MEMS

Was bedeutet MEMS?

MEMS ist die Abkürzung für Micro-Electro-Mechanical Systems, auf Deutsch meist als mikroelektromechanische Systeme bezeichnet. Gemeint sind Bauteile, die auf sehr kleinem Raum (oft im Bereich von Mikrometern) Elektronik mit mechanisch beweglichen Strukturen kombinieren.

Vereinfacht gesagt sind MEMS „Mini-Maschinen“ auf einem Chip: Sie können beispielsweise Beschleunigungen, Druck oder Drehbewegungen messen – oder kleine Bewegungen gezielt erzeugen. In vielen Geräten sind MEMS der Teil, der physikalische Größen in elektrische Signale übersetzt (Sensorik) oder umgekehrt (Aktorik).

Wofür werden MEMS eingesetzt?

MEMS finden sich heute in sehr vielen Anwendungen, häufig ohne dass es direkt sichtbar ist. Typische Einsatzfelder sind:

• Sensorik in Industrie und IoT: z. B. Vibrations- und Zustandsüberwachung an Maschinen (Predictive Maintenance).
• Automotive: Beschleunigungs- und Drehratensensoren für Fahrdynamik- und Sicherheitssysteme.
• Medizintechnik: Druck- und Durchflusssensoren, z. B. in kompakten Mess- oder Dosiersystemen.
• Gebäude- und Umwelttechnik: Drucksensoren, Feinstaub-/Gassensorik (häufig als MEMS-basierte Messprinzipien umgesetzt).
• Konsumgüter: Lage- und Bewegungserkennung in mobilen Geräten oder Wearables.

In Elektronikprojekten begegnen uns MEMS häufig als fertig gekapselte Bauteile (z. B. als Beschleunigungssensor oder Drucksensor), die dann auf einer Leiterplatte integriert und über digitale Schnittstellen angebunden werden.

Wie funktionieren MEMS in der Praxis?

Ein MEMS-Bauteil besteht vereinfacht aus zwei Teilen: der mikromechanischen Struktur (z. B. eine winzige „Feder-Masse“, Membran oder schwingende Struktur) und der Auswerteelektronik. Ändert sich die physikalische Größe (z. B. Beschleunigung oder Druck), bewegt oder verformt sich die Struktur minimal. Diese Änderung wird in ein elektrisches Signal umgewandelt, oft über kapazitive oder piezoresistive Effekte, und anschließend digitalisiert und gefiltert.

Für die Praxis in Entwicklung und Fertigung sind dabei typischerweise folgende Punkte entscheidend:

• Mechanische Randbedingungen: Lage im Gerät, Befestigung, Gehäusekopplung und Schwingungen beeinflussen Messergebnisse.
• Elektrische Anbindung: Spannungsversorgung, Entkopplung, EMV-Konzept sowie Schnittstellen wie I²C oder SPI müssen sauber ausgelegt sein.
• Kalibrierung und Kompensation: Viele MEMS benötigen Temperaturkompensation, Offset-Korrekturen oder eine Applikationskalibrierung, um die gewünschte Genauigkeit zu erreichen.
• Fertigungseinflüsse: Reflow-Profil, Feuchtigkeit/Handling, ESD-Schutz und Bauteilsauberkeit wirken sich auf Ausfallraten und Langzeitstabilität aus.

Warum sind MEMS für Unternehmen relevant?

MEMS sind oft ein zentraler Baustein, wenn Produkte „fühlen“ oder ihren Zustand erfassen sollen. Das hat direkte Auswirkungen auf wichtige Projektthemen:

• Time-to-Market: Standardisierte MEMS-Sensoren ermöglichen schnelle Funktionserweiterungen (z. B. Zustandsmessung), erfordern aber früh klare Anforderungen an Genauigkeit, Umgebungsbedingungen und Tests.
• Qualität und Zuverlässigkeit: MEMS reagieren sensibel auf mechanische und thermische Einflüsse. Ein passendes Design (Mechanik/Elektronik) und ein robustes Prüfkonzept reduzieren Feldprobleme.
• Kosten: Neben dem Bauteilpreis zählen Integrationsaufwand, Kalibrierung, Testzeiten und mögliche Schutzmaßnahmen (z. B. gegen Feuchte, Partikel, ESD).
• Automatisierung und Digitalisierung: MEMS liefern Daten über Bewegung, Druck oder Vibration – häufig die Grundlage für Automatisierung, Condition Monitoring und datenbasierte Services.

Wer MEMS in einem Produkt nutzt, profitiert oft von hoher Funktionalität auf kleinem Raum – muss aber von Beginn an die Randbedingungen für Integration, Prüfung und Serienfähigkeit berücksichtigen.

Mehr Kontext dazu, wie solche Bauteile zuverlässig in Baugruppen und Geräte integriert und geprüft werden, findet sich im Überblick zur Elektronikfertigung.