Jahresbericht MT-Initiative 2015 by Microtechnology Cluster Central-Switzerland AG

Mikrotechnologie-Initiative Zentralschweiz Jahresbericht 2015足足足足 Micro Center Central-Switzerland AG in Zusammenarbeit mit CSEM Zentralschweiz

Jahresbericht 2015 Mikrotechnologie-Initiative Zentralschweiz

Inhalt

Vorwort des VR-Präsidenten

Mikrotechnologie-Initiative Zentralschweiz

Herausgeber Micro Center Central-Switzerland AG

2.1 Mission

Konzept, Redaktion Bruno R. Waser, MCCS AG

2.2 Geschäftsfelder

2.3

Trägerschaft Mikrotechnologie-Initiative

2.4

Aktionäre der MCCS AG

Jahresbericht der MCCS AG

3.1

Geschäftsfeld «Forschung und Entwicklung»

3.2

Geschäftsfeld «Mikrotechnologie-Cluster»

Forschungsbericht CSEM Zentralschweiz

4.1 Applikationsfeld Robotics & Automations

4.2 Applikationsfeld Instruments & Tools for Life Sciences

4.3 Applikationsfeld System- & Process Monitoring

4.4 Applikationsfeld Packaging & Optics

4.5 Applikationsfeld Production Services

4.6 Forschungsprojekte

Daten & Fakten

5.1

Organe MCCS AG

5.2

Eckdaten Finanzen

Gestaltung, Druck von Ah Druck AG, Sarnen Bilder Axetris AG Folex AG maxon motor ag SCHURTER AG CSEM SA

Micro Center Central-Switzerland AG Industriestrasse 23 CH-6055 Alpnach E-Mail: info@mccs.ch Internet: www.mccs.ch CSEM Zentralschweiz Untere Gründlistrasse 1 CH-6055 Alpnach E-Mail: alpnach@csem.ch Internet: www.csem.ch

Jahresbericht 2015 Mikrotechnologie-Initiative Zentralschweiz

Vorwort des VR-Präsidenten

Sehr geehrte Aktionäre, sehr geehrte Vertreter der Kantone, geschätzte Leserinnen und Leser

Ulrich Claessen Präsident des Verwaltungsrates MCCS AG

Ich freue mich, Ihnen den 16. Jahresbericht der Zentralschweizer Industriegruppe Micro Center Central Switzerland (MCCS) AG zu übergeben. Seit vielen Jahren ist das MCCS als public-private Partnerschaft der Wirtschaft und der sechs Zentralschweizer Kantone erfolgreich unterwegs, zusammen mit dem Forschungspartner CSEM in Alpnach und der Hochschule Luzern. Davon zeugen der nationale Preis «Swiss Technology Award 2007», die Gründung diverser StartUp Unternehmen, Patente des CSEM und ein jährlicher Umsatz mit Forschungsleistungen am CSEM in der Höhe von rund 8 Mio. CHF, was 40 hochqualifizierten Arbeitsplätzen entspricht. Im Januar des Berichtsjahres 2015 hat die Schweizerische Nationalbank den Mindestkurs gegenüber dem Euro aufgehoben, wodurch sich die exportorientierten Unternehmen gezwungen sahen, noch effizienter und innovativer zu arbeiten. Umso wichtiger wird die Tätigkeit des MCCS, denn bei der Erschliessung neuer Märkte und der Entwicklung neuer Produkte bringt Forschung und Entwicklung den entscheidenden Vorteil. Auf nationaler Ebene war das letzte Jahr geprägt durch die Gründung der fünf neuen nationalen Innovationszentren, die von Dübendorf bis Lausanne in einem Bogen um die Zentralschweiz herum liegen. Die Zentralschweiz verfügt zum Glück über ein

bestehendes Technologie-Netzwerk kooperierender Partner, das es nun weiter auszubauen gilt. Die Partner sind: Die Industriegruppe MCCS und das CSEM in Alpnach, die Hochschule Luzern, der Technopark Luzern, Zentralschweiz Innovativ (unter der Leitung des ITZ), die Industrie- und Handelskammer Zentralschweiz, das TechnologieForum Zug sowie die Gründerzentren in Steinen und Alpnach. Den neuen Status der Schweiz als Drittland in der Forschung der Europäischen Union hat leider auch das CSEM zu spüren bekommen. Die Anzahl Europa-Projekte aus dem Programm Horizon 2020, die das CSEM gewinnen konnte, ist fast auf null zurückgegangen. Umso entscheidender wird es, dass die Umsatzlücke mit mehr Direktaufträgen aus der Industrie geschlossen wird. Die Unternehmen brauchen einen attraktiven Wirtschaftsstandort Zentralschweiz, der gut ausgebildete Ingenieure und Naturwissenschaftler hervorbringt, die sich in Forschungsinstituten der Region zusätzliche Qualifikationen erwerben. An die Regierungsvertreter der sechs Zentralschweizer Kantone ergeht seitens der Industrie der Wunsch, das Micro Center Central Switzerland und das Technologie-Netzwerk Zentralschweiz weiter zu fördern und zu unterstützen. Es ist eine wichtige und wertvolle Investition in die Zukunft der Zentralschweiz! Ich danke Ihnen für Ihre Unterstützung.

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Mikrotechnologie-Initiative Zentralschweiz

Die Mikrotechnologie-Initiative Zentralschweiz wurde im Jahr 2000 von exportorientierten Zentralschweizer Unternehmen initiiert. Das primäre Ziel ist, durch Förderung der industriellen Kompetenz in Mikrotechnologie die Innovationskraft von technologieorientierten Unternehmen nachhaltig zu stärken und wertschöpfungsintensive Arbeitsplätze in der Zentralschweiz zu halten sowie neue zu schaffen. 2.1 Mission Die Micro Center Central-Switzerland AG will die Chancen neuer Technologien nutzen, um die Zentralschweiz zu einer Kompetenzregion Mikrotechnologie von überregionaler Bedeutung aufzubauen. Dabei bilden die tatkräftige Förderung von Forschung und Entwicklung, die Qualifizierung durch Ausund Weiterbildung auf allen Stufen, sowie die Einbindung aller Akteure in ein Mikrotechnologie-Netzwerk (Cluster-Entwicklung), den Schlüssel zum langfristigen Erfolg. Die daraus resultierenden Aktivitäten im Rahmen der Mikrotechnologie-Initiative stärken folgende Standortfaktoren: ■ Die Innovationskraft von Industrie-Unternehmen in der Zentralschweiz durch die Nutzung neuester Technologien als bedeutender Treiber für Produkt- und Prozessinnovation. ■ Die Wettbewerbsfähigkeit von Unternehmen durch schnellen und direkten Zugang zu Forschungs-Ergebnissen und Entwicklungs-Kompetenzen. ■ Die Erhöhung der Standortattraktivität für Firmen und Arbeitskräfte aller Qualifikationsstufen, durch den Aufbau und die Wei-

terentwicklung einer MikrotechnologiePlattform zur Vernetzung von Unternehmen und deren Wertschöpfungspartner, Forschungszentren und Hochschulen. 2.2 Geschäftsfelder Die Ziele der Mikrotechnologie-Initiative sollen durch folgende Aktivitätsschwerpunkte erreicht werden: ■ Forschung und Entwicklung: Etablierung eines in der Zentralschweiz verankerten Kompetenzzentrums für Mikrosystemtechnik, das anwendungsorientierte Forschung auf internationalem Spitzenniveau betreibt. Förderung der anwendungsorientierten Forschung und Entwicklung (FuE) in Themenschwerpunkten, welche der regionalen Wirtschaft einen möglichst direkten Nutzen vermittelt. ■ Mikrotechnologie-Cluster: Die MCCS AG bildet eine Plattform, um Unternehmen, Forschungsinstitutionen und Hochschulen als Kern eines zentralschweizerischen Mikrotechnologie-Clusters zu vernetzen. Dadurch ermöglicht MCCS den Akteuren einen Wissensaustausch und Wettbewerbsvorteile durch Kompetenzvorsprung in technologie-basierten Innovationen. 2.3 Trägerschaft Mikrotechnologie-Initiative Per Ende 2015 umfasst die MCCS AG 17 Zentralschweizer Unternehmen sowie das CSEM in Neuenburg. Zwei Gründungsaktionäre, elmicron in Sachseln (OW) und Concepcion in Kägiswil (OW), sind aufgrund Firmenauflösung/-verkauf nicht mehr dabei. Sieben Aktionäre (Rosen Technology, Gerresheimer, Celfa/Folex, Pilatus Flugzeugwerke, elfo, Credimex, Olle Larsson Holding)

konnten seit 2002 neu gewonnen werden. Die MCCS-Aktionäre stellen den Kern des Zentralschweizer MikrotechnologieNetzwerks dar, in dem über 50 Unternehmen (FuE-Kunden des CSEM, Start-Up-Unternehmen, Dienstleister und Zulieferer usw.) eingebunden sind.

2.4 Aktionäre der MCCS AG Per Ende 2015 engagierten sich folgende, inzwischen 18 namhaften Unternehmen ideell und finanziell in der MCCS AG: n Centre Suisse d'Electronique et de Microtechnique SA, Neuenburg n Celfa - Folex AG, Seewen (SZ)

Der Verwaltungsrat der MCCS AG versteht sich als Interessenvertreter des Wirtschaftsstandortes Zentralschweiz mit dem Ziel, der regionalen Wirtschaft einen hohen Nutzen zu generieren. Entsprechend setzt sich der Verwaltungsrat aus Vertretern von Wirtschaft und Politik zusammen. Als Initiant und Plattform des Mikrotechnologie-Netzwerkes (Cluster) stellt die MCCS AG die Vernetzung zwischen den Netzwerkpartnern sowie die Industrie-/Anwendungsorientierung der Forschung sicher. Die Hauptaufgaben der MCCS Geschäftsstelle umfassen, neben der operativen Geschäftsführung, die zielgerichtete Koordination aller Mikrotechnologie-Aktivitäten, die Förderung der Vernetzung zwischen den verschiedenen Akteuren, die Information über die Aktivitäten in den einzelnen Geschäftsfeldern, die Initiierung von Aus-/Weiterbildungsangeboten sowie die Sicherstellung der zweckorientierten Verwendung der Forschungsgelder. Die Umsetzung und das Controlling des letztgenannten Punkts erfolgt im Rahmen der Festlegung der Forschungsfelder und deren Themenschwerpunkte sowie jährlichen Forschungsaudits.

