In der vorliegenden Arbeit wird eine integrierbare Pumpentechnologie für polymerbasierte mikrofluidische Systeme entwickelt. Ausgehend von den Anforderungen für die Durchführung molekulardiagnostischer Nachweise kommen dabei Fertigungsverfahren zum Einsatz, die sich auch für Einweg-Anwendungen eignen. Das genutzte Aktorprinzip für die integrierten Mikropumpen basiert auf der Elektrolyse von Wasser. Zur besseren technologischen Integrierbarkeit wird das Wasser in Form eines Hydrogels appliziert. Der Elektrolyt wird dabei mit einer Polymermembran mit geringer Wasserdampfdurchlässigkeit verschlossen. Die Membran wird in ihrem plastischen Verformbereich genutzt. Zur Dimensionierung der Mikropumpen und des mikrofluidischen Systems werden analytische und numerische Modelle entwickelt, die eine gute Übereinstimmung mit den Messwerten zeigen. Die Funktionsfähigkeit wird anhand zweier vollständig integriert ablaufender Immunoassays demonstriert. Dabei kommt ein polymerbasierter, optischer Biosensor zum Einsatz.

Die vorliegende Arbeit beschreibt die Übertragung der aus der Siliziumtechnologie bekannten Präzision der Strukturierung und die Zuverlässigkeit der Verbindungstechnologie auf andere Materialien wie Kupfer und PMMA. Diese Untersuchung ist auf die Entwicklung der Teiltechnologien Strukturierung und Integration fokussiert und konzentriert sich insbesondere auf die Kombination von Mikrostrukturierung und dreidimensionalen Aufbautechniken einschließlich vertikaler fluidischer Durchkontaktierungen bei den Materialien Silizium, Kupfer und Kunststoff (PMMA). Eine begleitende Charakterisierung und messtechnische Bewertung gestattet die Weiterentwicklung während der Experimentedurchführung und erweitert den Stand der Wissenschaft hinsichtlich der genannten Kombinationen. / The work describes the transfer of well known high precisive and reliable micro technologies for patterning and packaging of Silicon to new materials like Copper and PMMA. This investigation is focused on special patterning technologies and system integration aspects. Furthermore the development of material-dependent micro patterning technologies and multi layer packaging techniques including vertical fluidic interconnects using materials like Silicon, Copper, and PMMA (polymer) is shown. An accompanying characterization and measurement-based evaluation enables the ongoing development while performing experimental analysis. At least a higher state of the art for these complex combinations is reached.

Die vorliegende Arbeit beschreibt die Entwicklung von Sensoren in einer neuen, großserienfähigen Technologie. Mit dem Mehrkomponentenmikrospritzgießverfahren werden mechanische Sensorstrukturen aus (faserverstärktem) Kunststoff an polymere piezoelektrische Wandler angebunden. Die hergestellten Aufnehmer können über die Weiterverarbeitung mit Hybridtechnologien für die Strukturintegration eingesetzt werden. Diese Dissertation stellt Entwurfsmethoden und Modelle zur Vorausberechnung der neuartigen Sensoren bereit, die zur Qualifizierung der neuen Technologie benötigt werden. Dazu werden bekannte Modellierungsansätze angewandt und wesentliche Erweiterungen für die praktische Nutzung erarbeitet. Entwurfsrelevante technologieabhängige Kenngrößen, wie die elastischen Eigenschaften der verarbeiteten Werkstoffe und die geometrischen Dimensionen der hergestellten Sensorstrukturen werden untersucht und deren Einfluss auf den Entwurfsprozessdargelegt. Die hergestellten Sensoren werden in ihrer Grundfunktion messtechnisch charakterisiert und die System- und Strukturintegration vorgestellt. / The presented work describes the development of sensors in a novel technology approach feasible for large-scale production. By using the multicomponent microinjection molding process, mechanical sensor structures out of (fiber-reinforced) polymers are joined with piezoelectric polymer transducers. The fabricated sensors can be processed further with hybrid manufacturing technologies and adapted for structure integration. This thesis introduces design methods and models for the preliminary calculation of the novel sensors, which are required for a technology qualification. Therefore, existing modelling approaches adapted and essentially extended for practical use. Design relevant parameters related to the technology like the elastic properties of the applied materials or the geometric dimensions of the manufactured sensor structures are characterized and the system and structure integration of the sensors is presented.

