Modulbeschreibung

Mikrotechnik I

ECTS-Punkte:
12
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.

Kurse in diesem Modul

Miniaturisierte technische Systeme:
  • 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
Klassenunterricht mit 4 Lektionen pro Woche
Werkstoffe und Fertigungsverfahren:

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)
Klassenunterricht mit 4 Lektionen pro Woche
CAD:

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)
Klassenunterricht mit 2 Lektionen pro Woche
Elektronik:
  • 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 
Klassenunterricht mit 2 Lektionen pro Woche
Disclaimer

Diese Beschreibung ist rechtlich nicht verbindlich! Weitere Informationen finden Sie in der detaillierten Modulbeschreibung.