Modulbeschreibung
Mikrotechnik I
Kürzel:
M_MiT_I
Durchführungszeitraum:
HS/21-HS/24
ECTS-Punkte:
12
Arbeitsaufwand:
360
Lernziele:
Die Studierenden
- können Beispiele für Mikrosysteme in diversen Anwendungsfeldern und Märkten erläutern.
- können die Brücke zwischen Makro- und Mikrowelt schlagen und physikalische Gesetzmässigkeiten in der Mikrowelt interpretieren.
- können die Grenzen klassischer (subtraktiver und additiver) Bearbeitungsverfahren für mikrosystemtechnische Anwendungen ziehen.
- kennen ausgewählte Verfahren zur taktilen Vermessung kleinster Strukturen.
- können Statik und Elastostatik auf grundlegende mechanische und mikromechanische Problemstellungen anwenden.
- können mikromechanische Grundelemente für einfache Anwendungen auslegen.
- kennen die grundlegenden Elemente und Funktionen eines parametrischen 3D CAD-Systems und können dieses für die Konstruktion einfacher dreidimensionaler Bauelemente einsetzen.
- können aus dem 3D Modell zweidimensionale technische Zeichnungen erstellen.
- können zu einer gegebenen Fragestellung selbstständig photonische und mikrotechnische Baugruppen im CAD modellieren.
- kennen die wichtigsten Werkstoffe der Mikrotechnik und der Photonik (Gläser, Kristalle, Metalle, Keramiken, Polymere) und deren mechanische, chemische und optische Eigenschaften.
- können Werkstoffe anwendungsbezogen auswählen.
- kennen ausgewählte Messtechniken zur Charakterisierung von Werkstoffen und zur Bestimmung von Werkstoffeigenschaften.
- kennen einige grundlegende Prozesse (Legieren, Diffundieren, Rekristallisieren, Löten, Sintern) zum Modifizieren und Verbinden von metallischen und keramischen Werkstoffen.
- kennen relevante Fertigungsverfahren und Einsatzgebiete für Polymere in der Mikrotechnik.
- kennen unterschiedliche formgebende Bearbeitungsverfahren (Drehen, Fräsen, Bohren von Gläsern; Abformen von Gläsern – z.B. Blankpressen- und Kunststoffen) sowie die unterschiedlichen Schleif- und Polierverfahren für optische Oberflächen.
- können die physikalischen Prinzipien von Halbleiterbauteilen erklären.
- können den Aufbau und die Funktionsweise der wichtigsten analogen Bauelemente skizzieren und erklären.
- können die wichtigsten analogen Schaltungstopologien erkennen und beschreiben.
- können Verstärkertypen anwendungsspezifisch auswählen und können Verstärkerschaltungen auslegen.
- können elektronische Schaltungen mit den analogen Standardbauteilen mittels strukturierter Vorgehensweise entwerfen.
Verantwortliche Person:
Prof. Dr. Huber Samuel
Telefon/EMail:
+41 58 2573466
/ samuel.huber@ost.chStandort (angeboten):
Buchs
Fachbereiche:
Mikro- und Nanotechnologie, Mikro- Nanotechnologie
Zusätzlich vorausgesetzte Kenntnisse:
Ebenfalls vorausgesetzt sind die vier Module Mechanik & Materials Engineering I, Mechanik & Materials Engineering II, Elektrotechnik & Lineare Algebra I sowie Elektrotechnik & Lineare Algebra II.
Anschlussmodule:
Modultyp:
Standard-Modul für Systemtechnik BB STD_05(Empfohlenes Semester: 5)
Fach-Pflichtmodul für Mikrotechnik STD_05 (PF)
Fach-Pflichtmodul für Technologie und Prozesse STD_05 (PF)
Standard-Modul für Systemtechnik VZ STD_05(Empfohlenes Semester: 3)
Fach-Pflichtmodul für Mikrotechnik STD_05 (PF)
Fach-Pflichtmodul für Technologie und Prozesse STD_05 (PF)
ECTS-Punkte pro Kategorie
Profilmodule / 12 Punkte
Profilmodule / 12 Punkte
Modulbewertung
Bewertungsart:
Note von 1 - 6
Leistungsbewertung
Während der Prüfungssession:
Prüfung nach spezieller Definition
Bemerkungen zur Prüfung:
Am Ende des Semesters findet eine abgesetzte Modulschlussprüfung in drei Teilen statt. Die Kurse Miniaturisierte technische Systeme, Werkstoffe und Fertigungsverfahren und Elektronik bilden je einen Teil der abgesetzten Modulschlussprüfung.
