Entwurf und Entwicklung von Mikrosystemen

Weiterbildungsprogramm Intelligente Eingebettete Mikrosysteme
Blended learning in Freiburg Im Breisgau

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Beschreibung

Sie haben ein Verständnis für die methodische Vorgehensweise beim Entwurf von Mikrosystemen und einen Überblick über die elementaren Konzepte der Methodik. Vordergründig beherrschen sie das Prinzip des Top-Down-Entwurfs. Den Ausgangspunkt bildet die Spezifikation, die im Verlauf des Entwurfsprozesses immer weiter verfeinert wird und dabei eine Betrachtung auf verschiedenen Ebenen erlaubt. Sie kennen die Grundlagen der Prozesstechnik und der Betrachtung der physikalischen Grundlagen zur Beschreibung mikromechanischer B1Systeme.
Gerichtet an: Erfahrene Praktiker und Akademiker

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Veranstaltungsort(e)

Wo und wann

Beginn Lage
auf Anfrage
Freiburg Im Breisgau
Georges-Köhler Allee 10, 79110, Baden-Württemberg, Deutschland
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Freiburg Im Breisgau
Rempartstr. 15, 79085, Baden-Württemberg, Deutschland
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Häufig gestellte Fragen

· Voraussetzungen

Fachliche Eignung

Themenkreis

Dieses Weiterbildungsmodul besteht aus mehreren Themengebieten:

1. Grundlagen der Mikrosystemtechnik
Im ersten Teil dieses Moduls werden Grundbegriffe und Konstruktionselemente der Mikrosystemtechnik eingeführt und erläutert. Diese ermöglichen das prinzipielle und quantitative Verständnis der verschiedenen Typen von Sensoren und Aktoren, sowie der Technologie, die zu ihrer Herstellung dienen. Die Konstruktionselemente werden mathematisch-physikalisch eingeführt, sodass die Basis für einen quantitativen Entwurf gelegt wird. Ferner werden erfolgreiche Mikrosysteme im Sinn des "reverse engineering" in ihre Einzelteile zerlegt und auf ihre Leistungskennzahlen untersucht. Auf den ersten Blick komplex erscheinende Systeme werden dadurch handhabbar, verständlich und optimierbar, d.h. konstruierbar. Abschließend werden Teststruktur-basierte Ansätze zur Messung elektrischer, mechanischer und thermischer Materialgrößen von Mikrosystemtechnik-Materialien beschrieben, welche direkt die Kennzahlen der daraus aufgebauten Mikrowandler bestimmen.

2. Betrachtung der Systemenene
Zunächst werden Kriterien für die Stabilität geregelter Systeme dargestellt und eine allgemeine Methode zum Reglerentwurf für solche Systeme erläutert. Dabei werden verschiedene Arten von Reglern für Systeme vorgestellt. Des Weiteren wird die Software MATLAB als numerisches Werkzeug aufgezeigt, mit dem die im Vorfeld diskutierten Methoden am Rechner umgesetzt werden können. In einer solchen Softwareumgebung können Systeme modelliert und simuliert werden, um die Systemeigenschaften im Voraus zu analysieren.

3. Entwurf und Verfeinerung von Mixed-Domain Systemen
Dargestellt wird zunächst die Schaltungssimulation, die sich mit den elektrischen Repräsentationen einer Schaltung befasst. Ausgehend von den Kirchhoffschen Gleichungen und der Bauelementegleichungen werden die unterschiedlichen Arten und Möglichkeiten der Schaltungsanalyse gezeigt. Dazu zählen Gleichstrom- bzw. DC-Analyse, modifizierte Knotenspannungsanalyse, Wechselstrom- bzw. AC-Analyse und dynamische Simulation bzw. Transienten-Analyse. Weitere Themen sind die Linearisierung von Bauelementekennlinien und der prinzipielle Ablauf einer Analog-Simulation in einem Simulator. Es folgt eine Einführung in die Methodik und den Nutzen der Verhaltensbeschreibung analoger Schaltungen und Systeme durch analoge Hardwarebeschreibungssprachen.
Den Abschluss dieses Teils bildet die Diskussion von Ausleseschaltungen für Sensoren.

4. Kurze Einführung in die Möglichkeiten der Finite-Elemente-Methode (FEM) als numerisches Simulationswerkzeug für die Mikrosystemtechnik.


Beispiele praktischer Anwendungen der in diesem Modul vermittelten Lehrinhalt:

  • Technologische Basis zum Entwurf von Mikrosystemen
  • Grundelemente zur Konzeption und Konstruktion neuer Mikrosysteme
  • Analyse von Mikrosystemen zur Abschätzung ihrer Leistungskenndaten
  • Methoden zur Ermittlung elektrischer, thermischer und mechanischer Materialgrößen
  • Konzeption und Dimensionierung von thermischen und mechanischen Mikrosensoren auf der Basis von CMOS-Technologie.
  • Implementierung von Teststrukturen und -prozeduren für die Qualitätskontrolle von elektrischen, thermischen und mechanischen Eigenschaften dünner
  • Schichten für die Mikrosensorik.
  • Tempomat für Automobile
  • Autopilot für Flugzeuge
  • Teleskop Nachführung
  • Servocontroller in Roboterarmen
  • Raketenantriebslage Controller
  • Temperaturregelungssysteme für Öfen oder Kühlräume
  • CD oder DVD-Geschwindigkeitsregelung
  • Möglichkeiten der Analyse von Systemeigenschaften wie z.B. der Stabilität und Anwendung entsprechender Kriterien (z.B. für geregelte Systeme)
  • Eigenschaften und Anwendung verschiedener Regelungskonzepte
  • Anwendung numerischer Werkzeuge (z.B. Matlab) zur Systemanalyse

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