Abacus - Heft 9 - Artikel

 

Die Mikrosystemtechnik

oder die (fast) 100%ige Arbeitsplatzgarantie

Ein ausgewählter Artikel aus Heft 9

Am 15. Oktober 1998 trafen sich drei Abacus-Redakteure nebst Chefredakteur mit Prof. Dr. Hummel an der Fachhochschule Regensburg, um sich über den relativ neuen Studiengang der Mikrosystemtechnik zu informieren

Abacus:
Bevor wir zu den fachbezogenen Fragen kommen, würden wir Sie bitten sich unseren Lesern kurz vorzustellen.
Prof. Hummel:
Ich war auf einem humanistischen Gymnasium, musste dieses aber auf Grund meiner schlechten Leistungen in Latein und Griechisch verlassen. Nach einer Lehre als Fernsehtechniker habe ich das Abitur nachgeholt und Physik studiert. Meinen Abschluss als Diplomphysiker habe ich an der Universität Regensburg gemacht. Anschließend promovierte ich dort auf dem Gebiet der Polymerphysik. Ich habe mich also mit den physikalischen Eigenschaften von Kunststoffen beschäftigt.
Danach wechselte ich in die Industrie, genauer zu SIEMENS. Ich wollte mich mit neuen Themen befassen und ging nach Perlach. Hier arbeitete ich zum ersten Mal im Bereich der Mikroelektronik. Ich konnte mich zwischen Hard- und Softwareentwicklung entscheiden und wählte den Hardwarebereich.
Damals war das sog. "MEGA-Projekt" aktuell. Am Markt war gerade der 256 Kbit-Chip. Heute entlockt uns ein Chip mit dieser Speicherkapazität natürlich nur noch ein müdes Lächeln. Das MEGA-Projekt befasste sich mit der Entwicklung des 1 Mbit-Chips und Siemens investierte sehr viel Geld und Zeit in dieses Unterfangen. Ich war an vorderster Front an der Entwicklung beteiligt. Unsere Arbeitszeiten als Entwickler kann man nicht genau definieren. Mit anderen Worten: Besprechungen um 1 Uhr nachts waren nichts Ungewöhnliches. Als alles glatt zu laufen schien und ich mir sogar einen Kurzurlaub leisten konnte, kam das böse Erwachen. Kaum war ich zurückgekehrt, musste ich in der Zeitung lesen, dass Siemens nicht auf die Entwicklung des firmeneigenen Chips wartete, sondern vom japanischen Konkurrenten Toshiba den 1 Mbit-Chip gekauft hatte. Das war natürlich ein Schlag ins Gesicht der Entwickler.
Ich erhielt eine neue Aufgabe: Ich sollte den Entwicklungsprozess der Japaner nach Deutschland transformieren und in Regensburg das MEGA-Werk aufbauen. Mein primärer Aufenthaltsort war somit prädestiniert: Japan. Bei diesem Prozess-Transfer gab es allerdings seltsame Probleme. Bestimmte Vorgänge wollten bei uns einfach nicht klappen, obwohl wir uns genau an die Anleitung der Japaner hielten. Schließlich fanden wir den Grund: Es lag am Wasserstoffperoxid, das Toshiba bei dem Herstellungsprozess verwendete. Diese Chemikalie war bei uns um einiges reiner als in Japan und mit dieser reinen Chemikalie war es anfangs nicht möglich, den japanischen Herstellungsprozess erfolgreich in Deutschland durchzuführen. Man könnte auch sagen, dass der japanische Erfolg letzten Endes eine Folge der schlampigen Wasserstoffperoxidherstellung war. Die niedrige Ausschussquote von Toshiba lag gerade an diesem unreinen Wasserstoffperoxid. Hätten die Japaner irgendwann einmal Wasserstoffperoxid größerer Reinheit verwendet, wäre ihre Chipproduktion von einem Tag auf den anderen zusammengebrochen. Sie wussten ja nicht, dass es gerade auf bestimmte Verunreinigungen ankam.