n Credimex AG, Alpnach (OW) n elfo ag, Sachseln (OW) n Gerresheimer Küssnacht AG, Küssnacht a.R. (SZ) n Komax AG, Dierikon (LU) n Leister AG (mit Axetris AG), Kägiswil (OW) n maxon motor ag, Sachseln (OW) n Obwaldner Kantonalbank, Sarnen (OW) n Olle Larsson Holding AG (mit Medela AG + CARAG), Zug (ZG) n Pilatus Flugzeugwerke, Stans (NW) n Roche Diagnostics (Schweiz) AG, Rotkreuz (ZG) n Rosen Technology AG, Stans (NW) n Sika Manufacturing AG, Sarnen (OW) n Schindler Aufzüge AG, Ebikon (LU) n Schurter AG, Luzern (LU) n Trisa AG, Triengen (LU) n Ulrich & Hefti AG, Alpnach Dorf (OW)

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Jahresbericht 2015 Mikrotechnologie-Initiative Zentralschweiz

Zur Erreichung der angestrebten Ziele kooperiert das MCCS mit verschiedenen Partnerinstitutionen. Die Beziehungen zu den Partnern zeigt das folgende überbetriebliche Organigramm:

Partner Mikrotechnologie-Netzwerk Zentralschweiz Wirtschaft

Micro Center Central-Switzerland (MCCS)

Aktionäre: – Aktienkapital – Darlehen – Entwicklungsaufträge – Projekte mit KTI-/EUFördermittel

Aktiengesellschaft (seit April 2000) mit Sitz in Alpnach Zweck:

Förderung der industriellen Kompetenz im Bereich der Mikrotechnologie in der Zentralschweiz

Aktionsfelder: – Forschung und Entwicklung – Mikrotechnologie-Cluster –

Unternehmen:

CSEM

– Entwicklungsaufträge – Projekte mit KTI-/EUFördermittel

Anwendungsorientierte Forschung und Technologieentwicklung in den Bereichen Mikro- und Nanotechnologie – Hauptsitz in Neuenburg (seit 1984) – Zentralschweiz (seit Herbst 2000)

Start-UpUnternehmen – Entwicklungsaufträge – Projekte mit KTI-/EUFördermittel

Zentralschweizer Kantone – Luzern – Uri – Schwyz – Obwalden – Nidwalden – Zug

Hochschule Luzern (FH Zentralschweiz) – Technik & Architektur – Informatik – Wirtschaft – Design & Kunst – Soziale Arbeit – Musik

Weitere Partner – TechnologieForum Zug – Technopark Luzern – microPark Pilatus – Technologiezentrum Schwyz – Zentronica

Innovations Transfer Zentralschweiz – zentralschweiz innovativ

1) Kantone – MCCS betr. Forschungsf inanzierung und MT-Plattform 2) MCCS – CSEM betr. aFuE in der Zentralschweiz 3) MCCS – HSLU betr. aFuE, Aus-/Weiterbildung 4) CSEM Zentralschweiz – HSLU-T&A betr. Forschung 5) MCCS – TFZ betr. Mikrotechnologie-Cluster

2.3.1 Centre Suisse d'Electronique et de Microtechnique (CSEM) Das hauptsächliche Geschäftsfeld der Mikrotechnologie-Initiative bilden Forschungs- und Entwicklungsaktivitäten auf internationalem Spitzenniveau. Deshalb hat die MCCS AG im Juni 2000 mit dem in Neuenburg ansässigen Centre Suisse d’Electronique et de Microtechnique S.A. (CSEM) einen Zusammenarbeitsvertrag abgeschlossen, der den Aufbau und Betrieb einer Forschungsstätte in der Zentralschweiz regelt. Im Herbst 2000 nahm das CSEM-Regionalzentrum Zentralschweiz in Alpnach seinen Betrieb auf. Heute sind im FuE-Kompetenzzentrum über 40 hoch qualifizierte Physiker, Ingenieure und Techniker beschäftigt. Im Rahmen einer, Anfang 2013 erneuerten, Leistungsvereinbarung zwischen MCCS und CSEM wird sowohl die Finanzierung der Forschung durch öffentliche Gelder, wie auch die damit verknüpfte Verpflichtung im mindestens gleichen Umfang Entwicklungsaufträge mit der Wirtschaft zu generieren, geregelt. Zugleich wurde vereinbart, dass in Alpnach in Themenbereichen geforscht wird, welche an den Bedürfnissen der regionalen Wirtschaft ausgerichtet ist und die Wissens-Infrastruktur der Zentralschweiz in zukunftsträchtigen Technologien nachhaltig verbessern. 2.3.2 Hochschule Luzern (Fachhochschule Zentralschweiz) Mit der Initiierung der MikrotechnologieInitiative wurde auch die Zusammenarbeit zwischen der MCCS AG und der Hochschule Luzern auf den Gebieten Forschung und

Entwicklung sowie Aus- und Weiterbildung vertraglich geregelt. In der Folge haben das Departement Technik & Architektur der Hochschule Luzern und das CSEM Ziele und Rahmenbedingungen für gemeinsame, technologie-basierte FuE-Projekte vereinbart. Basierend auf der Vereinbarung zwischen MCCS und HSLU werden beiderseits pro Jahr mind. 10 Prozent der Zentralschweizer Forschungsbeiträge für gemeinsame Projekte von HSLU und CSEM reserviert. Zudem arbeitet MCCS mit neo, ein Netzwerk für angewandte Innovationsforschung der Hochschule Luzern, im Rahmen des Mikrotechnologie-Clusters, zusammen. Im Weiteren engagieren sich MCCS-Aktionärsfirmen in Aus- und Weiterbildungsangeboten der Departemente Technik & Architektur sowie Wirtschaft. 2.3.3 InnovationsTransfer Zentralschweiz (zentralschweiz innovativ) Im Rahmen des Programms ‚zentralschweiz innovativ‘ wird, unter der Leitung des InnovationsTransfer Zentralschweiz (ITZ), ein regionales Innovationsystem (RIS) entwickelt. In jedem Zentralschweizer Kanton existiert eine lokale Anlaufstelle (Point-of-Entry): ■ Luzern: Wirtschaftsförderung Luzern ■ Nidwalden: Wirtschaftsförderung Nidwalden ■ Obwalden: Unternehmerzentrum microPark Pilatus ■ Schwyz: Technologiezentrum Schwyz TZS ■ Uri: Wirtschaftsförderung Uri ■ Zug: Technologie Forum Zug

Regionale Innovationssysteme haben den Auftrag, die Innovationsdynamik der Regionen zu erhöhen, indem die Innovationspotenziale der KMU durch massgeschneiderte Unterstützungsangebote ausgeschöpft werden. Dabei arbeitet ‚zentralschweiz innovativ‘ vor allem im Bereich der Sensibilisierung und der Initiierung von technologie-basierten Innovationsaktivitäten mit dem MCCS und dessen FuE-Partner CSEM zusammen. 2.3.4 Weitere Partnerinstitutionen Zusätzlich besteht eine enge Zusammenarbeit im Rahmen von strategischen Partnerschaften im Rahmen der Förderung von JungUnternehmen und Unterstützung von Neuansiedlungen mit den Organisationen ■ Technopark Luzern, D4 Root ■ microPark Pilatus, Alpnach ■ Technologiezentrum Schwyz, Steinen ■ Zentronica AG, Luzern sowie den ■ Wirtschaftsförderungen der Zentralschweizer Kantone.

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Jahresbericht der MCCS AG

Das Jahr 2015 wurde geprägt von schwieriger werdenden Rahmenbedingungen für die Schweizer Export-Wirtschaft. Verstärkt durch den SNB-Entscheid vom 15. Januar 2015, waren die im internationalen Wettbewerb stehenden Unternehmen gezwungen, innert weniger Jahre eine währungsbedingte Verteuerung ihrer Produkte (EUR-CHF seit 2008 von 1.60 auf aktuell rund 1.10) zu kompensieren.

Bruno R. Waser, Delegierter VR MCCS AG

Schweizer Unternehmen müssen im Interesse ihrer Wettbewerbsfähigkeit auf diese Situation reagieren und zwar mit Massnahmen, bei denen eine direkte Intervention möglich ist. Diese beinhalten u.a. die gezielte Intensivierung der Innovationsaktivitäten. Einerseits durch die Entwicklung technologisch und qualitativ anspruchsvoller Leistungsangebote, welche dem Kunden einen Mehrwert bieten und dadurch weniger preissensitiv sind. Andererseits durch die Erhöhung der Effizienz und Effektivität der Leistungserstellung/ -erbringung durch technische und organisatorische Prozessinnovationen. Dazu gehört auch die Gestaltung von wettbewerbsfähigen Wertschöpfungsketten, welche Standorte in verschiedenen Absatzregionen beinhalten und die Abhängigkeit von länderspezifischen Unsicherheiten reduzieren. Die Wechselkursnachteile – gegenüber dem weiterhin bedeutendsten Exportmarkt EU – verstärken die Auswirkungen der gleichzeitig zunehmenden Digitalisierung von Produkten und Prozessen auf den Wirtschaftsstandort Schweiz. Dabei stellt sich die Frage, welche Tätigkeiten in Zukunft in der Schweiz noch

kompetitiv hergestellt werden können sowie welche Kompetenzen und Technologien dazu erforderlich sind. Um die Rahmenbedingungen für Unternehmen in der Schweiz weiterhin attraktiv zu halten, gibt es seitens Bund und Kantone vor allem eine nachhaltig wirksame Strategie: Forcierung von Innovationen durch die Förderung von Bildung und Forschung. Dies bedeutet jedoch, speziell auch im Rahmen der aktuellen Sparprogramme, darauf zu achten, dass nicht genau in diesen Bereichen gespart und dadurch eine zukunftsorientierte Entwicklung verhindert wird. Um negative Auswirkungen der erwähnten Entwicklungen (Wechselkurs, Digitalisierung) auf den Wirtschaftsstandort (Zentral-)Schweiz zu minimieren, bzw. diese als Chance zu nutzen, ist es aus nachhaltig ökonomischen Gründen erforderlich, gezielt in Bildung und Forschung zu investieren. Branchenübergreifende Zusammenschlüsse, wie die Mikrotechnologie-Initiative Zentralschweiz, welche Kompetenzen von Forschungsstätten und Hochschulen in der Region nutzen, sind aufgrund des Engagements seitens der Unternehmen ein wirksamer und zugleich preiswerter Beitrag zur Stärkung des Wirtschaftsstandortes Zentralschweiz. Ich danke den Zentralschweizer Regierungen für die Mitfinanzierung der Forschung, den Vertretern der Zentralschweizer Wirtschaft für ihr Engagement in der MT-Initiative, sowie den Mitarbeitenden des CSEM Zentralschweiz für Ihre kompetente Arbeit.

