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Mikroelektronik: Die kleinste Heldin des Alltags

Mikroelektronik aus Österreich? Gibt’s doch gar nicht! Patrick Schrey ist diese Reaktion mittlerweile gewohnt. Für ihn als Elektrotechniker ist es normal ungesehen, aber doch immer präsent zu sein.

Österreich hat ein eigenes Silicon Valley. Wer hätte das gedacht?

Mir war selbst früher nicht bewusst, dass Mikroelektronik in Österreich entwickelt und produziert wird. Mikroelektronik war für mich immer weit entfernt im Silicon Valley oder im asiatischen Raum. Tatsächlich ist es aber so, dass ich von meiner Wohnung in Graz aus binnen einer Stunde zu einer Fertigungshalle kommen kann. Und das ganz bequem mit den öffentlichen Verkehrsmitteln.

Graz bildet tatsächlich so etwas wie das Silicon Valley Österreichs. Und mitten drinnen ist das Institut für Elektronik der TU Graz, wo der Mikroelektronik-Nachwuchs ausgebildet wird. Im Herbst lädt mein „Heimatinstitut“ jedes Jahr Chip-Hersteller in die Grazer Inffeldgasse zur Veranstaltung „Das Silicon Valley Österreichs“ ein, um Studierenden die Möglichkeit zu geben, direkt mit der Industrie persönlich in Kontakt zu treten und Berufsbilder kennenzulernen. Alle, die sich für Mikroelektronik interessieren, sind herzlich eingeladen!

Diese Veranstaltung ist möglich, weil die Konzentration an Mikroelektronik-Firmen rund um Graz sehr hoch ist – und daran scheint die TU Graz nicht ganz unbeteiligt zu sein. Viele Firmen haben diesen Standort meines Wissens nach genau wegen der Nähe zur TU Graz gewählt. Und das wundert mich auch gar nicht, denn die spezielle Vertiefungsrichtung Analog Chip Design im Master des Studiums „Elektrotechnik“ findet man nicht an jeder Uni. Dort werden die Eigenschaften und Besonderheiten von Mikrochips gelehrt. Sehr viele der angebotenen Lehrveranstaltungen sind auch im Studium „Information and Computer Engineering“ im Wahlfachkatalog Microelectronics and IC Design zu finden.

Integrierte – also in einen Chip eingebaute – Bauelemente verhalten sich nicht immer gleich wie ihre einzeln gefertigten Gegenstücke. Dies erfordert besondere Sorgfalt beim Entwurf der Schaltungen und kann auch schon mal zu unvorhergesehenen Problemen führen, die in Schaltungen mit Einzelbauelementen nicht auftreten können. Auch der Umgang mit den Entwicklungs- und Simulations-Umgebungen ist Teil des Studiums. Die Entwicklungs- und Simulations-Umgebungen an der TU Graz entsprechen jenen aus der umliegenden Industrie und sind somit auf dem neuesten Stand – ein Pluspunkt für die Bewerbung und die Einarbeitungszeit in einen neuen Job wird auch verkürzt.

Analog vs. Digital

Aber warum „Analog“ wenn der ganze Globus von „Digitalisierung“ redet? Der ganze Globus? Nun, ein kleines Institut leistet Widerstand!

Nein, nein. Das ist selbstverständlich nicht der Grund. Aber schlussendlich müssen sich auch Digitalisierungspioniere damit abfinden, dass wir Menschen und unsere Umwelt nun mal analog sind. Das bedeutet, dass Informationen aus unserer Umwelt erfasst, aufbereitet und umgewandelt werden müssen bevor sie von einem digitalen Prozessor verarbeitet werden können. Klingt ziemlich hochtrabend. Aber beim morgendlichen Check, ob T-Shirt oder doch lieber Pulli, wird gleich klar worauf ich hinaus will.

Ein beiges Termopeter hängt an einem Baum.

Signale erfassen, aufbereiten und umwandeln. Ein Thermometer macht es vor.

Ein gutes altes Thermometer ist ein perfektes Beispiel. Da wird die Temperatur mittels thermischer Ausdehnung in eine Änderung der Säulenhöhe umgewandelt. Die Säulenhöhe erlaubt es uns die Temperatur bequem abzulesen. Das Thermometer hat also die unsichtbare Größe Temperatur für uns erfasst, aufbereitet und umgewandelt, sodass wir die richtige Wahl zwischen T-Shirt und Pulli treffen können.

In der Vertiefungsrichtung „Analog Chip Design geht es genau darum, dieses Bindeglied oder Interface zwischen analoger Umwelt und der digitalen Welt zu bilden.

  • Wie können wir Elektronik entwickeln, die die Sensorsignale geeignet erfassen kann?
  • Wie können die Daten aufbereitet werden, ohne viel Leistung zu verbrauchen?
  • Wie können die Daten effizient umgewandelt werden, ohne viel Zeit zu verlieren?

Außerdem muss man bedenken, wo Elektronik überall eingesetzt wird. Je nach Anwendungsgebiet variieren die Anforderungen stark. Ein Chip im Smartphone soll möglichst wenig Leistung verbrauchen, sodass der Akku weniger oft geladen werden muss. Für einen Chip im Auto ist die Leistungsaufnahme möglichweise ein untergeordnetes Problem. Hier soll der Chip vom kältesten Wintertag bis hin zum heißesten Sommertag immer zuverlässig arbeiten. Sicherheit ist hier ganz oben auf der Prioritätenliste. Oder vielleicht hat man mal das Glück einen Chip für eine Weltraummission entwickeln zu dürfen. Hierfür werden zwar nur eine Handvoll ausgewählter Chips hergestellt, dafür müssen diese ein beinahe unfassbares Spektrum an Herausforderungen meistern.

Vielfältige Einsatzbereiche

Diese Vielfalt an Einsatzbereichen macht Mikroelektronik so spannend. Sorgen um einen sicheren Arbeitsplatz muss ich mir für viele Jahre auch nicht machen. Die Zukunftstechnologien bauen alle auf der Elektronik auf. Smart Home, Autonomous Driving, Internet of Things? Alles kommt ohne Elektronik nicht aus. Bereits jetzt ist unser Alltag durchdrungen von Elektronik. So beginnt der Tag für mich so wie für viele andere: Der Wecker klingelt dank Elektronik zuverlässig jeden Tag. Und das ist nur der Anfang. Terminkalender checken, Mails lesen, Nachrichten verfolgen, Tickets kaufen, Mittagessen per Karte bezahlen, und und und…

Klar, an vielen dieser Dinge sind sehr viele Forschungsrichtungen beteiligt. Aber Elektronik ist die Basis, auf die sehr vieles aufgebaut wurde. Elektronik ist für uns so selbstverständlich, dass sie unsichtbar scheint, aber uns dennoch ständig durch den Tag begleitet. Elektronik ist einfach immer und überall, und die neuen Trends werden die Dichte an elektronischen Komponenten in unserer Umgebung sogar noch erhöhen.

So bleibt Mikroelektronik also noch eine Zeit lang die kleinste Heldin des Alltags – ungesehen, aber immer zur Stelle.

Kontakt

Patrick SCHREY
Dipl.-Ing. Dipl.-Ing. BSc
Institut für Elektronik
Inffeldgasse 12/I
8010 Graz
Tel.: +43 316 873 7549
patrick.schreynoSpam@tugraz.at