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Donnerstag, 14. Dezember 2017

Mems

Mechanik und Mikroelektronik im System

Von Werner Schulz | 18. Oktober 2013 | Ausgabe 42

Kombinierte mikroelektronische- und mikromechanische Systeme, kurz Mems genannt, sind mittlerweile allgegenwärtig. Sie sorgen z. B. im Handy dafür, dass eine Drehung des Gerätes erkannt wird oder lassen beim Sturz eines Laptops die Festplattenköpfe in Parkposition fahren. Weltmarktführer sind derzeit zwei Unternehmen aus Europa.

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Mems (micro-electronic-mechanical systems), also Sensoren und Aktuatoren für eine Vielfalt physikalischer und chemischer Mess- und Stellgrößen, sind derzeit der große Hoffnungsträger der von Stagnation geplagten weltweiten Halbleiterindustrie. Dank ihrer starken Position im Markt dieser Mems gilt das auch für die europäischen Hersteller. Von Mems erwarten sie hohe Wachstumsraten.

Im letzten Jahr, konstatiert das US-Marktforschungsunternehmen IHS, sahen die technologisch weitgehend diversifizierten und segmentierten Mems-Anbieter eine Expansion ihrer Märkte um 10 %. Und in der Vorschau bis 2018 prognostiziert IHS Jahreszuwächse von 12 % bis 13 %, auf geschätzte 22 Mrd. $. Das entspräche einer Verdoppelung des heutigen Volumens. Am schnellsten wächst, so IHS, das Segment der medizinischen Diagnostik mit 22 %, gefolgt von den nicht minder expansiven Bereichen der Industrie- und Consumer-orientierten Mems-Anwendungen mit je 12 %.

Derart dynamische, im Vergleich zur allgemeinen Halbleiterindustrie geradezu explosive Anstiege gehen meist mit signifikanten Verwerfungen und Positionskämpfen in der Rangfolge der führenden Anbieter und der nachrückenden Neuzugänge einher. Das gilt besonders für ein so forschungsintensives Technologiefeld wie die Mems.

Die Toppositionen bei den Mems teilen sich laut IHS derzeit die Europäer STMicroelectronics und Bosch mit jeweils etwa 800 Mio. $ Jahresumsatz. Allerdings hat sich nach einer Ende September vom französischen Marktforschungsunternehmen Yole Developpement veröffentlichten neuen Übersicht nun STM mit erstmals 1 Mrd. $ Gesamtumsatz bei Mems eindeutig nach vorn geschoben. STM punktet vor allem mit Sensorkomponenten für die mobile Datentechnik, wie Smartphones und Tablets. Bosch hingegen ist mit einem Marktanteil von 27 % der unangefochtene Marktführer im Mems-Segment der Automobilelektronik, das im Wesentlichen von gesetzlichen Regeln im Sinne geringerer Umweltbelastungen getrieben wird.

Leicht abgefallen hingegen ist der frühere (bis 2011) Spitzenreiter Texas Instruments mit seiner hochauflösenden Micro-Mirror-Display-Technologie und liegt nun auf Platz drei. Und die frühere Nummer zwei, Hewlett-Packard, klassischer Mems-Anbieter mit seinen Inkjet-Druckköpfen, muss sich derzeit mit dem vierten Rang begnügen.

Im Feld der Top 20 der Mems-Anbieter bewegen sich auch Infineon – vor allem mit Mems-Mikrofonen – und die Japaner Canon, Denso, Epson und Panasonic sowie die US-Chiphersteller Freescale und Analog Devices – jeder mit spezifischen Technologien und Anwendermärkten. Dazu kommt der erfolgreiche kalifornische Start-up Invensense. Dessen Durchbruch war 2009 das kombinierte Sechs-Achsen-Sensorsystem ("Combo Sensor") mit Gyroskop und Accelerometer zur Messung von Lage und Beschleunigung in Nintendos Spiele-Plattform Wii.

Zusammen genommen dominieren die oberen Zwanzig den gegenwärtigen Mems-Markt von etwas mehr als 8 Mrd. $ mit einem Anteil von 77 %. Das deutet bei stark fallenden Preisen pro Einheit auf eine massive Konsolidierung. Das zeigt sich einerseits in weiträumigen Forschungskooperationen wie dem auf zweieinhalb Jahre angelegten, mit 28 Mio. € dotierten EU-Eniac-Projekt "Lab4Mems". 21 Partner forschen hier an piezoelektrischen und magnetischen Dünnschichtmaterialien, für Mikropumpen und Energy-Harvesting. Andererseits wird auch die kostenbedingte Fertigungsauslagerung in Silicon Foundries sichtbar. So produziert STM Inkjet-Druckköpfe für HP. All das braucht eine intensive vorwettbewerbliche Vernetzung der Beteiligten.

In diese Richtung geht das vom Halbleiterverband Semi Europe initiierte, am 27. September bei STM in Mailand veranstaltete "Mems Tech Seminar". Es könnte auch hierzulande (z. B. bei Infineon oder Bosch) seine Entsprechung finden. Das Seminar zeigte klare Trends. Neben den lange etablierten Drucksensoren werden jetzt auch Feuchte- und Temperatursensoren verstärkt eingesetzt, so Yves Devigne von Yole, weil sie in Kompaktheit und Softwareunterstützung Fortschritte gemacht haben. Außerdem wurden Treiber für Tuner in LTE-Handys mit optimierter Mems-Antennenanpassung gezeigt, außerdem Mikrosensoren für Kohlenstoffmonoxid und flüchtige organische Substanzen.

Auch die menschliche Selbstvermessung und -optimierung durch Fitness und korrekte Ernährung ist ein Thema für Mems, z. B. in körpernahen Geräten, wie dem vom Start-up MC10 in Cambridge, Massachusetts, entwickelten funktionalen Pflaster mit flexibler Elektronik. "Das schafft Einsatzmöglichkeiten für Zusatzgeräte mit multiplen Sensoren, deren Daten per Bluetooth und Smartphone an die Cloud übertragen werden", sagt Ali Foughi von Invensense. "Die Applikationen reichen von der Fitness-Watch mit Aktivity-Tracker bis zu Extremsportgeräten." Erstes Beispiel: die smarte Sportkappe "Reebok Checklight" mit Warnsystem gegen mögliche Kopfverletzungen. WERNER SCHULZ

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