3.1 Geschäftsfeld ‚Forschung und Entwicklung‘ ■ Ziel: Etablierung eines in der Zentralschweiz verankerten Kompetenzzentrums für Mikrosystemtechnik, das anwendungsorientierte Forschung auf internationalem Spitzenniveau betreibt. Förderung der anwendungsorientierten Forschung und Entwicklung (FuE) in Themenschwerpunkten, welche der regionalen Wirtschaft einen möglichst direkten Nutzen vermitteln. Die Forschungs- und Entwicklungsaktivitäten beim CSEM-Regionalzentrum in Alpnach haben sich umsatzmässig in den letzten Jahren auf einem hohen Niveau gefestigt. Per Ende 2015 arbeiteten im CSEM Zentralschweiz über 40 hochqualifizierte Mitarbeitende an FuE-Projekten mit einem Umsatzvolumen von rund 8 Mio CHF, wovon knapp 50 Prozent aus Projekten mit Unternehmen resultieren. Die Forschungsergebnisse und das zugrunde liegende Forschungsprogramm werden jährlich von einer Kommission des MCCS (Mitglieder Forschungskomitee, Seite 26) auditiert. Der Review vom September 2015 ergab, dass in den vierzehn Jahren Forschungstätigkeit beim CSEM Zentralschweiz in den bestehenden Forschungsfeldern eine hohe Qualität erreicht werden konnte. Der Fokus der erforderlichen Massnahmen zur Optimierung und Weiterentwicklung der FuE-Aktivitäten ist auf die verstärkte Ausrichtung der Forschungs-Schwerpunkte an den Bedürfnissen der (Zentral-)Schweizer Wirtschaft sowie den regelmässigen, persönlichen Kontakt mit Schlüsselkunden zu konzentrieren. Das Forschungskomitee kommt zum Schluss, dass diesbezüglich verschiedene Massnahmen

umzusetzen sind. Deren Umsetzung wird im Rahmen des nächsten Forschungsaudits überprüft. Der detaillierte Auditbericht wurde dem Verwaltungsrat und der Revisionsstelle der MCCS AG, dem Forschungspartner CSEM sowie dem Konkordatsrat der Zentralschweizer Kantone im Rahmen der ordentlichen Berichterstattung zugestellt. Die Berichterstattung zu den Forschungsaktivitäten im Geschäftsjahr 2015 erfolgt in Abschnitt 4, «Forschungsbericht CSEM Zentralschweiz»! 3.2 Geschäftsfeld ‚Mikrotechnologie-Cluster‘ ■ Ziel: MCCS bildet eine Plattform, um Unternehmen, Forschungsinstitutionen und Hochschulen als Kern eines zentralschweizerischen Mikrotechnologie-Clusters zu vernetzen. Dadurch ermöglicht MCCS den Akteuren einen Wissensaustausch und Wettbewerbsvorteile durch Kompetenzvorsprung in technologie-basierten Innovationen. Neben der anwendungsorientierten Forschung und Entwicklung, ist die Vernetzung von Unternehmen, Forschungsinstitutionen und Hochschulen ein wesentlicher Erfolgsfaktor eines Mikrotechnologie-Clusters. Im Rahmen der Leistungsvereinbarung 20132016 wurde der Umfang der verfügbaren Mittel für ‚Forschung und Entwicklung‘ und den ‚Mikrotechnologie-Cluster‘ seitens Konkordatsrat vorgegeben. Aufgrund der, gegenüber den Vorperioden (bis 2012) reduzierten, finanziellen Ressourcen werden die Tätigkeiten in diesem Geschäftsfeld in einem geringeren Umfang weiter geführt.

Ergänzend zu den öffentlichen Veranstaltungen wie der 2-jährlich stattfindende microDay (im KKL Luzern) oder den microTalks (beim CSEM in Alpnach), tauschen sich Vertreter von MCCSAktionären im Rahmen eines Innovationszirkels, zu Innovationsaktivitaten in den Unternehmen, oder im Rahmen des Forschungskomitees, bezüglich relevanter Forschungsthemen, aus. Daneben werden im Rahmen der strategischen Partnerschaften mit der Hochschule Luzern oder dem ITZ bzw. den Organisationen von ‚zentralschweiz innovativ‘ gemeinsame Veranstaltungen durchgeführt.

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Forschungsbericht CSEM Zentralschweiz

Dr. Philippe Steiert, Leiter CSEM Zentralschweiz, Direktor CSEM Regionalzentren

Seit 15 Jahren in der Region: Das CSEM Zentralschweiz Im Jahr 2000 ermöglichte eine Initiative visionärer Politiker und Industrieller im Rahmen der Mikrotechnologie-Initiative der MCCS AG die Gründung des Regionalzentrums des CSEMs in Alpnach. Sowohl das CSEM, das damals hauptsächlich in der Westschweiz verankert war, als auch die regionalen Entscheider hatten ein starkes Interesse an einem vereinfachten Zugang zu Mikrotechnologie in der Zentralschweiz. Als Forschungsschwerpunkt wurde damals die Mikrorobotik ausgewählt. Sie versprach für produzierende Firmen in den Kantonen wie etwa maxon motor, Schurter, Komax oder Leister Zugriff auf Spitzentechnologien für interne Entwicklungen und Innovationen. Arbeitete in den ersten Wochen noch ein Kernteam von weniger als zehn Personen in weitestgehend leeren Räumen in Alpnach, wuchsen Mitarbeiterzahl, Infrastruktur und Expertise in den folgenden Monaten schnell an.

ses umfassende Technologieportfolio wird in unterschiedlichsten Applikationsfeldern eingesetzt. Auf diese Weise bietet das CSEM in Alpnach seine Expertise für die regionale Industrie an – vom Klein- und Mittelbetrieb bis zum Grossunternehmen – jedes Unternehmen mit seinen speziellen Bedürfnissen.

Das Forschungsthema Mikrorobotik umfasst wesentlich mehr als die Entwicklung kompakter oder präziser Roboter: Heute, im Jahr 2015, beschäftigen wir uns am Standort daher mit Technologien für die produzierende Industrie. Darunter fallen dann neben der klassischen Industrierobotik Themen wie die Steuerung komplexer Systeme, Handhabung kleiner Objekte – Festkörper, Gase oder Flüssigkeiten -, neue Ansätze in der Qualitäts- und Prozesskontrolle, Mikromontage und Packaging für die zuverlässige Systemintegration, Mikrostrukturierung und die kundenspezifische Sensorentwicklung. Die-

CSEM – Ein Technologiehub für die Schweiz Im CSEM in Alpnach finden die Kunden nicht nur die Expertise in Mikrorobotik und den verwandten Disziplinen: Dieser Standort vertritt ebenso das breite Portfolio des CSEM Mutterhauses in Neuchâtel sowie der weiteren Regionalzentren in Muttenz, Landquart und Zürich mit über 450 Mitarbeitern. Für unsere Partner ergeben sich so kurze Wege für den Zugriff auf umfassende Technologien. Das CSEM forscht und entwickelt auf zahlreichen zukunftsträchtigen Gebieten, in denen es die Technologieführerschaft beansprucht. Beispielhaft seien aufgezählt:

Die Unterstützung durch das MCCS, hier vor allem die seit der Gründung immer wieder bestätigten finanziellen Zuwendungen der Zentralschweizer Kantone, ist für das Regionalzentrum unverzichtbar. Nur auf diese Weise können in Alpnach Technologieplattformen entwickelt werden, aus welchen heraus die Wirtschaftspartner ihre Innovationen vorantreiben. Die Plattformen dienen der Wirtschaft und reduzieren das industrielle Entwicklungsrisiko beträchtlich. Diese kantonale Unterstützung ist keine Selbstverständlichkeit, aber eine Investition in die Region. Das CSEM misst sich seit 15 Jahren am Erfolg seiner Partner.

Hocheffiziente Mikrosysteme für Aktorik, Sensorik sowie Kommunikation, Chipdesign und vielfältige Technologien für die Mikro- und Nanostrukturierung, integrierte Messtechnik für unterschiedlichste Anwendungen, Drucktechnologien für kostengünstige Produktion komplexer Systeme, Innovationen in der Photovoltaik. Das Team in Alpnach steht zur Verfügung, um aus diesem Angebot die beste Lösung für eine spezielle industrielle Aufgabe zusammenzustellen. Dabei nutzen wir auch die engen Verbindungen zu nationalen und internationalen Forschungspartnern. Für die Schweiz sind das vor allem die Technischen Hochschulen, die Universitäten und auch die Fachhochschulen – in der Zentralschweiz insbesondere die Hochschule Luzern. In Europa kooperieren wir vertieft mit Instituten, die zusammen mit dem CSEM in der «Heterogeneous Technology Alliance» organisiert sind: VTT in Finnland, Fraunhofer in Deutschland und CEA in Frankreich. Innovation – der Schlüssel zum Erfolg Gleich zum Jahresanfang im Januar 2015 hat die Aufhebung des Euro-Franken-Mindestkurses die Schweizer Unternehmen erschüttert. Die Firmen reagierten unterschiedlich auf die neue Situation. Nicht immer blieben dabei schmerzhafte Schritte aus. In einer solchen kritischen Lage verdrängen die kurzfristig dringenden Massnahmen oft die langfristig notwendigen. Wie aber auch schon vor dem «Frankenschock» lebt die Schweizer Industrie vom Qualitätsversprechen und von der Innovation. Dies immer wieder trotz Währungsdrucks zu erhalten, erfordert einen langen Atem und Weitsicht.

