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BASF Bosch Bühler ConneXion Rosenberger Daimler Chrysler EADS Epcos GFD Merckle MTU Osram polyMaterials Siemens Schloetter Wieland-Werke Microtec Schwaben e. V. GFD, ein Start-up-Unternehmen der Universität Ulm, ist speziali- siert auf die Herstellung und mikrotechnologische Verarbeitung von Diamant. Die außergewöhnlichen Materialeigenschaften von Diamant ermöglichen die Herstellung von Produkten und Bauteilen mit besonderen Eigenschaften wie extrem hoher Verschleißfestig- keit, hoher mechanischer Stabilität, Funktionsfähigkeit auch bei hohen Temperaturen und die mono-lithische Integration von elektrischen Funktionselementen. Diamant ist somit eines der interessantesten Materialien für MEMS-Bauteile. Zur Erweiterung des Einsatzes der Diamanttechnologie im Bereich der Mikrotech- nologie ist die Entwicklung einer großflächigen und kontrollierten Dotierung von Diamant Voraussetzung. Neben der Prozessent- wicklung ist die Analyse der Eigenschaften der hergestellten Diamantschichten von entscheidender Bedeutung für den Erfolg. Diamantskalpell für hoch präzise Schnitte in der Augenchirurgie Kompetenzzentrum Werkstoffe der Mikrotechnik Universität Ulm Das Institut für dynamische Materialprüfung (IdM) an der Universität Ulm steht für Wissenstransfer in den Bereichen: Entwicklung neuer Geräte und Apparaturen für die dynamisch-mechanische Materialprüfung vor allem im Frequenzbereich 0,1 Hz bis 100 MHz Untersuchung neuer Werkstoffe Dynamisches Verhalten von Materialien Sensorik Das IdM-Leistungsspektrum umfasst: Forschung und Grundlagenentwicklung Anwendungsorientierte Entwicklung Entwicklung und Bau von Prototypen Auftragsmessungen und Kundenbetreuung WMtech arbeitet eng mit IdM im Bereich der dynamisch-mecha- nischen Materialprüfung für Mikrosystemtechnik zusammen. Aus diesem Grund hat sich GFD entschieden, diese Entwicklung zusammen mit WMtech durchzuführen. Schwerpunkt der Ent- wicklung soll dabei die Entwicklung industrierelevanter Prozesse und die rasche Umsetzung in Produkte sein. GFD - Gesellschaft für Diamantprodukte Partner IdM Helmholtzstraße 20 D-89081 Ulm Tel: 0731/50-31 041 Fax: 0731/50-31 049 www.wmtech.de [email protected] WMtech Universität Ulm Universität Ulm, Abteilungen: - Werkstoffe der Elektrotechnik - Elektronische Bauelemente und Schaltungen - Optoelektronik IdM - Institut für dynamische Materialprüfung Forschungszentrum Karlsruhe Zentralinstitut für Biomedizinische Technik Zentrum für Sonnenenergie- und Wasserstoffforschung Fraunhofer Institut für Zuverlässigkeit und Mikrointegration Derzeitige Industriepartner: Institute:

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BASFBoschBühlerConneXion RosenbergerDaimler ChryslerEADSEpcosGFDMerckleMTUOsrampolyMaterialsSiemensSchloetterWieland-Werke

Microtec Schwaben e. V.

GFD, ein Start-up-Unternehmen der Universität Ulm, ist speziali-siert auf die Herstellung und mikrotechnologische Verarbeitungvon Diamant. Die außergewöhnlichen Materialeigenschaften vonDiamant ermöglichen die Herstellung von Produkten und Bauteilenmit besonderen Eigenschaften wie extrem hoher Verschleißfestig-keit, hoher mechanischer Stabilität, Funktionsfähigkeit auch beihohen Temperaturen und die mono-lithische Integration vonelektrischen Funktionselementen. Diamant ist somit eines derinteressantesten Materialien für MEMS-Bauteile. Zur Erweiterungdes Einsatzes der Diamanttechnologie im Bereich der Mikrotech-nologie ist die Entwicklung einer großflächigen und kontrolliertenDotierung von Diamant Voraussetzung. Neben der Prozessent-wicklung ist die Analyse der Eigenschaften der hergestelltenDiamantschichten von entscheidender Bedeutung für den Erfolg.

