Miniatürizálás

A miniatürizálás a struktúrák redukciójának folyamata, a funkció és esetleg a forma fenntartása mellett.

leírás

A technológiában ez a műszaki eszközök különböző típusú alkatrészeinek állandó leépítését jelenti . Körülbelül három évtizede számos tudományos és technológiai fejlődés célpontja volt . A legfontosabb hajtó tényezők a teljesítmény és a sebesség növelésére , valamint a tömeg- és energiafogyasztás csökkentésére irányuló kérelmek .

A mikroelektronikában ez a tendencia vezetett Moore törvényének megfogalmazásához : a chipgyártásban a tranzisztorok száma kétévente megduplázódik. Ez egyrészt növeli az összetevők összetettségét és a fejlesztési költségeket, másrészt a teljesítményt és az órajel frekvenciáját . Folyamatosan növekvő know-how-ra van szükség az interferencia növekedésének elkerülése érdekében , például a jelátvitelnél . Ezért a megfelelő módszerek a kulcstechnológiák közé tartoznak, és sok országban saját kutatási prioritásaik révén népszerűsítik őket .

Fejlődése indította el a finomított gyártási módszerek az elektrotechnika , az elektronika és a finommechanika , a miniatürizálás már, többek között rögzítette az alábbi fejlesztés:

Sikertörténet

Az iparban és a kutatásban a miniatürizálás lehetővé tette az új technológiák kifejlesztését az elmúlt évtizedekben. Ez a fejlemény különösen észrevehető az elektronikában . Mind a passzív elektronikai alkatrészeket, például az ellenállásokat és a kondenzátorokat, mind az aktív alkatrészeket, például a tranzisztorokat és a diódákat miniatürizálták a múltban. Az integrált áramkörök miniatürizálása különösen erősen befolyásolja az elektronika fejlődését . Az ilyen áramkörökben az egyes tranzisztorok méretének csökkentésével lehetőség nyílik több funkcionalitás elhelyezésére ugyanazon chipterületen, ami nagyobb csomagolási sűrűséghez és alacsonyabb költségekhez vezet. Ezenkívül a tranzisztorok rövidebb kapcsolási idejét a kisebb szerkezetek miatt érik el. Ez például a mikroprocesszorok számítási teljesítményének észrevehető növekedéséhez vagy a tárolókapacitás növekedéséhez vezet. Az utóbbi kifejlesztett számítógépek néhány tízezer bájt az asztali számítógépek az 1970-es, a 16-64 kilobájt az első IBM PC, sok gigabájtnyi memória a mai számítógépek. Az integrált áramkörök miniatürizálása új alkalmazásokat és tömegtermékeket is lehetővé tett, például PC-ket , multifunkcionális mobiltelefonokat (mobiltelefonokat) és más nagyfrekvenciás technológiai alkalmazásokat .

A progresszív miniatürizálás nemcsak az elektronikában zajlik. A finom mechanikai feldolgozási technológiában a pontosság néhány mikrométerről (1 µm = 0,001 mm) 0,1 µm alá csökkent, miközben a robotika sok munkafolyamatot felgyorsított . De már az 1930-as években sikeres lépések történtek ebbe az irányba, amelyek közül a nagyon kompakt, innovatív, a Kern-Aarau- ból érkező DKM1 utazási teodolit a sok példa közül.

Az optikában viszont sokkal kisebbeket lehetne készíteni a lézerekről, és nagyobb pontossággal lehetne gyártani a lencséket vagy tükröket, ami például a CD- technológia fejlődéséhez vezetett . A mai nagy csillagászati teleszkópok sokszorosára megnövelt teljesítménye szintén a legfinomabb feldolgozási módszerekre és a CCD-érzékelők pixelcsökkentésére vezethető vissza .

Az endoszkópok felépítése és a minimálisan invazív ( lézeres ) műtét lehetővé tette az úgynevezett mikrosebészeti beavatkozást az orvostudományban .

Új tárgykörök kialakítása

Sok említett fejlesztés alapja a kis áramkörök és nyomtatott áramköri kártyák gyártása volt (ma pl. Ostyatechnika , kettős soros csomagok ), valamint számos alkatrész és funkció összekapcsolása szabványosított chipekkel .

mikroelektronika

Az elektronika ezen új ága elsősorban a miniatürizálást és az áramkörök funkcionális integrációját ötvözi .

Integrált áramkörök (Engl. Integrált áramkör , IC) kombinálni sok tranzisztort, kondenzátorok, tekercsek, és ellenállások egyetlen kis ostya réteges félvezető (általában szilícium és dópoló ). A vezetősávokat fotolitográfiásan állítják elő. Az egyes alkatrészek miniatürizálása lehetővé teszi, hogy az áramkör összetevői - és így az IC-k - egyre kisebbek legyenek. Míg egy számítógép több helyiséget töltött meg, ma néhány mm² méretű IC-k vannak, több millió tranzisztorral.