Die Kommission für Technologie und Innovation (KTI) hat auf die Situation reagiert und ihr «Starker Franken»-Programm lanciert. Hier wurde bis zum Dezember 2015 den exportorientierten klein- und mittelständischen Unternehmen der Zugang zu Spitzentechnologien vereinfacht. Im Rahmen dieses Programmes initiierte das CSEM mit zahlreichen Partnern neue Kooperationen und unterstützte sie bei der Nutzung neuer Technologien. Erste Resultate aus dem Programm werden im Laufe des Jahres 2016 erwartet. Highlights aus dem Regionalzentrum Im Jahr 2015 erarbeitete das CSEM Regionalzentrum wieder zahlreiche Lösungen für die Industrie. Details aus den verschiedenen Applikationsfeldern werden in dem vorliegenden Jahresbericht präsentiert. An dieser Stelle seien ausgewählte erfolgreiche Kooperationen und Eigenentwicklungen kurz hervorgehoben. Die grundlegenden Technologieplattformen, die hierbei zum Einsatz kamen, wurden durch den Einsatz von MCCS Mitteln aufgebaut. Industrielle zerstörungsfreie Prüfung von Werkstücken In Alpnach steht eine Anlage für innovative Röntgenuntersuchungen von Werkstücken zur Verfügung. Sie wurde vom CSEM in mehrjähriger Arbeit entwickelt. Die Anlage misst die Streuung der Röntgenstrahlung bei Durchdringung einer Probe. In einer konventionellen Röntgenaufnahme wird lediglich die Absorption registriert. Durch die Visualisierung der Streuung lassen sich nun kleinste Materialdefekte

nachweisen. Werkstücke mit unterschiedlichster Form und Zusammensetzung können geprüft werden, aber auch die Prozesse zur Herstellung solcher Werkstücke lassen sich jetzt besser hinsichtlich kritischer Teilschritte untersuchen. Neben zweidimensionalen Aufnahmen ermöglicht eine dreidimensionale, tomografische Darstellung der Daten einen plastischen Einblick in die Proben. Das Verfahren steht der Industrie für die Analyse ihrer Materialien zur Verfügung. Sichere Felsüberwachung Hangrutschungen und Felssturz sind grosse Gefahren für Infrastruktur und insbesondere die Menschen in der Schweizer Bergwelt. Das CSEM in Alpnach arbeitet mit einem lokalen KMU an einer Lösung für eine erheblich verbesserte Hang- und Felsüberwachung. Ein Netzwerk von extrem energiesparenden, hochpräzisen Positionssensoren wird in einem kritischen Gebiet installiert. Es erkennt Hangbewegungen im Subzentimeterbereich bereits in einem frühen Stadium. Das Sensornetzwerk arbeitet mit autarker Energieversorgung und benötigt keine Verkabelung. Die Installation wird dadurch erheblich vereinfacht. Kündigt

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Jahresbericht 2015 Mikrotechnologie-Initiative Zentralschweiz

sich nun eine Hangrutschung durch erste Instabilitäten des Geländes an, so ermöglicht eine Frühwarnung die rasche Umsetzung der notwendigen Sicherungsmassnahmen. Miniaturisierte Implantate In der Medizintechnik versteht man unter aktiven Implantaten solche Mikrosysteme, die über einen langen Zeitraum im Körper verbleiben und Mess- oder Steueraufgaben erledigen. Ein bekanntes Beispiel ist der Herzschrittmacher, der Erregungsimpulse am Herzen überwacht und mit elektrischen Signalen einen Herzschlag auslösen kann. Nur wenige Materialien dürfen aber mit dem Körpergewebe in Kontakt stehen (etwa Titan, Saphir, Platin). Das Gehäuse des Implantats muss also sein Innenleben sicher abschirmen. In diesem Themenfeld entwickelte das CSEM Lösungen im Mikropackaging, welche die sichere Verkapselung elektronischer Komponenten gewährleisten. Ein wichtiger Aspekt ist auch die hermetisch dichte Durchführung elektrischer Leitungen in Implantaten. Die CSEM Entwicklungen ermöglichen einen kompakteren Aufbau der Implantate. Durch die miniaturisierte Bauform werden unerwünschte Nebenwirkungen reduziert.

Partnerschaft mit der Industrie Die in diesem Jahresbericht gezeigten Beispiele deuten das breite Themenfeld am CSEM an und zeigen die Einsatzmöglichkeiten, die sich für die Wirtschaft ergeben. Die Möglichkeiten der Kooperation mit der Industrie sind so vielfältig wie die Themen. Jeder Kunde hat spezielle Bedürfnisse, auf die wir selbstverständlich eingehen. Handelt es sich um eine dringende Machbarkeitsabklärung oder um ein komplexeres Projekt mit multidisziplinärer Expertise? Kann ein spezielles nationales oder internationales Förderinstrument genutzt werden oder wird Wert auf eine direkte Kooperation gelegt? Gibt es einen firmeninternen personellen Engpass in einem Entwicklungsprozess? Ganz unverbindlich steht das CSEM in Alpnach bei solchen Fragen bereit, um mit den Partnern die besten Lösungen zu entwickeln.

Regionalzentrum Alpnach Philippe Steiert*

Robotics & Automation Philipp Schmid

Instruments & Tools for Life Sciences Helmut Knapp

System- & Process Monitoring Erwin Schaller

Packaging & Optics Stefan Mohrdiek

Production Services Alexander Steinecker

* Mitglied der Geschäftsleitung CSEM SA

CSEM SA Das 1984 gegründete CSEM (Centre Suisse d’Electronique et de Microtechnique) ist ein privates Schweizer Forschungs- und Entwicklungszentrum, das sich auf Mikro- und Nanotechnologie, Mikroelektronik, Systems Engineering, Photovoltaik und Kommunikationstechnologien spezialisiert hat. Das CSEM trägt zur Erhaltung und Stärkung der Wettbewerbsfähigkeit von Schweizer Betrieben bei und sichert den Fortbestand von Produktionskapazitäten, die einen hohen Mehrwert generieren. Es bietet seinen Industriekunden und Partnern, basierend auf seinem Marktwissen und seinen technologischen Kompetenzen, innovative und massgeschneiderte Lösungen an, die aus den Resultaten akademischer und eigener angewandter Forschung hervorgehen. Das CSEM geniesst nationale und internationale Anerkennung durch die Entwicklung innovativer Technologieplattformen in fünf strategischen Programmen: ■ Ultra-Low-Power Integrated Systems ■ Systems ■ Microsystems ■ Surface Engineering ■ Photovoltaics Über 450 hoch qualifizierte Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter aus diversen wissenschaftlichen und technischen Bereichen arbeiten für das CSEM in Alpnach, Landquart, Muttenz, Neuchâtel und Zürich. Die Ergebnisse 2015 der CSEM SA werden in einem Annual Report und in einem Scientific Report veröffentlicht.

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Applikationsfeld Robotics & Automation

4.1.

1 Autonomes Flugzeug „Spacefish“ über dem Flugplatz Kägiswil 2 MEGAROB System bestehend aus Portalkran, 6-Achs-Roboter und Laser-Tracker 3 Gefräste Nut (links: ohne Korrektur, rechts: mit aktiver CSEM Roboterkorrektur) 4 Aufbau des Robotersystems für Smart-Textiles

Die Automatisierungstechnik in der Schweiz ist gerade vor dem Hintergrund «Starker Franken» von enormer Bedeutung. Um Arbeitsplätze lokal zu erhalten und der breiten Abwanderung von Produktionsplätzen ins Ausland entgegenzuwirken, müssen Aspekte der Industrie 4.0 pragmatisch umgesetzt und hiesigen Firmen einfach zugänglich gemacht werden. Im Rahmen der CSEM-weiten Forschungsaktivität «Systems - Automation» liegt der Fokus des Applikationsfeldes Robotics & Automation in der Zentralschweiz auf der Entwicklung von Prozessen und Softwarelösungen für die fehlerfreie Produktion und Montage von Klein- und Grossserien. Ziel ist es, der Industrie Werkzeuge und Technologieplattformen zur Verfügung zu stellen, die ihre Wettbewerbsfähigkeit im Hochlohnland Schweiz verbessern. Nebst dem starken Fokus auf Kostenreduktion geht es hauptsächlich um Qualitätsaspekte und um die Erschliessung der kompletten Wertschöpfungskette. Unsere Forschungsaktivität hat folgende Schwerpunkte: 1. Selbstlernende Konzepte (machine learning) für Qualitätsinspektion und prädiktive Instandhaltung (predictive maintenance) 2. Innovative Regelalgorithmen 3. Neuartige Roboter- und Greifer Systeme Weiter werden zwei umfangreiche Softwareplattformen weiterentwickelt und gepflegt. Einerseits das «CSEM Robotics Framework» für Roboter- und Echtzeit-Steuerungen, anderseits die «CSEM Vision Toolbox» für die einfache und elegante Verwaltung von Bildverarbeitungsaufgaben inklusive Anbindung an verschiedene SPS-Steuerungen. Beides sind CSEM Softwareprodukte, die gerade in der lokalen Industrie immer beliebter werden und von mehreren Kunden eingesetzt werden.

Technologie-Kompetenzen ■ Analyse und Design von kundenspezifischen Roboterlösungen ■ Simulation, Design und Implementierung von Robotersteuerungen ■ Algorithmen für Bild- und Signalverarbeitung für Qualitätskontrolle und Automation ■ Design und Optimierung von Systemen zur Bildverarbeitung (Kamera, Objektiv, Beleuchtung) ■ Software für selbstlernende Prozesse und Optimierungen ■ Entwicklung von Zufuhr- und Greifsysteme für die Handhabung von Mikrokomponenten ■ Prozessentwicklung und Prozessintegration für Automationslösungen ■ Softwareentwicklungen für den industriellen Einsatz ■ Bestehende Softwareplattformen in attraktivem Lizenzmodell Angewandte Forschung Die Forschungsaktivitäten waren 2015 hauptsächlich durch drei endende EU-Projekte geprägt. Im Projekt PASTA ging es um intelligente Textilien und ihre Herstellung. Am CSEM in Alpnach wurden neue Prozesse für die Integration von Elektronik in Textilien entwickelt. Es wurde ein Roboter für das direkte Bonden von Mikro-LEDs in gewobene Textilien entwickelt und gebaut. Nebst hoher Präzision brauchte es Mikrodosierprozesse, Bildverarbeitung und neuartige Greifer. Mit dem Robotersystem wurden die Prozesse direkt im produktionsnahen Umfeld getestet und ausgewertet. Die Stoffe mussten strenge Prüfverfahren wie mehrmaliges Waschen, chemisches Reinigen und starkes Knittern