Nach dieser Tätigkeit erhielt ich einen Ruf an die Fachhochschule Regensburg, dem ich gerne Folge leistete. Dort baute ich in relativer kurzer Zeit einen neuen Studiengang auf: die Mikrosystemtechnik. Die ersten Vorlesungen gab es im Wintersemester 1990/91. Damals waren wir bundesweit die erste Hochschule, mittlerweile gibt es aber weitere Hochschulen mit diesem Studienangebot, z. B. seit 1996/97 die Universität Freiburg. In Bayern sind wir aber immer noch die einzige Hochschule, die das Studium der Mikrosystemtechnik anbietet.
Abacus:
War es leicht, diesen neuen Studiengang aus dem Boden zu stampfen?
Prof. Hummel:
Es ist eigentlich ein Wunder, dass es diesen Studiengang heute überhaupt gibt. Mein Vorschlag musste natürlich verschiedene Ministerien durchlaufen und dort genehmigt werden. Das nahm Zeit in Anspruch. Von der Konzeptionsphase bis zur ersten Vorlesung vergingen gut 3 Jahre. Ich war aber trotzdem positiv überrascht, dass es nur 3 Jahre waren, denn die Mikrosystemtechnik ist ein vollkommen neues Studium, nicht etwa eine Schwerpunktsauslagerung aus einem anderen Fachbereich.
Abacus:
Warum haben Sie ein eigenes Studium für die Mikrosystemtechnik geschaffen und sie nicht als Anhängsel z. B. beim Maschinenbau untergebracht?
Prof. Hummel:
Für die Mikrosystemtechnik ist sehr viel naturwissenschaftliches Verständnis erforderlich. Deshalb hat es keinen Sinn, die Mikrosystemtechnik einfach z. B. an das Studium des Maschinenbaus anzugliedern. Wenn Sie Maschinenbau studieren, betreiben sie anfangs nur eine Art "Mini-Physik" und keine Chemie mehr. Das ist keine Basis für die Mikrosystemtechnik. Auch eine Angliederung an die Physik macht keinen Sinn. Die Physiker versuchen, die Natur zu erklären. Die Mikrosystemtechnik versucht dagegen, neue Dinge zu schaffen.
Abacus:
Wie sind Sie auf die Mikrosystemtechnik gekommen?
Prof. Hummel:
Den ersten Kontakt mit diesem Bereich hatte ich wie gesagt bei SIEMENS in der Chipherstellung. Dabei fiel mir auf, dass es auf diesem Gebiet eigentlich keine geschulten Fachkräfte gab, obwohl sie so dringend gesucht wurden. Unser Team bestand zu 90% aus Physikern und zu 10 % aus Chemikern. Als Physiker hat man zwar eine gute Grundlage, braucht aber trotzdem zwei Jahre, bis man sich in das Thema eingearbeitet hat. Die Industrie hat förmlich nach einem neuen Typ von Ingenieur geschrien. So kam ich auf die Idee einen neuen Ingenieurtyp zu schaffen. Er sollte auf Grund seiner Fähigkeiten in dieser Schlüsseltechnologie praktisch überall einsetzbar sein.
Der entscheidende Anstoß für die Mikrosystemtechnik war die exponentiell wachsende Integrationsdichte bei Chips und Speichermodulen. In drei Jahren wächst die Integrationsdichte bei Chips auf das Vierfache an. Damit sinkt der Preis pro Bit ins Bodenlose. Hätte die Automobilbranche eine ähnliche Entwicklung durchgemacht, würde ein Auto nur noch 50 Pfennige kosten.
Wir sahen also, welche Zukunft in der Chipherstellung liegt. Wir sahen aber auch die damaligen Peripheriegeräte, etwa die Nadeldrucker. Während man bei den Speicherbausteinen schon einen gewaltigen Fortschritt gemacht hatte, herrschte bei den Peripheriegeräten noch Dampfmaschinenzeitalter.
So kam die Frage auf, ob die Entwicklung in der Elektronik auf die Mechanik und die Optik übertragen werden könnte. Mikrooptik und Mikromechanik waren Ende der 70er Jahre zu Schlagwörtern geworden. In der Mikrooptik fing man an, winzig kleine Dioden und Linsen zu produzieren. Dann baute man unglaublich kleine mechanische Elemente. Das war die Grundlage für die Mikrosystemtechnik. Das Ziel der Mikrosystemtechnik ist die Herstellung monolithischer Chips. Man möchte eine Art Universalchip schaffen, der sowohl optische als auch elektrische und mechanische Funktionen besitzt. Wir stehen erst am Anfang dieser Chip-Evolution. Vor fünf Jahren wurden erste Prognosen über den Verlauf der Mikrosystemtechnik angestellt. Diese waren sehr positiv, wurden von der Realität aber noch übertroffen.