SCADA-system (Supervisory Control and Data Acquisition) har under de senaste decennierna använts i stor utsträckning, med utmärkta resultat för nätverksdrift och -förvaltning. Kunder ställer emellertid krav på att SCADA-system ska kunna integrera externa komponenter för att möjliggöra utveckling av befintliga och nya affärsprocesser. Det innebär att dessa system utvecklas från en monolitisk infrastruktur till en löst kopplad och flexibel arkitektur. Således har nya behov uppstått för att förbättra systemets interoperabilitet, minska komplexiteten och förbättra underhållet. Föreliggande masterprojekt presenterar ett ramverk för att förutsäga systems interoperabilitetet (IPF); ett ramverk som stöder arkitekturprocessen under de tidiga stadierna av produktutveckling. Vidare har arbetet undersökt några alternativa arkitekturer, vilka har modellerats och verifierats med hjälp av ovannämnda ramverk. En första konceptuell arkitektur har utvecklats för att förbättra interoperabiliteten hos interna system, för att reducera kopplingen mellan det grundläggande SCADA-systemet och Energy Management-systemet (EMS). Därefter genererades en andra arkitektur som möjliggör integration av externa komponenter för att främja den externa interoperabiliteten. Resultat visar att de föreslagna arkitekturerna är korrekta (enligt IPF) och systemets driftskompatibilitet förbättras. Vidare förefaller den slutligt föreslagna lösningen vara mindre komplex än den nuvarande arkitekturen på lång sikt, men det skulle behövas en större insats och väsentliga förändringar för att uppgradera systemarkitekturen. / SCADA (Supervisory Control and Data Acquisition) systems have been widely used during the last decades delivering excellent results for the power network operation and management. However, some current customer requirements are for SCADA systems to integrate external components in order to perform advanced power network studies and develop both existing and new business processes. This novel viewpoint will make these systems evolve from a monolithic infrastructure towards a loosely coupled and flexible architecture. Hence, new needs have arisen with the aim of improving the system interoperability, reducing the complexity and enhancing the maintainability. This master´s thesis project presents an Interoperability Prediction Framework (IPF), that supports the architecture design process during the early stages of product development. In addition, this work has also investigated some alternative architectures, which have been modelled and verified using the previously mentioned framework. A first conceptual architecture has been designed to improve the internal system interoperability, reducing the coupling between the basic SCADA and the Energy Management System (EMS). Later, a second architecture that allows the integration of external components has been introduced to promote the external interoperability. Results show that the proposed architectures are correct (according to the IPF) and the interoperability of the system is improved. Furthermore, initial conclusions suggest that the final proposed solution would be less complex than the current architecture in the long term, although a large effort and substantial changes would be needed to upgrade the system architecture.

Die vorliegende Arbeit beschreibt die Übertragung der aus der Siliziumtechnologie bekannten Präzision der Strukturierung und die Zuverlässigkeit der Verbindungstechnologie auf andere Materialien wie Kupfer und PMMA. Diese Untersuchung ist auf die Entwicklung der Teiltechnologien Strukturierung und Integration fokussiert und konzentriert sich insbesondere auf die Kombination von Mikrostrukturierung und dreidimensionalen Aufbautechniken einschließlich vertikaler fluidischer Durchkontaktierungen bei den Materialien Silizium, Kupfer und Kunststoff (PMMA). Eine begleitende Charakterisierung und messtechnische Bewertung gestattet die Weiterentwicklung während der Experimentedurchführung und erweitert den Stand der Wissenschaft hinsichtlich der genannten Kombinationen. / The work describes the transfer of well known high precisive and reliable micro technologies for patterning and packaging of Silicon to new materials like Copper and PMMA. This investigation is focused on special patterning technologies and system integration aspects. Furthermore the development of material-dependent micro patterning technologies and multi layer packaging techniques including vertical fluidic interconnects using materials like Silicon, Copper, and PMMA (polymer) is shown. An accompanying characterization and measurement-based evaluation enables the ongoing development while performing experimental analysis. At least a higher state of the art for these complex combinations is reached.