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durchlaufen. Die gewonnenen Erkenntnisse sollen in Zukunft in neue Produkte und Anwendungen einfliessen. Im EU Forschungsprojektes MEGAROB ging es um die Bearbeitung von übergrossen Werkstücken wie komplette Flugzeugflügel oder Rotorblätter eines modernen Windrades. Anstelle von teuren, riesigen CNC-Maschinen wurde in diesem Projekt eine neuartige, kostengünstige Alternative entwickelt. Es wurde ein handelsüblicher 6-Achs Industrieroboter an einen Portalkran befestigt. Bekanntlich verhält sich ein solcher Kran nicht wie eine stabile Maschinenkonstruktion, sondern er ist vielmehr ein elastisches Gestell, welches stark zu Schwingungen neigt und keine hohe Positionierpräzision aufweist. Um diese Effekte zu kompensieren, ermittelt ein externes LaserTrackingsystem bis zu 1‘000 Mal pro Sekunde die absolute Position des Endeffektors des Roboters. Das zentrale Steuerungselement zwischen Tracker und Roboter war die Aufgabe des CSEM. Es wurde eine Regelungsarchitektur entwickelt, welche es erlaubt, mit 1kHz die Position vom Tracker zu empfangen, diese auszuwerten und Korrekturwerte an den Roboter zu senden. Das Ergebnis ist eine kostengünstige, flexible Lösung, welche in einer Halle in Spanien an realen Teilen eingesetzt wird. Es gibt konkrete Anfragen von Industriekunden sowie weitere Forschungsthemen wie die Kombination von subtraktiver und additiver Fertigung mit einem solchen System. Im dritten EU-Projekt PRIME ging es um dezentrale Automatisierungskonzepte ganz gemäss dem Ansatz der «Industrie 4.0». Moderne Fertigungssysteme bestehen aus einer grossen Vielzahl von verschiedenen Komponenten. Der Systemintegrator muss diese

schnell und einfach in Betrieb nehmen können und damit eine Maschine oder eine ganze Produktionsstrasse aufbauen. In PRIME wurde eine agentenbasierte Software Architektur entwickelt, um diese Arbeiten zu beschleunigen und zu erleichtern. Kleine Stückzahlen und schnell ändernde Produktevarianten sind Herausforderungen für Integratoren. Als Lösungsvorschläge wurden verschiedene Konzepte umgesetzte und in Software implementiert: Plug&Produce, Smart Human-Machine-Interface (HMI), AutoKonfiguration/-Adaptation und Trendanalyse (predicitive maintenance). Einige dieser neuen Technologien werden in Zukunft in die bestehenden Software Plattformen des CSEM eingebaut und so auf einfache Weise lokalen Kunden zugänglich gemacht. Im Jahr 2015 konnte ein weiteres Forschungsprojekt für die ESA erfolgreich abgeschlossen werden. Ziel war es, einen autonomen Gleiter für Flüge bis 40km Höhe zu entwickeln. Mit diesem «Spacefish» sollen Luftproben aus der Stratosphäre an einen vordefinierten Landeplatz gebracht werden. Ein solches System würde es auch erlauben, teurere Messgeräte in die täglichen Wetterballonmissionen einzubauen. Das Fluggerät ist mit einem vom CSEM entwickelten Autopiloten ausgerüstet und besitzt ein «Mission Health System» für die autonome Überwachung der gesamten Mission. Erste Testflüge wurden in Alpnach und Kägiswil durchgeführt. Als Highlight standen Live-Missionen auf einer Raketentestbasis in Schweden auf dem Programm. Dabei erreichte das Flugzeug Mach 0.9 und musste mit Windgeschwindigkeiten von über 100km/h zurechtkommen.

5 Testflüge auf der ESA Raketenbasis in Schweden 6 Beheizbarer Spezial-Greifer entwickelt für die Bestückung von LEDs in Textilien. 7 Stoff bestückt mit LEDs für optische Effekte 8 Softwarelösung der neusten Generation für die Automatisierungsbranche 9 Vollautomatische Fehlererkennung von Baugruppen durch Vibrationen/Geräusche. Implementiert in CSEM Software für eine einfache Handhabung.

Die Forschungsaktivität im Bereich vollautomatische Fehlererkennung durch Geräusch- oder Vibrationsanalyse (Tilear) wurde stark vorangetrieben. Seit mehreren Jahren wird am CSEM eine Software entwickelt, welches es ermöglicht, Baugruppen objektiv auf ihre Qualität hin zu prüfen. Erste Ergebnisse stimmen sehr zuversichtlich, und es gibt diverse Anfragen aus der Industrie.

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Applikationsfeld Instruments & Tools for Life Sciences

4.2.

Aufsatz für Laborflaschen zum Dispensieren des Inhalts nach controlled Pressure Driven Dispensing Technologie. 2 Integrierter mikrofluidischer Ventilblock zur Aufbereitung von Lebensmittelproben für die Schadstoffanalyse. 1

In dieser Aktivität werden am CSEM in Alpnach seit Anfang 2014 die bisherige Plattform «Microfluidics & Liquid Handling» mit Teilen der Aktivitäten aus «Sensors & Process Control» und «Automation» zusammengefasst, um die Laborautomation und -instrumentation noch besser bedienen zu können. Das Ziel ist es neuartige Methoden zum Handhaben von Proben und Reagenzien in der Labortechnik zu erarbeiten. Dabei werden Prinzipien aus der Mikrofluidik und der Robotik angewendet, um Proben für deren Analyse aufzubereiten. Dazu gehören präzise Dosierung, Filterung und Konzentration von Flüssigkeiten aber auch Partikeln, wie Zellen oder funktionalisierte Mikrokügelchen. Zusätzlich direkt integrierte Sensoren ermöglichen es, die Abläufe zu überwachen oder geregelt zu betreiben. Die zusätzlich vorhandene Designkompetenz und Prototyping Infrastruktur am CSEM erlauben es, innerhalb kürzester Zeit kompakte Prototypen herzustellen. Diese Technologieplattform bedient im Besonderen den Bereich Instrumentation und Automation für die Life Sciences, also Biotechnologie, Pharma, Diagnostik und Laboranalytik im Allgemeinen. Firmen, die für diesen Markt Geräte entwickeln, sind in der Schweiz stark vertreten und zum Teil im Industriecluster toolpoint for the lab sciences organisiert, bei dem auch das CSEM Mitglied ist. Zusätzlich ist CSEM im NTN Swiss Biotech und im Vorstand des biotechnet vertreten. Hier kommen zu Industriemitgliedern auch Player der Schweizer Forschung aus dem akademischen Bereich und anderen Research & Technology Organisationen dazu. Ein direkter Austausch von Bedürfnissen und

neuen Technologien ist dadurch gewährleistet und vom CSEM entwickelte Technologien und Module finden so direkten Zugang in die Industrie im Inland und Ausland. Im vergangenen Jahr 2015 wurde der im vorangegangenen Jahr begonnene Pressure Driven Dispensing Unit weiter entwickelt. Die dispensierten Flüssigkeiten sind nun mit keiner kritischen Komponente mehr im Kontakt und die Genauigkeit konnte für den gesamten Volumenbereich auf +/- 1% gebracht werden. Ein Demonstrator wurde mit Hilfe von 3D Druck hergestellt und bei der internationalen Messe SLAS im Januar 2016 vorgestellt (Abb. 1). Die Patentanmeldung für diese Technologie wurde Anfang Januar 2016 von Europa auf USA ausgeweitet. 3D Druck, in diesem Fall von einem Edelstahlmodul, wurde auch verwendet, um einen mikrofluidischen Ventilblock herzustellen, der zur Probenaufbereitung von Milch, Olivenöl und Nussextrakt verwendet wird (Abb. 2). Die aufbereiteten Proben werden anschliessend auf Schadstoffe analysiert. Diese Aktivität findet im Rahmen des EU-Projektes BIOFOS statt. In einem weiteren, durch die KTI unterstütztem, Projekt konnte ein Technologietransfer der an CSEM entwickelten ARCTechnologie (Patentiert) an ein Schweizer Unternehmen stattfinden, welches kundenspezifische Pipettierlösungen anbietet (Abb. 3). Diese Technologie bietet passive Kontrolle der Flussrate für diverse Flüssigkeitsklassen und Tip-Geometrien. Auch der am CSEM entwickelte hochdynamische Flusssensor wurde für einen Kunden für Anwendungen beim präzisen Dosieren von kleinen Flüssigkeitsmengen so angepasst (Abb. 4), dass er kompakt mit dem Pumpenmodul des Kunden kombiniert werden kann.

Technologie-Kompetenzen ■ Module zur Probenaufarbeitung für Laborinstrumentation ■ Methoden zum Handhaben von Mikro partikeln und Zellen in Flüssigkeiten ■ Methoden zur Prozessüberwachung in der Laborautomation ■ Verfahren und Systeme für Dispensiervorgänge kleinster Volumina ■ Design und Simulation von mikrofluidischen Systemen ■ Prototypenherstellung und Testen von fluidischen Systemen ■ Kombination und Integration von Mikrofluidik, Sensorik und Robotik für die Laborautomation Angewandte Forschung CellFactor – ein System zum Sortieren und Ablegen von biologischen Modellorganismen In der pharmazeutischen Forschung sowie bei der generellen Überprüfung der Toxizität von Substanzen für Lebewesen ist seit einigen Jahren ein technologischer Trend im Gange, die komplexen Interaktionen auf dem Level von Modellorganismen, wie Oozyten oder 3D-Mikrogewebe zu untersuchen. Zum einen sind die Ergebnisse damit relevanter als beim reduktionistischen Ansatz, bei dem nur die Interaktion von biochemischen Molekülen betrachtet wird. Zum anderen ist der neue Ansatz ethisch vertretbarer als das Experimentieren mit Versuchstieren. Um solche Tests in grossem Massstab durchführen zu können, sind Werkzeuge und Instrumente für die Automation der Analysen sowie der Präparation notwendig. Ein besonderer Engpass

heute besteht beim Sortieren und Vereinzeln von Zellen oder Organismen aus einer Suspension. Diese beiden Schritte müssen allen anderen Manipulations- und Analyseverfahren vorausgehen. Die vom CSEM in den letzten Jahren entwickelte CellFactor Plattform kombiniert Mikrofluidik mit Robotik und selbstlernenden Bildverarbeitungsalgorithmen, um Organismen im Grössenberiech 500-2000 μm vollautomatisch zu sortieren und in Mikro titerplatten abzulegen. Das Patent in USA wurde Januar 2015 erteilt. Ende 2015 wurde ein neuer CellFactor Prototyp (Abb. 5 und 6) aufgebaut, der an der internationalen Messe für Laborautomation SLAS Ende Januar 2016 auf grosses Interesse stiess.

Zoom in den Arbeitsbereich des CellFactor: oben links (beleuchtet) der Sortierer, oben rechts der Dispensierkopf, unten rechts eine Mikrotiterplatte 3 Mikroelektromechanischer Aufbau eines Pipettierkanals für die passive Kontrolle der Flussmenge.