Abacus:
Können Sie Beispiele nennen, wo Produkte der Mikrosystemtechnik heute bereits eingesetzt werden?
Prof. Hummel:
Schauen Sie sich einen Mikroprozessor an. Der Prozessor ist im Vergleich zum Chip riesengroß, da er eine Unmenge von In- und Outputs für den Chip ermöglichen muss. Unser Ziel ist es diese Input/Output-Schaltungen zu minimieren.
Ein anderes Beispiel sind Drucksensoren. Da verwenden wir die Silicium-Technologie. Wir ätzen hier unglaublich dünne Flächen heraus und schaffen dadurch feine, druckempfindliche Membranen. Diese Sensoren arbeiten absolut präzise. Da sie heute in Massenproduktion hergestellt werden, kosten sie nur noch Pfennigbeträge. Vor fünf Jahren war das noch ein Exotikum, heute lockt man damit niemanden mehr hinter dem Ofen vor.
Zur Demonstration der Leistungsfähigkeit der Mikromechanik haben wir einen Motor nachgebaut - maßstabsgerecht und funktionsfähig, aber nur noch ein paar Millimeter groß. Die Übertragung derselben Prinzipien auf Miniaturformat ist aber eigentlich der falsche Weg. Man muss umdenken. Ein hervorragendes Beispiel ist eine Pumpe, die am IFT München hergestellt wurde. Die Pumpe ist 3 mm hoch, 3 mm breit und einen halben Millimeter tief. Sie pumpt innerhalb einer Minute ein Schnapsglas leer. Das ist bei ihrer geringen Größe eine unglaubliche Leistung. Das Genialste an dieser Pumpe ist aber, dass sie kein bewegliches Teil hat und damit keinen Verschleiß aufweist. Sie hat weder einen Kolben noch sonst etwas Vergleichbares. Sie arbeitet nach einem ganz anderen Prinzip: In der Pumpe befinden sich zwei Gitter, die in Siliciumtechnologie erzeugt wurden. Der Abstand zwischen diesen beiden Gittern beträgt ca. einen halben Millimeter. An diese Gitter wird eine Spannung von 100 V gelegt. Es lösen sich Elektronen aus dem Gittermaterial, die durch die Spannung beschleunigt werden und auf ihrem Weg Flüssigkeitsmoleküle ionisieren. Die ionisierten Flüssigkeitsmoleküle werden nun ebenfalls im elektrischen Feld beschleunigt und so in eine Richtung bewegt, die Flüssigkeit wird gepumpt. Die Pumpe hat nur einen Nachteil: Sie pumpt kein Wasser, da Wasser dissoziiert.
Im medizinischen Bereich erhoffen wir uns für die Zukunft zum Beispiel, mit Nervenprothetik Querschnittsgelähmten das Gehen zu ermöglichen. Aber auch heute schon gibt es in der Medizin eine große Nachfrage nach unseren Produkten. Es ist für uns z. B. kein Problem Filter zu bauen, deren Durchlässe auf ganz bestimmte Bakterien abgestimmt sind. Herkömmliche Filter arbeiten mit Geweben, deren Porengröße statistisch um einen Mittelwert schwankt. Die Mikrosystemtechnik ermöglicht die Herstellung von Filtern, bei denen die Poren alle genau denselben definierten Durchmesser haben.
Wir entwickeln auch chemische Sensoren. Mit mehreren solcher "chemischer Nasen" kann man Gasgemische analysieren. Das Schwierige dabei ist, dass die einzelnen Sensoren nicht nur auf "ihr" Gas ansprechen, sondern in geringem Maße auch auf andere Gase. Mit mathematischen Methoden ist aber eine eindeutige Auswertung möglich.
Abacus:
Welche Voraussetzungen sollte man für das Studium der Mikrosystemtechnik mitbringen?