Während des Semesters:
Während der Unterrichtsphase wird im Kurs Miniaturisierte technische Systeme eine Prüfung geschrieben. Im Kurs CAD wird eine Projektarbeit bewertet.
Bewertungsart:
Note von 1 - 6
Gewichtung:
Während der Unterrichtsphase wird im Kurs Miniaturisierte technische Systeme eine Prüfung (Gewicht 15%) geschrieben. Im Kurs CAD wird eine Projektarbeit (Gewicht 17%) bewertet..
Am Ende des Semesters findet eine abgesetzte Modulschlussprüfung in drei Teilen statt. Die Kurse Miniaturisierte technische Systeme (Gewicht 18%), Werkstoffe und Fertigungsverfahren (Gewicht 33%) und Elektronik (Gewicht 17%) bilden je einen Teil der abgesetzten Modulschlussprüfung.
Bemerkungen:
Teilbewertung:
17%Modulschlussprüfung Elektronik (MiT_I_E-msp)
18%Modulschlussprüfung Miniaturisierte technische Systeme (MiT_I_MS-msp)
17%Projekt CAD (MiT_I_C-projekt)
15%Zwischenprüfung Miniaturisierte technische Systeme (MiT_I_M-zp)
33%Modulschlussprüfung Werkstoffe und Fertigungsverfahren (MiT_I_W-msp)
Kurse in diesem Modul
Miniaturisierte technische Systeme
Kürzel:
MiT_I_M
Arbeitsaufwand:
120
Semester:
1
Lernziele:
Die Studierenden
- können Beispiele für Mikrosysteme in diversen Anwendungsfeldern und Märkten erläutern.
- können die Brücke zwischen Makro- und Mikrowelt schlagen und physikalische Gesetzmässigkeiten in der Mikrowelt interpretieren.
- können die Grenzen klassischer (subtraktiver und additiver) Bearbeitungsverfahren für mikrosystemtechnische Anwendungen ziehen.
- kennen ausgewählte Verfahren zur taktilen Vermessung kleinster Strukturen.
- können Statik und Elastostatik auf grundlegende mechanische und mikromechanische Problemstellungen anwenden.
- können mikromechanische Grundelemente für einfache Anwendungen auslegen.
Plan und Lerninhalt:
- Einführung in die Mikrotechnik
- Anwendungsgebiete / Märkte
- Begriffsdefinitionen / Begriffshierarchie
- Skalierung "Von Makro zu Mikro" und der Übergang von der Makrowelt in die Mikrowelt
- Skalieren von Länge, Oberfläche und Volumen
- Skalierungseffekte in der Fluidik und der Elektrostatik
- Kraftskalierung / Kräfte in der Mikrowelt
- Erweiterung klassischer (additiver und subtraktiver) Fertigungsverfahren für mikrotechnische Applikationen
- Mechanische Taster und Atom-Kraft-Mikroskop (AFM)
- Belastungsarten und Belastungszustand von Bauteilen
- Verzerrungszustand und Elastizitätsgesetz
- Flächenträgheitsmomente
- Biegung und Torsion von Stäben
- Auslegung von Membranen und Festkörpergelenken
Ansprechspersonen:
Prof. Dr. Lamprecht Tobias
Fachbereiche:
Mikro- und Nanotechnologie
Unterrichtssprache:
Deutsch
Leistungsnachweis:
Während der Unterrichtsphase wird eine Prüfung geschrieben. Zusätzlich findet eine abgesetzte Modulschlussprüfung zusammen mit den Kursen Werkstoffe und Fertigungsverfahren und Elektronik statt.
Lehr- und Lernmethoden:
Vorlesung, Übungen, Selbststudium, Labordemonstrationen
Kursart:
Durchführung gemäss Stundenplan
Klassenunterricht mit 4 Lektionen pro Woche
- Max. Teilnehmer: 30
- Harte Grenze: nein
Bemerkungen:
Die Unterrichtssprache ist Deutsch, die Unterrichtsunterlagen sind zum Teil auf Englisch.
Werkstoffe und Fertigungsverfahren
Kürzel:
MiT_I_W
Arbeitsaufwand:
120
Semester:
1
Lernziele:
Die Studierenden
- kennen die wichtigsten Werkstoffe der Mikrotechnik und der Photonik (Gläser, Kristalle, Metalle, Keramiken, Polymere) und deren mechanische, chemische und optische Eigenschaften.
- können Werkstoffe anwendungsbezogen auswählen.