Kompaktes Flusssensor-Modul zur Integration in ein Dispensiermodul eines Kunden.

CellFactor – System zum Sortieren von «Small Model Organisms» und deren Ablegen in Mikrotiterplatten

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Applikationsfeld System- & Process Monitoring

4.3.

1 1 Felsabbruch am Gotthard 2 (2012)

Sensoren spielen eine entscheidende Rolle im gesamten modernen industriellen und medizinischen Umfeld, insbesondere bei der Überwachung von Qualität, Prozessen und Systemen. Mit dem Hauptziel einer erhöhten Prozess- und Systembeherrschung zu vertretbaren Kosten, sind die generellen Anforderungen an die Sensoren Genauigkeit, Kosteneffizienz und Zuverlässigkeit bei minimalem Integrations- und Wartungsaufwand. Der allgemeine Trend in der Sensorindustrie weist in Richtung kleinerer, schnellerer und preiswerterer Lösungen nahe am Ort des Geschehens. Wichtige technische Merkmale diesbezüglich sind, unter anderem: in-situ, berührungslose, multi-parameter Messungen und Informationsfusion, Intelligenz, Echtzeitdatenverarbeitung, Kompaktheit, dezentrale Analytik, drahtlose Kommunikation, Langzeitautonomie. Trotz zunehmender Verfügbarkeit von verschiedensten skalierbaren Technologien (z.B. CMOS Kameras, MEMS, MOEMS) sind die Bedürfnisse in vielen industriellen Anwendungen sehr spezifisch und können nur durch massgeschneiderte Lösungen erfüllt werden. Immer häufiger gelingt es Unternehmen, mit Hilfe von Sensorik Produkten Alleinstellungsmerkmale zu verschaffen, ohne dabei ihre Produktionskosten signifikant anzuheben. Dies bringt einen Wettbewerbsvorteil und ist eine grosse Motivation für kundenspezifische Sensorentwicklungen. Im Applikationsfeld System- & Process Monitoring werden seit über zehn Jahren kundenspezifische Sensorlösungen für System- und Prozessüberwachung mit hoher Integrationstiefe entwickelt. Unsere Kunden stellen hohe Anforderungen an Präzision und Zuverlässigkeit bei gleichzeitig geringen

Herstellungskosten, ein vermeintlicher Widerspruch, dem nur mit einer für das Anwendungsumfeld optimal angepassten Messmethode begegnet werden kann. Die Lösungen zeichnen sich durch interdisziplinäre Ansätze bei einer effektiven Kombination von kundenspezifischen Entwicklungen und kommerziell verfügbaren Technologien aus. Technologie-Kompetenzen ■ Design und Simulation von hochpräzisen messtechnischen Systemen und Komponenten (Sensorfusion) für den zuverlässigen Einsatz unter extremen Bedingungen ■ Design von kapazitiven und induktiven, sowie piezoelektrischen Sensoren ■ Analoge und digitale Signalverarbeitung mittels FPGA (Field Programmable Gate Array) und Mikrokontroller ■ Schaltungsdesign für rauscharme, energieeffizient und hochfrequente Elektronik ■ Zerstörungsfreie Werkstoffprüfung mit Hilfe von Impedanzspektroskopie (DC – THz), Ultraschallspektroskopie und mechanische Resonanzanalyse, Röntgenphasenkontrastanalyse ■ Entwicklung, Prototypenherstellung bis hin zu Nullserien Aktivitäten Im Jahr 2015 wurden in Kooperation mit mehreren lokalen KMUs kosteneffiziente und zuverlässige Sensorlösungen zur Systemund Prozessüberwachung entwickelt. Dies reichte von einem präzisen Kalibrationssystem für Encoder in der Eisenbahnwagenindustrie, einem optischen Überwachungssystem zur Reinheitskontrolle von Abwässern bis hin zu einem drahtlosen Sensornetzwerk zur Überwachung von instabilen geologischen Gefahrenstellen.

Angewandte Forschung Drahtloses Sensornetzwerk zur Überwachung von Felsen und Hängen Die steigendende Durchschnittstemperatur im Alpenraum und die Häufung von extremen Wetterereignissen, ausgelöst durch den Klimawandel, erhöht die Instabilität der Hänge und Felsen mit vermehrten Auftreten von Murgängen, Erdrutschen und Felsabbrüchen (Abbildung 1). Um die Sicherheit von Menschen und Infrastruktur zu bewahren, bedarf es einer kontinuierlichen Überwachung der Gefahrenstellen zur Alarmierung im Ereignisfall und zur Risikobeurteilung. Standardmässig werden heute kabelgebundene Sensornetzwerke installiert, deren Einsatz aufwendig und risikobehaftet ist. Ihr grösster Schwachpunkt ist die Verkabelung, da sie zum einen viel Zeit zur Installation im kritischen Gebiet erfordert. Zum anderen kann sie, zum Beispiel durch Felsabgänge oder Tierverbiss, beschädigt werden, wodurch die Betriebszuverlässigkeit des Gesamtsystems reduziert wird. Das CSEM unterstützt mit Mitteln der KTI ein lokales KMU bei der Entwicklung eines neuartigen drahtlosen Sensornetzwerkes zur Überwachung geologischer Gefahrenstellen. Es bietet den Vorteil einer schnellen und flexiblen Installation vor Ort, indem ad-hoc die einzelnen Sensorknoten miteinander vernetzt werden. Bei Ausfall eines Knoten reorganisiert sich das Netzwerk autonom, um Informationsverluste zu minimieren. Das System kann ohne grossen Aufwand jederzeit um weitere Knoten ergänzt werden. Eine zeitnahe Alarmierung im Ereignisfall erlaubt einen Einsatz des Netzwerkes zur Überwachung von zeitkritischen Prozessen. Kommerzielle geologische Standardsensoren wie Exten-

someter, Crackmeter, Reissleinen, sowie Lage- und Beschleunigungssensoren, sind zur Überwachung von Gefahrenstellen in die Netzwerkknoten integriert. Einzelne Knoten sind zusätzlich mit präzisen GNSS Sensoren ausgestattet, um langfristige relative Positionsverschiebungen mit sub-cm Auflösung zu detektieren. Durch die intelligente Kombination der verschiedenen Messparameter wird kontinuierlich ein Lagebild zur Risikobeurteilung der Gefahrensituation erstellt. Das Messprotokoll wird dynamisch an die Gefahrenlage angepasst, um die Betriebsdauer des Netzwerkes zu optimieren. Die Entwicklung eines drahtlosen Sensornetzwerkes, das unter extremen Witterungsbedingungen über mehrere Jahre hinweg zuverlässig funktioniert, stellt besondere Anforderungen an sämtliche Systemkomponenten. Es muss ein optimaler Kompromiss zwischen Übertragungsrobustheit, Latenzzeit (Zeit von einem Ereignis bis zur Registrierung), Betriebsdauer und Baugrösse/Gewicht gefunden werden. Zu Testzwecken wurde daher ein drahtloses Sensornetzwerk bestehend aus 8 Knoten im alpinen Raum installiert (Abbildung 2). Wichtigste Merkmale des neuen Systems sind ein autonomer zuverlässiger Betrieb von mindestens 7 Jahren, eine automatische Alarmierung im Ereignisfall und die Integration verschiedenster Sensoren für eine akkurate Bestimmung der Gefahrenlage. Die vorraussichtlichen Gesamtbetriebskosten des neuen drahtlosen Sensornetzwerkes werden gegenüber kabelgebundenen Systemen halbiert, sodass mit gleichen Mitteln mehr Gefahrenlagen überwacht werden könnten.

3 3

2 Testnetzwerk bestehend aus 7 Knoten (2-8) und einer Basisstation (1) 3

Messung der Wasserqualität

Visualisierung Fremdbestandteile im Wasser-Reinigungsprozess

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Applikationsfeld Packaging & Optics

4.4.

Die Integration von Mikrosystemen wird ein Schlüsselelement in vielen Zukunftstechnologien bleiben. In diesem Bereich hat das CSEM den Vorteil interdisziplinäres Know-How in der komplexen Integration von verschiedensten Funktionalitäten bieten zu können. Ein breit gefächerter Bereich von Anwendungen kann damit abgedeckt werden, der unter anderem Funktionen speziell in der Optik und allgemein in Fluidik, Optik, Mechanik, Elektronik und Biologie miteinander vereint.

Es wurde eine neue CSEM proprietäre Technologie für das Fügen von miniaturisierten, langzeit- biokompatiblen Materialien wie z.B. Saphir entwickelt, mit dem einzigartigen Vorteil der Transparenz für gleichzeitige Übertragung von optischen und elektromagnetischen Signalen. Im Vergleich zu üblichen biokompatiblen Materialien wie z.B. Titan, welches undurchlässig für beide Signalarten ist, birgt das einen immensen Vorteil. Innerhalb des europäischen Forschungsprojektes ACTION, in dem das CSEM die Projektleitung hat, werden diese Entwicklungen weiter getrieben in Richtung smarter implantierbarer Komponenten, mit dem Ziel ein Gehörimplantat zu entwickeln (Abb. 1). Erste Prototypen mit miniaturisierten Lasergehäusen und Linsenoptik wurden realisiert, um das Studieren des opto-akustischen Effektes bei der Stimulation innerhalb der Hörschnecke zu ermöglichen.

Beispielsweise können kosteneffiziente und zuverlässige Lösungen mit innovativen Montage- und Fügetechnologien entwickelt werden; ein Bereich der neben der eigentlichen Komponentenherstellung oft vernachlässigt wird und einen Hauptanteil an den Kosten eines Mikrosystems hat.

Weiterhin wurde im Rahmen eines Gemeinschaftsprojektes mit der HSLU eine Fügetechnologie mit Hilfe von Nanofolien untersucht, um spezifische Materialien (AlN, ArCap, Edelstahl, Al, Incoloy) ohne Erwärmung z.B. in einem Reflow Ofen miteinander zu verbinden (Abb. 2).

Wir beabsichtigen einen weiten Bereich von Aufbau- und Verbindungstechniken zu verfolgen, die mit heutigen globalen Herausforderungen mithalten können. Das beinhaltet im besonderen Sensor Plattformen für Anwendungen in der Medizintechnik und Umweltüberwachung, Integration von Messkonzepten für harte Umweltbedingungen, und neue Aufbau- und Montagemöglichkeiten für Laserlichtquellen.

