Deutschland ist führender Mikroelektronik/Mikrotechnik-Standort in Europa

Die Automobilindustrie bleibt auf absehbare Zeit das Zugpferd der Mikrosystemtechnik. Zu diesem Ergebnis kommt ein aktuelles Positionspapier, das der VDE aus Anlass des 10-jährigen Jubiläums seiner Gesellschaft Mikroelektronik, Mikro- und Feinwerktechnik (GMM) erstellt hat. Aus der Sicht des Verbandes sprechen zukünftige Szenarien wie die der vollständig elektronischen Steuerung von Fahrzeugen, der Einzug von Fahrerassistenzsystemen in das Cockpit oder die Vernetzung der Fahrzeuge untereinander für diesen Trend.

Auch branchenübergreifend prophezeien führende Experten der Mikrosystemtechnik den Durchbruch. Maßgeblich verantwortlich für diesen Trend sind mikrotechnische Sensoren, die heute in großer Stückzahl kostengünstig in Serie gefertigt werden. Ähnlich gute Zukunftschancen zeichnen sich für die Nanotechnologie ab. Ein Beispiel liefert die moderne Mikroelektronik, die heute bereits in Standard-Schaltkreisen Dimensionen von 60 Nanometer aufweist und damit kontinuierlich in den Bereich der Nanoelektronik vordringt.

Internationale Teams von Wissenschaftlern arbeiten bereits an hochgradig miniaturisierten Systemen, deren Volumen nur noch wenige Kubikmillimeter ausmachen soll. Derartige Entwicklungen, die auch als „Smart Dust“ oder „eGrain“ bezeichnet werden, sollen künftig als universell einsetzbare Komponenten in einem drahtlosen Netzwerk für diverse Mess- und Überwachungsaufgaben zur Verfügung stehen.

Automatisiertes Design stoppt Kostenexplosion

Der Erfolg der Mikrotechniken hängt von der Verfügbarkeit entsprechender Designtechnologien ab. Während noch vor 20 Jahren die Kosten eines Entwurfs im Wesentlichen durch die Synthese bestimmt waren, entfallen im Zuge der immer weiter voranschreitenden Miniaturisierung heute bereits 80 Prozent der Kosten auf die Überprüfung des korrekten Verhaltens elektronischer Bauteile. Nur durch den massiven Einsatz automatisierter Methoden für Modellierung und Verifikation ist es noch möglich, den ausufernden Kosten entgegenzuwirken und auch in Zukunft Schaltungen und Systeme korrekt zu entwickeln.

Eine effiziente Entwicklung komplexer mikroelektronischer Systeme ist ohne „Electronic Design Automation“ (EDA) heute undenkbar. Dahinter verbergen sich ausgefeilte Entwurfsmethodiken, die wiederum auf komplexen rechnergestützten Entwurfswerkzeugen basieren. EDA ist die Antwort auf das sich weltweit abzeichnende „Design-Gap“ und verhilft Firmen, die sich dem Thema frühzeitig gestellt haben, zu einem Technologievorsprung. Da die heutigen mikroelektronischen Systeme Komplexitäten von mehr als 100 Millionen Transistoren auf einem Chip aufweisen, ist die Bedeutung von EDA für die Mikroelektronik völlig unstrittig. Die „International Technology Roadmap for Semiconductors“ führt deshalb als eine der ganz großen Herausforderungen für die Zukunft die Steigerung der Designproduktivität an.

Seit einigen Jahren lässt sich in der Antriebstechnik ein Trend zu immer kleineren und kompakteren Geräten beobachten. Dies führt zu einer fortschreitenden Miniaturisierung der Antriebe. Heute werden bereits Motoren industriell gefertigt, deren Außendurchmesser unterhalb von zwei Millimeter liegt oder deren Abmessungen kleiner sind als die eines 1-Cent-Stücks, was wiederum die Grenze der Feinwerktechnik darstellt. Für eine weitere Miniaturisierung muss auf mikrotechnologische Fertigungsverfahren zurückgegriffen werden.