Diamantskalpell fürhoch präzise Schnittein der Augenchirurgie

KompetenzzentrumWerkstoffe der MikrotechnikUniversität Ulm

Das Institut für dynamische Materialprüfung (IdM) an derUniversität Ulm steht für Wissenstransfer in den Bereichen:

Entwicklung neuer Geräte und Apparaturen fürdie dynamisch-mechanische Materialprüfung vor

allem im Frequenzbereich 0,1 Hz bis 100 MHzUntersuchung neuer WerkstoffeDynamisches Verhalten von MaterialienSensorik

Das IdM-Leistungsspektrum umfasst:

Forschung und GrundlagenentwicklungAnwendungsorientierte EntwicklungEntwicklung und Bau von PrototypenAuftragsmessungen und Kundenbetreuung

WMtech arbeitet eng mit IdM im Bereich der dynamisch-mecha-nischen Materialprüfung für Mikrosystemtechnik zusammen.

Aus diesem Grund hat sich GFD entschieden, diese Entwicklungzusammen mit WMtech durchzuführen. Schwerpunkt der Ent-wicklung soll dabei die Entwicklung industrierelevanter Prozesseund die rasche Umsetzung in Produkte sein.

GFD - Gesellschaft für Diamantprodukte Partner

IdM

Helmholtzstraße 20D-89081 UlmTel: 0731/50-31 041Fax: 0731/50-31 [email protected]

WMtechUniversität Ulm

Universität Ulm, Abteilungen: - Werkstoffe der Elektrotechnik- Elektronische Bauelemente und Schaltungen- Optoelektronik

IdM - Institut für dynamische MaterialprüfungForschungszentrum KarlsruheZentralinstitut für Biomedizinische TechnikZentrum für Sonnenenergie- und WasserstoffforschungFraunhofer Institut für Zuverlässigkeit und Mikrointegration

Derzeitige Industriepartner:

Institute:

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WMtech ist das Kompetenzzentrum Werkstoffe derMikrotechnik an der Universität Ulm.

Als Projekt der Universität Ulm wird es vom Bundesmi-nisterium für Bildung und Forschung (BMBF), dem LandBaden-Württemberg und der Universität Ulm gefördert.

WMtech steht für Forschung, Entwicklung und Techno-logietransfer im Bereich der Materialien für die Mikro-technik und ermöglicht vor allem kleinen und mittlerenUnternehmen einen wichtigen Wettbewerbsvorsprung.

Die Mikrotechnik zeichnet sich aus durch einen geringenRohmaterialanteil und eine hohe Wertschöpfung, wobeiverschiedene zukunftsweisende Technologien wie dieMikromechanik, Mikroelektronik und Mikrooptik integriertwerden. Allerdings sind die Eigenschaften von mikrodi-mensionierten und strukturell oft mesoskopischen Werk-stoffen, wie sie in der Mikrotechnik Verwendung finden,nur rudimentär bekannt. Daher können Innovationsschü-be und neue Produkte auf Basis der Miniaturisierungund Multifunktionalität in den meisten Fällen nur durchdie Entwicklung und den Einsatz neuer Werkstoffeentstehen.

WMtech entwickelt neue Materialien und stellt sie her.WMtech optimiert bekannte Werkstoffe im Hinblickauf maßgeschneiderte Eigenschaften.Hierbei stehen neben der Mikrointegration die Zuverläs-sigkeit und Lebensdauer multifunktionaler Bauelementeunter thermischer und mechanischer Belastung imVordergrund.

WMtech zeichnet sich aus durchFundiertes Know-howUmfangreiche, modernste LaborausstattungSchnelle, flexible LösungsentwicklungVernetzung mit Kooperationspartnernaus Industrie und Wissenschaft

Das thermische Spritzen hat sich in jüngster Zeit als einsehr leistungsfähiges Beschichtungsverfahren für vieleverschiedene Anwendungen entwickelt.In Anwendungen, in denen eine Kombination aus Plasti-zität, Korrosions- und Verschleißbeständigkeit gefordert ist,werden häufig metallische Schichten verwendet. Die Mikro-struktur dieser Schichten hängt wesentlich von den Beschich-tungsparametern ab und unterscheidet sich sehr von denenanderer Beschichtungsprozesse.Typische Gefügeeigenschaften thermischer Spritzschichtensind das Vorhandensein von Ungleichgewichtsphasen, Oxid-einschlüssen, Rissen und Poren. Aufgrund dieser Fehler, diedie Schichteigenschaften maßgeblich beeinflussen, ist dasWissen über die mechanischen Eigenschaften – insbesondereauch der Dauerfestigkeit – in mechanisch belasteten Anwen-dungen zwingend notwendig.Die Bestimmung dieser Eigenschaften wird mittels Drei-Punkt-Biegung an kleinen quaderförmigen Proben, hergestelltaus freistehenden Schichten, durchgeführt. Hierdurch wirdder Substrateinfluss eliminiert. Charakteristisch für dasVerfahren sind der geringe Bedarf an Probenmaterial und eineeinfache Probenpräparation.