In einem weiteren Projekt wurde ein Gehäuse entwickelt, welches einen MEMS Sensor beinhaltet der Lichtsignale aus einer Glasfaser modifiziert, so dass Beschleunigung gemessen werden kann (Abb. 3). Für die Anwendung in Generatoren die hohe Wirbelströme generieren, müssen nicht-magnetische Komponenten ausgewählt werden, d.h. mit elektrischen Zuleitungen kann nicht gemessen werden.

3 Faseroptischer Beschleunigungssensor für harte Umweltbedingungen 1 Eine Reihe von Platin Substratelektroden 2 Nanofolie und Fügebeispiel: AlN auf Edelstahl

Das “Swiss Photonic Packaging Laboratory“ (SPPL, Teil des Schweizer Nationalen Themen Netzwerkes) unter der Leitung des CSEM in Alpnach hat mit der Fachhochschule Buchs zusätzlich zur EMPA einen weiteren Partner dazugewonnen, um das Angebot für innovationsorientierte KMU auszuweiten, die Lösungen in der Photonik suchen. Technologie-Kompetenzen ■ Design und Simulation (optisch, thermisch, thermo-mechanisch) von Komponenten und Systemen ■ Prototypenherstellung und teilautomatisierter Zusammenbau von optischen Modulen ■ Bestückung und Fixierung von Komponenten mit einer Genauigkeit kleiner als 1 Mikrometer ■ Hochpräzise Klebeprozesse, z.B. für aktive optische Glasfaserankopplung ■ Hermetische Verkapselung von Gehäusen (Vakuum, verschiedene Gase) ■ Flip-Chip Montage und Chip Verbindungen (Löten, Thermokompression, Kleben) ■ Drahtbonder ■ Mechanische und optische Charakterisierung mit Zuverlässigkeitstests: Temperatur(-zyklen), Scher-/Zuguntersuchungen, Glasfaser-Zugtests, Feuchtigkeit, Querschnitts- und SEM-Analysen, Roentgen, Heliumdichtigkeitstests Angewandte Forschung Drucksensor in hermetisch versiegeltem, biokompatiblem Gehäuse Im Rahmen eines intern am CSEM geförderten Projektes ist für die Aufbau- und Verbindungstechnik eine Plattform entwickelt

worden, um miniaturisierte Gehäuse mit speziellen Eigenschaften herstellen zu können. Dazu gehört eine Auswahl an Materialen die biokompatibel sind (u.a. Platin Elektroden) und eine hermetische Versiegelung von Saphir Gehäusen mit einer Langzeit Stabilität von mehr als 5 Jahren, wie sie für Aktivimplantate verwendet werden kann (Abb. 4). Der entwickelte Demonstrator für die Technologie umfasst einen drahtlosen Drucksensor der z.B. bei der Blutdruckmessung von Patienten mit akuten Herzbeschwerden zum Einsatz kommen kann (Abb. 5, 6).

Der Sensor mit integriertem Sendeelement registriert kontinuierlich Daten ohne einen externen Anschluss und überträgt sie auf ein externes Lesegerät wenn angefragt. Spezielle Herausforderungen in der Verbindungstechnik sind gemeistert worden, um mit Hilfe eines laserbasierenden Versiegelns eine Miniaturisierung auf 1.5 mm x 2 mm x 1 mm zu erreichen. Diese CSEM proprietäre Technologie ermöglichst nach unserer Einschätzung den kleinsten implantierbaren Sensor weltweit. Weiterhin liefert die Technologieentwicklung Durchgangsverdrahtungen mit kleinsten Abständen von 100 bis 150 µm.

Hermetisch versiegelte Saphir Gehäuse in Gel-Pak

Drucksensor in Saphir Gehäuse mit Platin Kontaktelektroden

Schematischer Aufbau des Drucksensors

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Applikationsfeld Production Services

4.5.

Formung einer Goldelektrode auf Glas: Oben Kurzpuls- unten Ultra-Kurzpuls-Laserprozess mit höherer Qualität.

In der Plattform „Advanced Production and Services“ werden innovative Laser-Bearbeitungsprozesse und zerstörungsfreie Prüfmethoden entwickelt.

Phasenkontrast werden kleinste Details sichtbar, die im klassischen Röntgenverfahren verborgen bleiben. Die Anlage kann von der Industrie für Messungen genutzt werden.

Das CSEM verfügt über eine moderne Infrastruktur und stellt sein Wissen über spezielle Methoden in der Fertigung und Qualitätskontrolle der regionalen Industrie zur Verfügung. So werden Produktentwicklung und Prozessoptimierung unterstützt und Entwicklungsrisiken minimiert.

Unsere Ziele ■ Entwicklung applikationsspezifischer Laserbearbeitungsprozesse inklusive Prototyping und Herstellung kleiner Serien ■ Vereinfachung und Beschleunigung der Einführung neuer Materialien und Prozesse durch die Einsetzung neuester Prüfungsmethoden ■ Laufende Verbesserung unserer Kompetenzen durch angewandte Forschung

Ultrakurzpuls-Laser sind mittlerweile für die industrielle, flexible Mikrofertigung etabliert. Es lassen sich Materialien bearbeiten, die bisher nur sehr beschränkt oder gar nicht mit hoher Präzision bearbeitet werden konnten. Beispiele dafür sind sehr harte und spröde Werkstoffe wie Keramiken, Silizium oder ähnliche. Sie zeichnen sich durch ein hohes E-Modul, hohe Verschleissfestigkeit und ein geringes spezifisches Gewicht aus. Gleichzeitig steigen die Anforderungen an die Produktqualität. Dies macht die zerstörungsfreie Prüfung (ZfP) für zahlreiche Applikationen unverzichtbar. Zur Kontrolle der Fertigungsqualität bei Laserprozessen steht ein konfokales Laser Rastermikroskop zur Verfügung. Mit diesem Gerät werden geometrische Eigenschaften der bearbeiteten Objekte mit hoher Präzision vermessen. Wichtige Parameter sind hier die absoluten Dimensionen, die Oberflächenqualität oder auch die Abtragungswinkel. Die bildgebende Phasenkontrast-Röntgenmikroskopie erlaubt einen zerstörungsfreien Blick in das Innere der Proben. Durch den

Technologie-Kompetenzen ■ Ultraviolett Ultra-Kurzpulslaser Laser TruMicro 5350 (343nm) für feinste LaserMikrobearbeitung ■ UV Kurzpulslaser TruMark (355 nm) für Kleinserien ■ Konfokales Laser Rastermikroskop und Röntgenanlage für die bildgebende Untersuchungen ■ Einhaltung kleinster Fertigungstoleranzen bezüglich Form und Rauigkeit ■ Entwicklung innovativer Röntgenmethoden für die Produktentwicklung, die Prozessüberwachung und die Defektanalyse ■ Röntgenmessungen mit Phasenkontrastanlage als Dienstleistung für die Akademie und Industrie. ■ Kundenspezifische Machbarkeitsstudien, Prozessentwicklung, Prototypen ■ Unterstützung bei Industrialisierung und Automation

Angewandte Forschung Laserbearbeitungsprozesse Bei der Herstellung von mikromechanischen Komponenten für die Uhrenindustrie, für Präzisionsoptiken und Präzisionsmechanik im Allgemeinen bestehen sehr hohe Anforderungen an die Teilequalität in Bezug auf Oberflächenrauheit, Abtragungswinkel (auch Taperwinkel), Konturtoleranzen. Um diese Anforderungen für verschiedene Materialien zu erfüllen, müssen für jedes Material spezifisch angepasste Prozesse neu entwickelt werden. In verschiedenen Forschungs- und Industrieaufträgen konnten wir zahlreiche Materialsysteme studieren und die Laserprozesse optimieren. Es hat sich gezeigt, dass Ultra-Kurzpulslaserprozesse optimale Ergebnisse liefern. Exemplarisch ist hier die Strukturierung einer dünnen Goldschicht auf einem Glassubstrat gezeigt. Mit dem Ultra-Kurzpulslaser kann ein idealer Prozess mit hoher Kontur- und Oberflächenqualität erzielt werden Neuartige Phasenkontrast Röntgenanlage im EU Projekt EVITA Im EU-Projekt EVITA wurde 2015 eine neue Generation von Röntgensystemen entwickelt. Kernstück ist ein hochpräzises Gitter-Interferometer, das am CSEM entwickelt und hergestellt worden ist. Es ermöglicht detaillierte Einblicke in den Aufbau einer Probe und einen besseren Defektnachweis. Die Technologie wurde innerhalb des Projekts mit etablierten Technologien wie Ultraschallprüfung, Thermographie, Shearographie und herkömmlicher Radiographie verglichen. Die

Einzigartigkeit des neuen Röntgensystems liegt vor allem in seiner Empfindlichkeit, Schnelligkeit und Vielseitigkeit bei der Untersuchung komplexer Strukturen. Zahlreiche Einsatzmöglichkeiten eröffnen sich - vor allem für die zerstörungsfreie Prüfung von Leichtbaumaterialien wie Faserverbund, Aluminium, Schäumen und Keramiken. Die Anwendung dieser Technologie ist vor allem für folgenden Industrien interessant: ■ Luftfahrt und Raumfahrt ■ Automobilindustrie und Transport ■ Medizintechnik ■ Öl und Gas ■ Produktionsindustrie Detailliertere Informationen zu dem Projekt finden sich unter www.evita-project.eu.

3 Die hochpräzise und automatisierte Verschiebung der Röntgen Gitter-Interferometer ist eine der wichtigsten Entwicklungen im Projekt EVITA. 4 Untersuchung eines Helms. Die Dichte des Schaums kann durch die Phasenkontrast-Röntgentechnologie geprüft werden. Somit kann die Qualität der Schutzfunktion geprüft werden.

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Jahresbericht 2015 Mikrotechnologie-Initiative Zentralschweiz

4.6

Forschungsprojekte

Die Forschungsaktivitäten des CSEM Zentralschweiz sind eingebettet in das Forschungsprogramm des CSEM, welches aus fünf Programmen, unterteilt in sechzehn Aktivitäten, besteht.

