Miniaturisering

fra Wikipedia, den gratis encyklopædi
Spring til navigation Spring til søgning

Miniaturisering er en proces med at reducere strukturer, samtidig med at funktionen og muligvis også formen opretholdes.

beskrivelse

Inden for teknologien betyder det en konstant nedskæring af forskellige typer komponenter i tekniske enheder. Det har været et mål for mange udviklinger inden for videnskab og teknologi i omkring tre årtier . De vigtigste drivfaktorer er anmodninger om øget ydelse og hastighed samt om reduktion i masse og energiforbrug .

Inden for mikroelektronik har denne tendens ført til, at Moores lov er formuleret: i chipproduktion fordobles antallet af transistorer hvert andet år. Dette øger kompleksiteten af komponenterne og udviklingsomkostningerne på den ene side og ydelsen og urfrekvensen på den anden side. Konstant voksende knowhow er påkrævet for at undgå stigningen i interferens, for eksempel i signaloverførsler. Derfor er de tilsvarende metoder blandt de vigtigste teknologier og fremmes i mange lande gennem deres egne forskningsfokus .

Udløst af udviklingen af ​​raffinerede produktionsmetoder inden for elektroteknik , elektronik og præcisionsmekanik har miniaturisering blandt andet registreret følgende udvikling:

Succeshistorie

Inden for industri og forskning har miniaturisering muliggjort udviklingen af ​​nye teknologier i de sidste årtier. Denne udvikling er især mærkbar inden for elektronik . Både passive elektroniske komponenter som modstande og kondensatorer og aktive komponenter som transistorer og dioder er blevet miniaturiseret mere og mere tidligere. Miniaturiseringen af integrerede kredsløb har en særlig stærk indflydelse på elektronikudviklingen . Ved at reducere størrelsen af ​​de enkelte transistorer i sådanne kredsløb er det muligt at rumme mere funktionalitet på det samme chipområde, hvilket fører til en højere pakningstæthed og også til lavere omkostninger. Desuden opnås kortere koblingstider for transistorer på grund af de mindre strukturer. Dette fører f.eks. Til en mærkbar forøgelse af mikroprocessors computerkraft eller en forøgelse af lagerkapacitet. Sidstnævnte udviklede sig i computere fra et par titusinder af bytes i de stationære computere i 1970'erne, gennem de 16 til 64 kilobytes på den første IBM -pc, til mange gigabyte hukommelse i nutidens computere. Miniaturiseringen af ​​integrerede kredsløb gjorde også nye applikationer og masseprodukter mulige, såsom pc'er , multifunktionelle mobiltelefoner (mobiltelefoner) og andre højfrekvente teknologiapplikationer .

Progressiv miniaturisering finder ikke kun sted inden for elektronik. I præcisionsbearbejdningsteknologi er nøjagtigheden øget fra få mikrometer (1 µm = 0,001 mm) til mindre end 0,1 µm, samtidig med at mange arbejdsprocesser accelereres af robotik . Men allerede i 1930'erne var der succesrige skridt i denne retning, hvoraf den meget kompakte, innovative rejse- theodolit DKM1 fra Kern-Aarau er et af mange eksempler.

Inden for optik kunne laserne derimod laves meget mindre og linser eller spejle fremstilles med større præcision, hvilket har ført til udviklingen af ​​f.eks. CD -teknologi. Den meget øgede ydeevne for nutidens store astronomiske teleskoper skyldes også meget raffinerede behandlingsmetoder og pixelreduktion af CCD -sensorerne .

Konstruktionen af endoskoper og minimalt invasiv ( laser ) kirurgi muliggjorde såkaldt mikrokirurgi i medicin .

Etablering af nye ekspertiseområder

Grundlaget for mange af de nævnte udviklinger var og er fremstilling af små kredsløb og printkort (i dag f.eks. Wafer-teknologi , to in-line pakker ) og tilslutning af mange komponenter og funktioner til standardiserede chips .

mikroelektronik

Denne nye gren af ​​elektronik kombinerer primært miniaturisering med funktionel integration i kredsløb.

Integrerede kredsløb (engl. Integrated circuit, IC) kombinerer mange transistorer, kondensatorer, spoler og modstande på en enkelt lille wafer af lagdelt halvleder (normalt silicium og dopant ). Konduktorsporene fremstilles fotolitografisk . Miniaturiseringen af ​​de enkelte komponenter gør det muligt for komponenterne i kredsløbet - og dermed IC'erne - at blive stadig mindre. Mens en computer plejede at fylde flere rum, er der i dag IC'er på et par mm² i størrelse med flere millioner transistorer.

