere Materialien sind Polysilizium, Oxide, Glas, Polymere oder Siliziumkarbid. Typische Schritte umfassen Lithographie, Trocken- oder Nassätzen, Depositionen, Wärmebehandlungen und Bonding. Die Entwurfsprinzipien berücksichtigen Skalierungseffekte, Reibung, Kleben und Temperatureinflüsse, sowie Ansteuerungs- und Austauschprinzipien wie elektrostatische, piezoelektrische oder magnetische Aktuatoren und kapazitive oder piezoelektrische Sensoren.

Anwendungen finden sich in Beschleunigungs- und Drucksensoren, Gyroskopen, Optoelektronik, RF-MEMS, mikrofluidischen Pumpen, Ventilen sowie Lab-on-a-Chip-Systemen in der Biomedizin. Zu den zentralen Herausforderungen gehören Zuverlässigkeit unter Langzeitbelastung, Stiction und Verschleiß, Verpackung und Umgebungsabhängigkeit, sowie Unterschiede zwischen Labor- und Feldumgebungen. Mikromechanik treibt die Integration von Mechanik, Elektronik und Optik auf Chips voran und spielt eine zentrale Rolle in der weiteren Digitalisierung der Sensorik.