Mikroelektronische Systeme - Die heimlichen Herrscher

Ein Beitrag von Prof. Dr.-Ing. Habil. Michael Berger, Fachhochschule Westküste, Fachbereich Technik

Manche Geräte scheinen ja inzwischen schlauer zu sein als ihr Benutzer, sei es nun das Smartphone, der Laptop oder die Waschmaschine. Und man wundert sich als Techniker, dass sich niemand mehr darüber wundert. Möglich wurde diese Art von »Intelligenz« durch die Miniaturisierung der elektronischen Bauteile und deren milliardenfache Verschaltung zu leistungsfähigen Systemen. Designer aus den Bereichen Elektrotechnik und Informationstechnik bändigen diese heimlichen technischen Herrscher und sind deshalb auf dem Arbeitsmarkt heiß begehrt.

Überall sind sie am Werk, die Winzlinge aus der Mikroelektronik, der Nanotechnologie und der Mikrosystemtechnik. Ohne sie wäre die heutige Welt nicht so, wie sie ist. Ohne sie gäbe es keine Intensivstation, keine Satelliten und erst recht kein Internet. Praktisch jedes Auto ist zum Beispiel heute mit Airbag, ESR und Navi ausgestattet. Der Motor wird gesteuert von einer »black box«, die Scheibenwischer wischen nicht häufiger als nötig, man kann sich trotz Fensterheber nicht mehr die Finger einklemmen und und und ...

Der Beruf

Wie sieht der Alltag eines Elektronik-Designers / einer Elektronik-Designerin aus? Stellen Sie sich vor, einer Ihrer Kunden baut ein Gerät und will das nun mit der nötigen Intelligenz ausstatten. Dazu holt er sich Spezialisten, die sich mit der erforderlichen Hardund Software auskennen, also Sie. Gemeinsam werden die Anforderungen, die Wünsche des Kunden, die gesetzlichen Vorgaben, die Material- und Fertigungskosten, die Qualität und die Recycling-Fähigkeit des Produkts analysiert. Als Elektroniker nehmen Sie die Wünsche mit in ihre eigene Arbeitsgruppe, entwerfen einen Prototyp für das »Gehirn« und für »Augen« und »Ohren« und bringen der Elektronik bei, was sie tun soll. Damit wird das eigentliche Gerät dann zum Leben erweckt.

› Platine

Aber noch mal einen Schritt zurück. Wenn nun heute praktisch alle Geräte mit Elektronik ausgestattet werden, was bedeutet das für Elektronik-Designer? Diese Leute sind offensichtlich überall gefragt. Ob Sie nun mit Sensoren die Stabilität von Brücken überwachen, die Luftqualität im Operationssaal sicherstellen oder mit GPS die Zugwege der Wale beobachten, jedes mal müssen Sie sich neu einarbeiten und in internationalen Teams mit verschiedenen Fachleuten diskutieren. Langweilig ist anders.

Was macht man aber selbst, wie sieht die Ingenieurarbeit im Kern aus? Im Studium lernen Sie, wie man die angestrebte technische Funktion realisiert. Neben den eben bereits erwähnten Besprechungen und Diskussionen bedeutet das, mithilfe von Computerprogrammen Schaltungskonzepte zu entwickeln und die entsprechenden Pläne und Zeichnungen zu erstellen, um die Schaltungen fertigen zu können. Es gilt, die passende technische Lösung zu finden, was je nach Schwierigkeit auch bis zu echten Erfindungen gehen kann. Eine besondere Herausforderung stellen in diesem Zusammenhang die mikromechanischen Systeme dar, wie z.B. der Sensor, der Ihrem Smartphone sagt, wie es gerade gehalten und bewegt wird.

Angesichts der Aufgabenvielfalt sind Forschung und Entwicklung die Haupteinsatzgebiete der Jungingenieure mit einer Ausbildung in Mikroelektronischen Systemen.

Studium

Wie bei allen technischen Fächern gilt auch in diesem Fall: Das Studium beginnt mit den Grundlagen der entsprechenden Ingenieursdisziplin, hier also der Elektrotechnik und Informationstechnik. Danach geht es aber relativ schnell in die Einzelheiten wie Digitaltechnik, elektronische Bauelemente oder schnelle Schaltungen. Im Bachelor-Studium wird der Schwerpunkt mit der Bezeichnung Elektronik (oder ähnlich) meistens als Schwerpunkt angeboten, den man in den höheren Semestern wählen kann. Bei den meisten Fachhochschulen und bei einigen Universitäten ist im Studium ein Praxissemester vorgesehen, in dem man seine Kenntnisse in einem Unternehmen erprobt. Die Bachelor-Abschlussarbeit wird dann in der Regel aus einem konkreten Design bestehen, meistens wieder in Zusammenarbeit mit Unternehmen oder im Rahmen eines Forschungsprojekts und häufig schon als direkter Berufseinstieg - man wird gefragt, ob man nicht anfangen wolle. Mit dem Bachelor ist man schon in der Lage, die meisten Standard-Entwurfsaufgaben zu erledigen und sich nach und nach in weitere Problemstellungen einzuarbeiten.

› Sensoren

Systematisch weiterbilden kann man sich in einem Master-Studium. Dabei gibt es verschiedene Ansatzpunkte an den entsprechenden Hochschulen, z.B. als Spezialist für integrierte Schaltungen und deren Herstellung oder breiter aufgestellt als Systemdesigner mit erweiterten Kenntnissen in allen Teilgebieten des Schaltungs- und Systementwurfs und dem Ziel der Leitung von entsprechend größeren Designprojekten [1]. Das Masterstudium greift in der Regel Themen aus dem Bachelor wieder auf und vertieft sie in Richtung der mathematischen und technischen Grundlagen, so dass auch sehr anspruchsvolle Probleme gelöst werden können. Hat man z.B. als Bachelor gelernt, eine Platine mit nur zwei Verdrahtungsebenen zu entwickeln, wird es im Master darum gehen den Stand der Technik zu erreichen, d.h. sich zum Designer bzw. zu Designerin ausbilden zu lassen, die oder der Motherboards oder ähnlich große Systeme angeht. War im Bachelor noch die grundsätzliche Funktion von Mikroprozessoren das Thema, ist es nun der Entwurf solcher eingebetteter Systeme.

Karriere

Durch ihre Vielfalt bieten die elektronischen Systeme enorme Möglichkeiten des Setzens von Schwerpunkten. Bachelor werden sich in der Regel zu Fachleuten in einem der Teilbereiche entwickeln, also z.B. Leistungselektronik entwerfen oder eine Produktionslinie übernehmen. Wer vorher eine einschlägige Lehre gemacht hat, ist durch seine Erfahrung gerade in Produktion und Service sehr gefragt.

Master bewegen sich wegen der fachlichen Breite eher in Richtung Projektleitung und/oder Forschung, sogar bis hin zur Promotion.

Auch wenn immer wieder auf Schlüsselqualifikationen wie Gesprächsführung oder Sprachkenntnisse hingewiesen wird: Sie stellen zwar ein wichtiges Plus in der Ingenieurpersönlichkeit dar, entscheidend sind aber gerade im Elektronik-Bereich ausgesprochen gute und vielseitige Fachkenntnisse. Man sollte sich also in seinem Studium zu einer echten Fachfrau oder einem echten Fachmann entwickeln [2].

› [1] www.master-mikroelektronik.de
› [2] karriere.vde.de