Aus dem Themenbereich Hightech-Strategie

Neue Wege zur wirtschaftlichen Mikro- und Nanoproduktion - µPRO

Um in Zukunft die Chancen einer wirtschaftlichen und flexiblen Mikroproduktion zu erschließen, muss der gesamte Fertigungsprozess für miniaturisierte und mikrostrukturierte Teile optimiert werden. Dabei ist neben der technischen Lösung auch eine entsprechende Arbeitsorganisation und ein für die Stückzahlen passender Automatisierungsgrad wichtig. Die einzelnen Elemente von Produktionssystemen wie Entwurfsmethoden, Mikrofertigungs- und Handhabungsverfahren sowie die Produktionsanlagen müssen in ihrer Leistungsfähigkeit aufeinander abgestimmt und so gestaltet werden, dass diese durch Facharbeiter gesteuert werden können.

Forschung

Für die industrielle Produktion von Mikroteilen und -baugruppen in Strukturen zwischen 10 µm und 0,1 µm sowie von Nanomaterialien, Nanoschichten und Nanostrukturen ist die Forschungslandschaft in Deutschland bereits gut entwickelt. Zahlreiche Institute der Helmholtz-Gemeinschaft Deutscher Forschungszentren, der Universitäten oder der Fraunhofer-Gesellschaft haben gute personelle und technische Voraussetzungen für exzellente Forschung auf diesem Gebiet.

Zu den Themenfeldern des Forschungsschwerpunkts µPRO gehören u. a.:

• Durchgängige Prozessketten für mikrostrukturierte Teile und Mikroteile
• Fehlerfreies Systemverhalten komplexer mechatronischer Produkte
• Aufbau- und Verbindungstechnik für neue Bauelemente der Mikroelektronik
• Produktionssysteme zur integrierten Herstellung von dünnen und funktionalen Schichten

Ziele

Mikro- und Nanoproduktion bieten in einem Hochlohnland wie Deutschland neue Chancen für Wachstum und Beschäftigung. Dabei sind jedoch große Herausforderungen zu bewältigen wie:

• die sichere Beherrschung von Mikro- und Nanoprozessen,
• das fehlerfreie Systemverhalten komplexer Produkte mit miniaturisierten Antrieben, Sensoren und Informationstechnik-Komponenten,
• die Verbesserung der Wirtschaftlichkeit im Vergleich zu bisherigen Technologien,
• die Gewährleistung des Umweltschutzes, gute Arbeitsbedingungen.

Ausgewählte Erfolgsgeschichten

Das Projekt FELIG entwickelte eine Anlage, welche es erstmalig erlaubt, eine Materialbearbeitung mit Synchrotronstrahlung in der Serie durchzuführen. Gegenüber dem aktuellen Stand der Technik gelang es, die Fertigungskapazität um das 20-fache zu erweitern. Damit können feinmechanische Teile mit bisher unerreichter Präzision und Oberflächengüte hergestellt werden. Die Durchlaufzeiten der Teile konnten von mehreren Monaten auf bis zu zwei Wochen gesenkt und die Kosten in etwa halbiert werden.

Im Projekt MikroFun entstanden neuartige Spulen für die Montage direkt auf der Leiterplatte. Hierzu werden zunächst Leiterbahnen auf einer dünnen Trägerfolie aufgebracht, die anschließend so gefaltet werden, dass bis zu 20 Lagen entstehen. Die so gefertigten Spulen zeichnen sich durch erheblich geringere Abmessungen und eine deutlich verbesserte Leistung aus. Sie erlauben beispielsweise eine weitere Miniaturisierung der Elektronik in Stromversorgungen und in der Kommunikationstechnik.

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