Dem Kompetenzzentrum stehen für Forschungs- und Ent-wicklungslungsaufgaben modernste Laborausrüstungen zurVerfügung, z.B. Ultraschallmikroskop, Rasterelektronen-mikroskop mit Element- und Orientierungsanalyse, Röntgen-diffraktometer und Texturgoniometer. Die Ausstattungerlaubt neben der Herstellung von Legierungen und der Prä-paration von Werkstoffproben umfangreiche Charakterisierun-gen und Analysen der mikrostrukturellen, elektrischen, magne-tischen, chemischen, mechanischen und tribologischen Eigen-schaften von Funktionswerkstoffen und Schichtstrukturen.

OFW-Bauelemente sind miniaturisierte passive HF-Bau-elemente, die in der Kommunikationsindustrie nicht mehrwegzudenken sind. Sie können auch als Sensoren zurMessung von physikalischen, chemischen oder biologischenGrößen eingesetzt werden. Hinzu kommt die Funkabfrag-barkeit von OFW-Bauelementen. Um eine zuverlässigeFunktion der Bauelemente bei extremen Umgebungsbedin-gungen zu gewährleisten, sind Optimierungen der Techno-logien hinsichtlich der Materialkombinationen, der Aufbau-und Verbindungstechnik und der Gehäusetechnikennotwendig. Die Erhöhung der Leistungsdichte und Leistungs-verträglichkeit erfordert neuartige Transducermaterialien.Amorphe AIY-Legierungen, welche durch Elektronenstrahl-verdampfung im Hochvakuum hergestellt werden, sindvielversprechende Elektrodenmaterialien für passiveOFW-Bauelemente.

Charakterisierungdes mechanischen Verhaltensthermischer Spritzschichtenmittels Kleinprobentechnik

Thermische Spritzschichten

Silizium ist als Substratmaterial in der Mikrosystemtechnikweit verbreitet und besitzt einen niedrigen thermischenAusdehnungskoeffizienten (2.8 ppm/K). Es ergibt sich dieForderung nach Materialien mit ähnlichen Werten für denAusdehnungskoeffizienten. Dadurch ist der thermischeMismatch vermeidbar.Invar (64 Masse% Fe, 36 Masse% Ni) besitzt einen niedrigenAusdehnungskoeffizienten (1.3 ppm/K). Deshalb ist es be-sonders für die Anwendungen in der Mikrosystemtechnikgeeignet. Invar wird heute für Schattenmasken von Fernseh-röhren, Bimetalle, Präzisionsinstrumente, Lasergehäuse,Chip-Basisplatten, seismografische Geräte, Tanks von Flüssig-gasschiffen und optische Instrumente für Weltraumanwen-dungen verwendet. WMtech konzentriert sich auf die Mikro-galvanik von Invar, da dieser Prozess eine Integration inbestehende Produktionsabläufe ermöglicht.

MEMS - Mikrogalvanik

Nanokristalline Halbleiterpartikel sind für die Größenabhängig-keit ihrer optischen Eigenschaften bekannt (Blauverschiebun-gen, ”quantum size”-Effekte). Diese Effekte eröffnen denHalbleiter-Nanopartikeln Anwendungen als durchstimmbareFarbstoffe oder Marker. Poröse Schichten solcher Materialiensind vielversprechend für fotochemische Anwendungen(Direktfotolyse des Wassers). In Leuchtstofflampen, Leucht-schirmen und Displays werden Leuchtstoffe für die Umwand-lung in bzw. Erzeugung von sichtbarem Licht genutzt.Von nanokristallinen oxidischen Leuchtstoffen erwartet manu.a. eine verbesserte Anpassung an die Entladungen neuerquecksilberfreier Lampen.Mit einer reaktiven Variante des CVD-Prozesses, der CVR (chemi-cal vapour reaction), werden nanokristalline (typisch 10 nm)Leuchtstoffpulver aus metallorganischen Precursoren herge-stellt und charakterisiert. Je nach Abscheidebedingungen sindsowohl lose Teilchen als auch Schichten mit wohldefinierterDotierung herstellbar. In einem ersten Schritt wurde der be-kannte Standard-Rotleuchtstoff Y2O3:Eu3+ in Zusammenarbeitmit der Firma OSRAM untersucht.

Analyse

Leuchstoffe werden u.a. inLeuchtstofflampen eingesetzt

Nanokristalline Leuchtstoffe

Pro

jekt

beis

piel

eProjektbeispiele

Analyse

OFW - Bauelemente