A mikroelektronika speciális gyártási módszereken alapul, beleértve a félvezető technológiát és a fotolitográfiát . Az alkatrészek folyamatos leépítése megköveteli a minőség és a gyártási tűrések fokozott ellenőrzését . Jelenleg z. B. a miniatűr ellenállásoké (20 Ω-tól néhány kΩ-ig) 10–20% -on. A jövőben 5% -ra kell nyomni 10 Ω és 100 kΩ között.

Microsystem technológia

A mikrorendszer-technológia ötvözi a mikroelektronikát , a mikromechanikát és a mikrooptikát a mikrométeres tartományban lévő szerkezetek szerkesztésére. Ezt meg kell különböztetni a nanotechnológiától , mivel paradigmaváltással jár és nem csak a nanométeres skálára való kicsinyítést jelenti. Konkrét funkció csak itt érhető el a méretezéssel. Az egyik tipikus termékük a modern buborékos nyomtatók nyomtatófejei . Mikrométeres finom tintafúvókáikat felmelegítik és egyes esetekben miniatűr számítógépekkel kombinálják. Egyéb elterjedt termékek a z. B. az integrált gyorsulásérzékelők a légzsákokban . A mikrosebészeti műszerek, a legfinomabb érzékelők vagy CCD chipek gyártása szintén a mai szabvány része.

A mikroelektronikus áramkörök tervezése és gyártása magában foglalja a kristályos szilícium vagy más félvezetők, valamint speciális műanyagok, például pl. B. a LIGA (gyártási folyamat) .

Sok ország a kutatási projektek számára kiemelt programjain keresztül népszerűsíti a mikrorendszer technológiáját . A német szövetségi oktatási és kutatási minisztérium 1990 óta létezik; Eközben az EU több országában az úgynevezett nanotechnológiára is koncentrálnak.

Mechatronika

Ez nem közvetlenül kapcsolódik a miniatürizáláshoz, hanem a mechanika, az elektronika és az informatika szoros kapcsolatához . Fokozatként több műszaki egyetemen és alkalmazott tudományi egyetemen kínálják.

A modern termékek fejlesztése és gyártása megköveteli , hogy a mérnökök interdiszciplináris módon gondolkodjanak - a hagyományos mérnöki területek határain túl. A munka tipikus területei közé tartozik a kommunikációs elektronika (mobiltelefonok, műholdak), a járművezérlés technológiája ABS- sel és az elektronikus diagnosztika , a környezeti és orvosi technológia . 1995-ben az Esslingeni Alkalmazott Tudományok Egyeteme felállította a mechatronikai tanszéket Göppingenben.

Határértékek

Az állandó leépítés természetes határait azok a méretek adják, amelyek az eszközök, az elektronika és az ember-gép kommunikáció funkcióihoz kapcsolódnak .

Például a billentyűzet egyes gombjainak bizonyos minimális méretűnek kell lenniük a kényelmes működés érdekében. Sok esetben, például a mobiltelefonoknál , ezt a határt szinte túllépték. A lehetséges megoldások az összecsukható vagy összecsukható billentyűzet (egyes noteszgépeken , digitális fényképezőgépeken stb.), A miniatürizált billentyűk működtetése tollal és a kulcsok többszörös hozzárendelése . A miniatürizálás határainak másik példája a képernyők vagy a kijelzők : a hosszabb munkához legalább 10-12 hüvelykes képátlóra van szükség. Ez rendkívül megterheli a szemet vagy a nyaki izmokat . Időközben a trend részben megfordult például a notebookok esetében - nagyobb (de laposabb) formátumok térnek vissza a piacra. A digitális fényképezőgépek megjelenítéséhez körülbelül 5 cm legyen a minimum. Egyes gyártók miniatürizálást végeztek olyannyira, hogy a kamera hátulját nagyrészt a kijelző veszi fel, vagy ki kell hajtani.

További korlátot okozhat egyes alkatrészek mérethez kapcsolódó tulajdonságai: a túl kicsi átmérőjű lencsék az optikai rendszer túl alacsony felbontását eredményezik a fény diffrakciója miatt a tartónál. Az átviteli antennák nem építhetők ki olyan kicsi, mint amennyire egy adott frekvenciára szükség van, ami különösen igaz az irányított antennákra. Természetes határ az atomi vagy molekuláris folyamatok dimenziójának megközelítése . Például nem lehet olyan tranzisztort készíteni, amelynek egynél kevesebb atomja van.

internetes linkek

Wikiszótár: Miniatürizálás  - jelentésmagyarázatok, szóeredet, szinonimák, fordítások