- können binäre Zustandsdiagramme lesen und daraus Schlüsse hinsichtlich Werkstoffeigenschaften ziehen.
- können das physikalische Eigenschaftsprofil von Polymeren aus deren chemischer Struktur und Zusammensetzung abschätzen.
- können das elastische und plastische Verhalten von Werkstoffen aus deren atomarem Aufbau und Mikrostruktur heraus erklären.
- kennen ausgewählte Messtechniken zur Charakterisierung von Werkstoffen und zur Bestimmung von Werkstoffeigenschaften.
- kennen einige grundlegende Prozesse (Legieren, Diffundieren, Rekristallisieren, Löten, Sintern) zum Modifizieren und Verbinden von metallischen und keramischen Werkstoffen.
- kennen relevante Fertigungsverfahren und Einsatzgebiete für Polymere in der Mikrotechnik
- kennen unterschiedliche formgebende Bearbeitungsverfahren (Drehen, Fräsen, Bohren von Gläsern; Abformen von Gläsern – z.B. Blankpressen- und Kunststoffen) sowie die unterschiedlichen Schleif- und Polierverfahren für optische Oberflächen
- kennen exemplarisch den Prozessablauf ausgewählter Fertigungs-technologien, z.B. Linsenfertigung (Sphären, Asphären, …).
Plan und Lerninhalt:
Teil 1: Anorganische Werkstoffe:
- Mechanische Eigenschaften und ihre strukturellen Hintergründe (Gitterfehler, Härtungsmechanismen, Bruchvorgänge)
- Legierungsbildung und Zustandsdiagramme (Phasenregel, Hebelgesetz, Grundtypen binärer Phasendiagramme, Anwendungen)
- Thermisch aktivierte Vorgänge (Diffusion, Rekristallisation, Löten, Sintern)
Teil 2: Polymere Werkstoffe:
- Gruppen und Chemie der Polymerwerkstoffe: Thermoplaste, Elastomere, Duromere, Modifikation und Funktionalisieren
- Struktur-Eigenschafts-Beziehungen: thermische, mechanische, rheologische Eigenschaften, Permeation und Migration
- Messmethoden: mechanische Prüfung, Thermoanalyse, Molekülspektrometrie, Rheologie
- Verfahrenstechnik: Verarbeitung der Materialgruppen zu Bauteilen, Kombinieren von Werkstoffen (Kleben, Mehrschichtsysteme)
- Typische Anwendungen von Polymeren in der Mikrotechnik
Teil 3: Optische Werkstoffe:
- Grundlagen zu Kristallgittern
- Aufbau von Gläsern, Kunststoffen, Kristallen
- Optische, mechanische, elektrische und thermische Eigenschaften
- Optische Kenngrössen und ihre Bestimmung (Brechzahl, Dispersion, Abbe-Zahl, Reflexion / Absorption / Transmission, …) zur Interpretation von Diagrammen und Datenblättern
- Auswahl optischer Werkstoffe für spezifische Anwendungen
Urformen:
- Urformende Verfahren für Gläser zur Herstellung von Gobs und Presslingen, Glasblöcken, Flachglas
- Urformende Verfahren für Kunststoffe: Giessen, Spritzgiessen, Heissprägen, Spritzprägen
- Urformende Verfahren für Kristallwerkstoffe: Züchtung aus Gasphase, Lösung und Schmelze
Umformen:
- Pressen, Senken und Ziehen von optischem Glas
- Prozesse und Anwendungsgebiete
Ausgewählte trennende Fertigungsverfahren:
- Zerteilen (Brechen und Spalten, Sägen)
- Spanen (Drehen, Fräsen & Bohren, Schleifen, Läppen & Polieren)
- Reinigen
Ausgewählte Fügeverfahren:
- Lösbare, stoffschlüssige Verbindungen im technologischen Prozess (Blocken, Kitten, Kleben, Gipsen, Ansprengen, Spannen)
- Montageprozesse optischer Bauelemente (Zentrieren, Richten & Justieren, Feinkitten, Kleben, Löten, Fassen, Diffusionsschweissen)
Fertigungstechnologien:
- Lösungswege zur Herstellung von Bauelementen (exemplarisch)
Ansprechspersonen:
Dr. Fähnle Oliver, Prof. Dr. Surberg Cord Henrik, Prof. Dr. Ulmer Jens
Fachbereiche:
Mikro- Nanotechnologie
Unterrichtssprache:
Deutsch
Leistungsnachweis:
Es findet eine abgesetzte Modulschlussprüfung zusammen mit den Kursen Miniaturisierte technische Systeme und Elektronik statt.