Mikroelektronik er baseret på særlige fremstillingsmetoder, herunder halvlederteknologi og fotolitografi . Den konstante nedskæringer af komponenterne kræver det, at kontrol af kvalitet og fremstiller tolerancer . I øjeblikket z. B. dem af miniature modstande (20 Ω til et par kohm) ved 10-20%. I fremtiden skal den presses til 5% for 10 Ω til 100 kΩ.

Mikrosystemteknologi

Microsystems teknologi kombinerer mikroelektronik , mikromekanik og mikrooptik for at behandle strukturer i mikrometerområdet. Dette skal skelnes fra nanoteknologi , da det indebærer et paradigmeskift og ikke bare betyder at skalere ned til nanometerskalaen. En konkret funktion opnås kun her gennem skalering. Et af deres typiske produkter er skrivehovederne til moderne bubble jet -printere . Deres mikrometer- fine blækdyser opvarmes og i nogle tilfælde kombineres med miniaturecomputere. Andre almindelige produkter er z. B. de integrerede accelerationssensorer i airbags . Fremstilling af mikrokirurgiske instrumenter, de fineste sensorer eller CCD -chips er også en del af dagens standard.

Design og fremstilling af mikroelektroniske kredsløb omfatter også behandling af krystallinsk silicium eller andre halvledere, samt speciel plast som f.eks. B. LIGA (fremstillingsproces) .

Mange lande fremmer mikrosystemteknologi gennem deres egne prioriterede programmer til forskningsprojekter . Den fra det tyske forbundsministerium for uddannelse og forskning har eksisteret siden 1990; I mellemtiden er der også fokus på såkaldt nanoteknologi i flere EU- lande.

Mekatronik

Det er ikke direkte relateret til miniaturisering, men til den tætte forbindelse mellem mekanik, elektronik og datalogi. Det tilbydes som en grad på flere tekniske universiteter og universiteter for anvendt videnskab .

Udviklingen og fremstillingen af ​​moderne produkter kræver, at ingeniører tænker tværfagligt - ud over grænserne for traditionelle ingeniørfelter. Typiske arbejdsområder omfatter kommunikation elektronik (mobiltelefoner, satellitter), køretøj kontrol teknologi med ABS og elektroniske diagnostik , miljø- og medicinsk teknologi . I 1995 oprettede University of Applied Sciences Esslingen Mechatronics -afdelingen på Göppingen -stedet.

Grænser

Naturlige grænser for den konstante nedskæring er givet af de størrelser, der har at gøre med funktionen af ​​enheder, elektronik og kommunikation mellem mennesker og maskiner .

For eksempel skal individuelle taster på et tastatur have en vis minimumsstørrelse for at sikre en behagelig betjening. I mange tilfælde, f.eks. Mobiltelefoner , er denne grænse næsten blevet overskredet. Mulige løsninger er et sammenklappeligt eller udfoldeligt tastatur (på nogle notebooks , digitale kameraer osv.), Betjening af miniaturiserede taster med en pen og flere tildelinger af taster. Et andet eksempel på grænserne for miniaturisering er skærme eller displays : en skærmdiagonal på mindst 10-12 tommer er påkrævet for længere arbejde. Dette fører til ekstrem belastning af øjne eller nakkemuskler . I mellemtiden er tendensen delvist vendt for eksempelvis notebooks - større (men fladere) formater kommer tilbage på markedet. Til visning af digitale kameraer skal cirka 5 cm være minimum. Nogle producenter har taget miniaturisering så langt, at kameraets bagside stort set optages af displayet, eller det skal foldes ud.

En anden grænse kan opstå på grund af størrelsesrelaterede egenskaber for nogle komponenter: linser med for lille diameter resulterer i en for lav opløsning af det optiske system på grund af lysets diffraktion på fæstet. Overførselsantenner kan ikke bygges vilkårligt små til en given frekvens, hvilket især gælder for retningsantenner. En naturlig grænse er tilgangen til dimensionen af atomare eller molekylære processer. For eksempel kan transistorer ikke laves, der har mindre end et atom.

Weblinks

Wiktionary: Miniaturisering - forklaringer på betydninger, ordoprindelse, synonymer, oversættelser