Prof. Hummel:
Die wichtigste Voraussetzung für das Studium ist die Fähigkeit naturwissenschaftlich zu denken und die Bereitschaft sein ganzes Herzblut in die Sache zu stecken. Während des Studiums müssen Sie sich viel mit Chemie und Physik auseinandersetzen. Wenn jemand also kein Interesse an diesen Fächern besitzt, kann man ihm vom Studium der Mikrosystemtechnik nur abraten. Das Gleiche gilt für Leute, die nur am Programmieren interessiert sind. Die sollten besser Informatik studieren. Es ist natürlich vorteilhaft eine Programmiersprache, möglichst C oder eine andere hardwarenahe Sprache, zu beherrschen. Programmieren ist aber nicht der eigentliche Sinn und Zweck dieses Studiums.
Ein Ingenieur der Mikrosystemtechnik muss Naturwissenschaft und Ingenieurtechnik verbinden. Er muss sich immer die Frage stellen, wie man eine Idee in die Realität umsetzen kann, sodass eine rentable Produktion möglich wird. Es genügt nicht Einzelaspekte zu optimieren, das System muss optimiert werden.
Abacus:
Welche Fächer belegt man im Studium?
Prof. Hummel:
Wie zu erwarten, zieht sich die Physik durch das ganze Studium und auch die Chemie wird außergewöhnlich stark benötigt.
Wie bei jedem anderen naturwissenschaftlichen Studium spielt die Mathematik eine sehr große Rolle. Ein Unternehmen muss wissen, wie lange ein System laufen kann und wann es erneuert werden muss. Hier helfen keine groben Schätzungen, vielmehr sind genaue Statistiken erforderlich. Ansonsten wäre die Herstellung qualitativ hochwertiger Chips ein Lotteriespiel. Heute ist man glücklich, wenn 80 % der produzierten integrierten Schaltungen in Ordnung sind. Ein Mikrosystemtechniker muss in der Lage sein z. B. Hochrechnungen über die Lebensdauer von Speichermodulen durchzuführen.
Die Informatik spielt natürlich auch eine Rolle, aber für welches naturwissenschaftliche Studium trifft das nicht zu? Früher haben wir mit Pascal programmiert, sind dann aber auf C umgestiegen, da man mit C hardwarenäher programmieren kann.
Nicht zu vergessen ist auch die Betriebswirtschaftslehre. Sie müssen in der Lage sein, wie ein Unternehmer zu denken und zu handeln. Was hilft Ihnen der beste Chip, wenn er auf Grund seiner Herstellungskosten nicht zu verkaufen ist? Wirtschaftliches Denken und Kenntnisse im Patentrecht sind wichtig.
Daneben gibt es bei uns Nebenpflichtfächer von Arbeitsrecht bis Chinesisch, die nicht am Hauptfach orientiert sind und den Studenten Allgemeinwissen näher bringen sollen.
Abacus:
Welchen Schulabschluss benötigt man für das Studium der Mikrosystemtechnik?
Prof. Hummel:
Sie benötigen entweder das an einem Gymnasium erworbene Abitur oder das Fachabitur einer Fachoberschule oder Berufsoberschule. Leute, die vom Gymnasium kommen, müssen ein sechswöchiges Praktikum ableisten, da sie noch nie in Kontakt mit dem "echten Berufsleben" gekommen sind.
Abacus:
Gibt es in Mikrosystemtechnik einen Numerus Clausus?
Prof. Hummel:
Heute nicht mehr, da die Bewerberzahlen gesunken sind.
Abacus:
Kann man durch eine naturwissenschaftlich orientierte Leistungskurswahl bereits die Weichen für einen positiven Abschluss der Mikrosystemtechnik stellen?
Prof. Hummel:
Es ist im Prinzip egal, welche Leistungskurse Sie besucht haben. Auch Leute mit Leistungskurs Latein oder Griechisch können das Studium der Mikrosystemtechnik beginnen. Ob Sie es beenden, ist eine andere Frage. Wir fangen in Chemie und Physik ganz am Anfang an. Das Tempo ist aber sehr hoch. Jemand, der in der Schule die Naturwissenschaften vernachlässigt hat, wird sich schwer tun.
Abacus:
Wie lange dauert das Studium?
Prof. Hummel:
Das Studium dauert acht Semester: zwei Semester Grundstudium, ein Praxissemester, dann wieder zwei Semester an der Fachhochschule, dann das zweite Praxissemester und schließlich die zwei Abschlusssemester an der Fachhochschule.
Abacus:
Ist das Studium schwierig?