Lehr- und Lernmethoden:
Vorlesung, Übungen
Bibliographie:
Bliedtner, J.; Gräfe, G.: Optiktechnologie: Grundlagen, Verfahren, Anwendungen, Beispiele (Hardcover / ebook)
Eigene Skripte, Übungsunterlagen
Kursart:
Durchführung gemäss Stundenplan
Klassenunterricht mit 4 Lektionen pro Woche
- Max. Teilnehmer: 30
- Harte Grenze: nein
Bemerkungen:
CAD
Kürzel:
MiT_I_C
Arbeitsaufwand:
60
Semester:
1
Lernziele:
Die Studierenden
- kennen die grundlegenden Elemente und Funktionen eines parametrischen 3D CAD-Systems und können dieses für die Konstruktion einfacher dreidimensionaler Bauelemente einsetzen.
- können aus dem 3D Modell zweidimensionale technische Zeichnungen erstellen.
- können zu einer gegebenen Fragestellung selbstständig photonische und mikrotechnische Baugruppen im CAD modellieren.
Plan und Lerninhalt:
CAD-Einführung:
- 3D Modele erstellen (Rotationskörper und prismatische Körper)
- Technische Zeichnungen aus den 3D Modellen erstellen
- Baugruppen erstellen (inkl. Importieren von Step.-Files ins CAD)
CAD-Projektarbeit:
- Erstellen einer Baugruppe und der zugehörigen technischen Zeichnungen an einer konkreten Aufgabenstellung aus der Photonik (z.B. 3D Modell eines Fernrohrs, Mikrosystem)
Ansprechspersonen:
Bischof David
Fachbereiche:
Mikro- Nanotechnologie
Unterrichtssprache:
Deutsch
Leistungsnachweis:
Während der Unterrichtsphase wird ein Projekt bewertet.
Lehr- und Lernmethoden:
Vorlesung, Übungen, Projektarbeit
Kursart:
Durchführung gemäss Stundenplan
Klassenunterricht mit 2 Lektionen pro Woche
- Max. Teilnehmer: 30
- Harte Grenze: nein
Elektronik
Kürzel:
MiT_I_E
Arbeitsaufwand:
60
Semester:
1
Lernziele:
Die Studierenden
- können die physikalischen Prinzipien von Halbleiterbauteilen erklären.
- können den Aufbau und die Funktionsweise der wichtigsten analogen Bauelemente skizzieren und erklären.
- können die wichtigsten analogen Schaltungstopologien erkennen und beschreiben.
- können Verstärkertypen anwendungsspezifisch auswählen und können Verstärkerschaltungen auslegen.
- können elektronische Schaltungen mit den analogen Standardbauteilen mittels strukturierter Vorgehensweise entwerfen.
Plan und Lerninhalt:
- Einführung in die Halbleitertheorie
- Grundlagen der elektrischen Eigenschaften der wichtigsten analogen Bauelemente
- Diode, Halbleiterdioden mit speziellen Eigenschaften
- Bipolartransistor, Sperrschicht und MOS-Feldeffekttransistor
- Operationsverstärker Grundschaltungstopologien
- Signalverstärker, Filter, Integratoren, Schmitt-Trigger
- Bandgap-Prinzip, Konstant-Spannungsquelle, Konstant-Stromquelle, Stromspiegel
- Oszillatoren, Kippschaltungen
- Elektronik-Projekt
Ansprechspersonen:
Prof. Dr. Huber Samuel
Fachbereiche:
Mikro- und Nanotechnologie
Unterrichtssprache:
Deutsch
Leistungsnachweis:
Es findet eine abgesetzte Modulschlussprüfung zusammen mit den Kursen Miniaturisierte technische Systeme und Werkstoffe und Fertigungsverfahren statt.
Lehr- und Lernmethoden:
Vorlesung, Übungen, Labordemonstrationen, Selbststudium, Laborübung / Projektarbeit
Bibliographie:
Tietze/Schenk, Halbleiter-Schaltungstechnik
Hering/Bressler/Gutekunst, Elektronik für Ingenieure und Naturwissenschaftler
Kursart:
Durchführung gemäss Stundenplan
Klassenunterricht mit 2 Lektionen pro Woche
- Max. Teilnehmer: 30
- Harte Grenze: nein
Bemerkungen:
Die Unterrichtssprache ist Deutsch, die Unterrichtsunterlagen sind zum Teil auf Englisch.