Ein aktuelles Beispiel liefern implantierbare Blutpumpen zur Unterstützung der Pumparbeit bei Herzinsuffizienz. Der Antrieb erfolgt durch hocheffiziente Synchronmotoren. Diese sind besonders geeignet, um bei kleinstem Bauraum, höchstem Wirkungsgrad und minimaler Erwärmung fünf Liter Blut pro Minute gegen einen mittleren Druck von 100 Millimeter Quecksilber zu fördern.

Ein weiteres Zukunftsfeld für die Mechatronik ist die Automobilindustrie. Moderne Fahrerassistenzsysteme nutzen bereits Radar-, Laser- und Ultraschallsensoren zur berührungslosen Abtastung der Umgebung und des Verkehrs. Während diese Systeme allerdings nur auf die Form der Umgebung oder anderer Objekte reagieren, können Bildsensoren darüber hinaus auch Schilder, Markierungen, Lichter und vieles mehr differenziert erkennen. Da die digitalen Videochips im gleichen optischen Spektrum agieren, in dem sich auch der Mensch visuell orientiert, erhält das Automobil die gleichen Informationen, die auch der Mensch zum Fahren nutzt. Nach Einschätzung von Experten des VDE wird die elektronische Bilderkennung unter anderem dazu beitragen, das automatisierte Einparken zu verbessern, die Lenkung zu unterstützen und insgesamt einen essenziellen Beitrag zur Erhöhung der Verkehrssicherheit zu leisten.

Ein weiterer Entwicklungsschwerpunkt zeichnet sich im Bereich der automobilen Kommunikation ab. So wie heutzutage nahezu jeder PC am Internet angeschlossen ist, dürfte das zukünftige Automobil quasi per „drahtlosem DSL“ in die digitale Informationswelt integriert sein. Zu den Anwendungen gehören die Verbindung des Fahrzeugs mit mobilen elektronischen Geräten (Car-to-MobileDevice), mit dem PC zuhause oder im Büro (Car-to-Home, Car-to-Office), mit Tankstellen und Drive-In Restaurants (Cart-to-Enterprise), mit Verkehrseinrichtungen (Car-to-Infrastructure) und zwischen Fahrzeugen untereinander (Car-to-Car).

Seit ihrer Gründung im Jahre 1996 begleitet die VDE/VDI Gesellschaft Mikroelektronik, Mikro- und Feinwerktechnik (GMM) diesen Innovationsprozess federführend. Als Plattform für die auf diesen Gebieten und den zugehörigen Anwendungsbereichen tätigen Ingenieure, Naturwissenschaftler und Unternehmen unterstützt die GMM insbesondere auch den branchenübergreifenden Dialog – unter anderem im Rahmen von Fachkongressen und Workshops.

Deutschland ist Top-Standort der Mikroelektronik

In der Mikroelektronik ist Deutschland heute Europameister – mehr als jeder zweite europäische Chip stammt aus deutscher Produktion. Die neuen Bundesländer spielen hier eine hervorragende Rolle. Das Herz der Mikroelektronik schlägt in Sachsen, und Dresden darf sich mit Fug und Recht inzwischen als größtes Halbleiterzentrum in Europa und fünftwichtigsten Standort in der Welt bezeichnen. Nach Angaben der Landesregierung sind im Bereich der Informationstechnologie in Sachsen rund 1.500 Unternehmen mit rund 43.000 Mitarbeitern aktiv. Allein im Bereich der Mikroelektronik beschäftigen mehr als 200 Unternehmen rund 22.000 Beschäftigte. Nirgendwo sonst in Deutschland ist eine derart massive Ansiedlung führender Firmen einer Branche gelungen. Allein die sieben größten Unternehmen – Infineon, Qimonda, AMD, ZMD, AMTC, Toppan und Photronics – beschäftigen mehr als 9.000 Mitarbeiter.

Der VDE auf der Electronica: Halle B5, Stand 165.