Prof. Hummel:
Wird ein Fach z. B. nur ein Semester belegt, so wird am Ende dieses Semesters eine Prüfung geschrieben und das Fach damit abgeschlossen. Das ist natürlich einfacher, als wenn man am Schluss über alles geprüft wird. Wenn man eine solche Prüfung nicht besteht, hat man die Möglichkeit zur Wiederholung. Trotzdem scheiden 40% der Studenten nach dem zweiten Semester aus. Wir wollen nämlich gleich am Anfang feststellen, ob jemand für dieses Studium geeignet ist. Wer nach dem zweiten Semester noch da ist, erhält mit größter Wahrscheinlichkeit auch sein Diplom.
Abacus:
Wie würden Sie den Schwierigkeitsgrad Ihres Studienganges im Vergleich zum Physikstudium an einer Universität einordnen?
Prof. Hummel:
Vom Niveau her ist es etwas unter dem Universitätsstudium, vor allem ist es aber viel praxisorientierter. Es kann also Leute geben, die rein auf Theorie fixiert sind und daher ein Studium an der Universität leichter bewältigen als den FH Studiengang.
Abacus:
Mit welchem Titel schließt man das Studium der Mikrosystemtechnik ab?
Prof. Hummel:
Sie schließen das Studium der Mikrosystemtechnik mit dem Titel Dipl. Ing. (FH) ab. Wir ringen gerade noch mit dem Ministerium, aber es wird nicht mehr lange dauern, bis wir anglikanische Abschlüsse wie den Master anbieten können. Den Doktortitel können wir aber auf absehbare Zeit nicht vergeben.
Abacus:
Handelt es sich beim Studium der Mikrosystemtechnik um ein reines "Männerstudium"?
Prof. Hummel:
Mikrosystemtechnik wird auch von Frauen studiert, doch sind sie - wie in fast allen naturwissenschaftlichen Studiengängen - stark unterrepräsentiert. Woher das kommt, weiß ich nicht, aber für die Physik ist ein Frauenteil von nur 10 % fast typisch. An uns liegt das nicht, vielleicht ist einfach das Interesse nicht da.
Abacus:
Woran liegt es, dass der Studiengang der Mikrosystemtechnik so unbekannt ist?
Prof. Hummel:
Vor allem daran, dass der Studiengang noch so neu ist. Ich kann mich noch gut an die Anfänge erinnern, als ich durchs Land gereist bin und versucht habe den Firmenchefs diesen neuen Studiengang bekannt zu machen. Jeder Student muss nämlich zwei Praxissemester in einem Betrieb absolvieren. Die Firmenchefs waren begeistert und haben zugesagt Praktikumsplätze anzubieten. Als sich unsere Absolventen dann ein Jahr später bewarben, haben sie prompt Absagen erhalten. Das Problem war, dass ich mit den Chefs gesprochen hatte. Die Personalbüros waren nicht informiert und sie wussten auch nicht, was Mikrosystemtechnik ist. Inzwischen ist unser Studiengang aber bei den Firmen bekannt, sodass es keine Probleme mehr mit den Praktikumsplätzen gibt.
Abacus:
Welche Berufsaussichten haben Ihre Absolventen?
Prof. Hummel:
Ich kann nur eines sagen: Mittlerweile kommt die Industrie zu uns und fragt nach, wie viele Leute wir haben. Unsere Absolventen gehen am Arbeitsmarkt weg wie warme Semmeln.
Abacus:
Wie sehen Sie die zukünftige Entwicklung der Mikrosystemtechnik?
Prof. Hummel:
Wir befinden uns an einer Schwelle. Wir stehen jetzt dort, wo die Mikroelektronik vor 20 Jahren war. Der Boom steht uns also erst noch bevor. Nach menschlichem Ermessen ist einem Ingenieur der Mikrosystemtechnik auch in den nächsten Jahren ein Arbeitsplatz sicher. Ich sehe hier absolut keine Probleme, es sei denn, die ganze Weltwirtschaft bricht zusammen. Es gibt nur Anzeichen, die der Mikrosystemtechnik eine glänzende Zukunft versprechen.
An dieser Stelle bedankt sich die Redaktion bei Prof. Dr. Helmut Hummel für seine wirklich interessanten Ausführungen und für die viele Zeit, die er für uns aufgewendet hat.

Josef Löffl, KS 12