■ Ultra-Low-Power Integrated Systems SoCs, Wireless, Vision ■ Systems Medtech, Instrumentation, Automation ■ Microsystems (MEMS) Integration & Packaging, Design & Processes ■ Surface Engineering Nanosurface Engineering, Biosurface Engineering, Printable Electronics ■ Photovoltaics Printable Photovoltaics, Thin-film Coatings & Devices, Crystalline Silicon & Metallization, PV Module Technology, Energy Systems

Das CSEM Zentralschweiz ist in den Aktivitäten Vision, Automation, Integration & Packaging, Design & Processes, sowie Biosurface Engineering involviert. Diese Aktivitäten werden am CSEM Zentralschweiz in Technologieplattformen bearbeitet, welche folgende fünf Applikationsfelder bedienen: ■ Robotics & Automation ■ Instruments & Tools for Life Sciences ■ System- & Process Monitoring ■ Packaging & Optics ■ Production Services

Seit Beginn der Forschungsaktivitäten am Standort Alpnach im Jahr 2001 wurden mit finanzieller Unterstützung durch CSEM (Bundesmittel) und/oder MCCS (Beiträge Zentralschweizer Kantone), wie auch EU-Fördermittel, rund sechzig Forschungsprojekte beim CSEM Zentralschweiz durchgeführt. Im Berichtsjahr 2015 wurde an folgenden Schwerpunkten gearbeitet: CSEM Programm / Aktivität

Technologieplattform am CSEM-ZH

Resultierende Publikationen, Vorträge + Patente im Jahr 2015

ULP Integrated Systems / Vision

Image processing Algorithms

CresaCheck-Tileye: Self Learning Algorithms, Matthias Höchemer, Credimex Tech Days, Alpnach Dorf (CH), 28-29 October 2015

Systems / Automation

Machine Learning & Control Algorithms

Short-term Forecasting and Storage for Optimal Management of PV Electricity, P.-J. Alet, V. Musolino, S. Majerus, Y. Stauffer, M. Boegli, S. Pernecker, A. Hutter, M. Höchemer, S. Widmer, G. Gruener, L.-E. Perret-Aebi, C. Ballif, CSEM Scientific & Technical Report 2015, p.14 Robotic System for Integration of Electronics into Textiles, S. Widmer, M. Lützelschwab, P. Glocker, M. Höchemer, CSEM Scientific & Technical Report 2015, p.94

Systems / Automation

Advanced Robotic Systems

Ultra Precision Manufacturing of XXL Parts, D. Boesel, P. Glocker, CSEM Scientific & Technical Report 2015, p.92 Self-adaptation and Pre-maintenance Strategy in Industrial Production, I. Kastanis, D. Boesel, K. Krasnopolski, Ph. Schmid, A. Steinecker, Ph. Glocker, CSEM Scientific & Technical Report 2015, p.93 Microfluidic sampling system for tissue analytics, A. Hokkanen, I. Stuns, P. Schmid, A. Kokkonen, F. Gao, A. Steinecker, J. Budczies, P. Heimala, L. Hakalahti, Biomicrofluidics, 9 (5), September 2015, online journal Integration of Electronic Devices into Textiles,A. Steinecker, EPoSS Annual Forum 2015, Leuven (BE), 13 October 2015

Systems / Automation

Integrated Measurement Technologies

In-situ Tissue Identification by Ultrasonic Pulse Echo Analysis, K. Krasnopolski, R. Limacher, CSEM Scientific & Technical Report 2015, p.95 Integrated System and Proof of Concept of X-ray Phase Contrast Imaging for Inspection of Composite Materials, V. Revol, A.-M. Madrigal, T. Stadelmann, P. Niedermann, S. Droz, W. Glettig, CSEM Scientific & Technical Report 2015, p.97 Fibre structure characterisation of injection moulded short fibre-reinforced polymers by X-ray scatter dark field tomography,C. Hannesschläger, V. Revol, B. Plank, D. Salaberger, J. Kastner, Case

CSEM Programm / Aktivität

Technologieplattform am CSEM-ZH

Resultierende Publikationen, Vorträge + Patente im Jahr 2015

Studies in Non destructive Testing and Evaluation, 3, April 2015, 34-41 Characterisation of anisotropic fibre orientation in composites by means of X-ray grating interferometry computed tomography, B. Plank, C. Hannesschläger, V. Revol, J. Kastner, Materials Science Forum, 825-826, 868-875 MEMS / Integration & Packaging

Hybrid Integration & Hermetic Sealing

MEMSPLANT SENSE: Miniaturized implantable pressure sensor, R. Jose James, M.Fretz, G. Spinola Durante, P. Niedermann, L. Löfgren, J. Schleuniger, J. Gobet, T. Parkel, M. Sénéclauze, C. Bosshard, R. Eckert, M. Despont, S. Mohrdiek, CSEM Scientific & Technical Report 2015, p.18 Active Implants for Optoacoustic Natural Sound Enhancement - ACTION, M. Fretz, R. Jose James. G. Spinola Durante, T. Burch, S. Bitterli, S. Mohrdiek, CSEM Scientific & Technical Report 2015, p.33 Process development for integrating electronics in textiles, Markus Lützelschwab, Silvan Widmer, Philipp Glocker, Alexander Steinecker, CSEM Scientific & Technical Report 2015, p.35 Monitoring vital signs with implantable pressure sensors, A. Steinecker, P. Schmid, COMPAMED High-tech Forum by IVAM, Düsseldorf (DE), 17 November 2015 Patentanmeldung: EP13770478.9, Mär. 2015

MEMS / Integration & Packaging

Optoelectronics

An MEMS Mirror for High Power, Large Angle, 2D Laser Steering, A. Hoogerwerf, D. Bayat, V. Revol, K. Krasnopolski, T. Burch, CSEM Scientific & Technical Report 2015, p.25 A Platform for a MEMS based Laser Pointing System with Position Feedback, T. Burch, V. Revol, K. Krasnopolski, A. Hoogerwerf, D. Bayat, P. Glocker, CSEM Scientific & Technical Report 2015, p.96

MEMS / Integration & Packaging

Microjoining

Furnace-free micro-joining with reactive Nanofoils, G. Spinola Durante, R. Jose James, K. Krasnopolski, U. Lang, CSEM Scientific & Technical Report 2015, p.34

MEMS / Design & Processes

Chip Based Design

Silicon Hybridization Process for Watch Industry and Precision Mechanisms, F. Barrot, G. Musy, J. Kruis, P. Gentsch, P. Theiler, L. Giriens, F. Cosandier, J. Kaufmann, J. Goldowsky, S. Lani, F. Cardo, S. Widmer, P. Glocker, CSEM Scientific & Technical Report 2015, p.17 Cleanroom compatible micro structuring of silicon using ultrashort pulsed laser systems, S. Berchtold, J. Kaufmann, K. Imhof, B. Jäggi, T. Kramer, B. Neuenschwander, J. Auerswald, O. Dubochet, T. Bewer, CSEM Scientific & Technical Report 2015, p.29 Using industrial ps-pulsed laser for micro-machining, J. Kaufmann, Posalux Symposium on Glass Micro Machining, Biel (CH), 23 November 2015

Surfaces / Bio Surface Engineering

Cell Handling

Towards a Cell Sorter for Medium Sized Biological Entities, S. F. Graf, K. Weggelaar, N. Schmid, R. Limacher, I. Kastanis, S. Widmer, M. Höchemer, C. Hofer, S. Cattaneo, S. Generelli, L. Barbe, D. Migliorelli, D. Caminada, N. Glaser, F. Schleiss, M. Schnieper, H. F. Knapp, P. Steiert, M. Krieger, H. Heinzelmann, CSEM Scientific & Technical Report 2015, p.15 CSEM, a regional and national catalyst, H.F. Knapp, Swiss BiotechTM Innovation Day 2015, Zug (CH), 19 August 2015 Patenterteilung: US 8,852,508 B2, Oct. 2014 Patenterteilung: US 8,940,541 B2, Jan. 2015

Surfaces / Bio Surface Engineering

Sensors

Process Monitoring and Control in Lab Automation, A. Steinecker, labotec 2015, Lausanne (CH), 6 May 2015

Surfaces / Bio Surface Engineering

Sample Handling

Automation of Traditional Sample Preparation for Oil, Milk, and Nuts, S. F. Graf, J. Goldowsky, T. Volden, H. F. Knapp, CSEM Scientific & Technical Report 2015, p.50 Air Pretreatment Platform for Indoor Air Quality Monitoring, E. Hammes, P. Ryser, H.F. Knapp, CSEM Scientific & Technical Report 2015, p.49 A Smart Air Quality Monitor for Energy Efficient Buildings, E. Hammes, J. Gonzales-Chavarri, L. Henwood-Moroney, G. Garcia Mandayo, P. Ryser, H.F. Knapp, Smart Systems Integration, Copenhagen (DK), 11-12 March 2015, 157-164 The Transport Phenomena within the Intasense Indoor Air Quality Monitor Design, E. Hammes, J. Gonzalez-Chavarri, G. Garcia Mandayo, H.F. Knapp, P. Ryser, 2015 AIChE Spring Meeting, Austin TX (US), 26-30 April 2015 System to control indoor air quality in energy efficient buildings, G.G. Mandayo, J. Gonzalez-Chavarri, E. Hammes, H. Newton, I. Castro-Hurtado, I. Ayerdi, H. Knapp, A. Sweetman, C.N. Hewitt, E. Castaño, Urban Climate, 14 (3), December 2015, 475-485 Microfluidic sampling system for tissue analytics, A. Hokkanen, I. Stuns, P. Schmid, A. Kokkonen, F. Gao, A. Steinecker, J. Budczies, P. Heimala, L. Hakalahti, Biomicrofluidics, 9 (5), September 2015, online journal Patentanmeldung: EP15150359.6, Jan. 2015 Patentanmeldung: US14/988,975, Jan. 2016

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Jahresbericht 2015 Mikrotechnologie-Initiative Zentralschweiz

Daten & Fakten

5.1 Organe MCCS AG 5.1.1 Verwaltungsrat Seit der Generalversammlung im Mai 2015 setzt sich der ehrenamtlich tätige Verwaltungsrat der MCCS AG aus folgenden Personen zusammen: Dr. Ulrich Claessen Präsident VR MCCS AG. Leiter Entwicklung maxon motor ag, Sachseln. RR Niklaus Bleiker Regierungsrat. Vorsteher Volkswirtschaftsdepartement Kanton Obwalden, Sarnen. Vertreter Zentralschweizer Kantone. Michael Larsson Group CEO Olle Larsson Holding AG, Zug. Ralph Müller CEO Schurter Holding AG, Luzern. Bruno R. Waser Professor Hochschule Luzern – Wirtschaft. Karl Weinberger Leiter Bereich Technology & New Business Development Schindler Aufzüge AG, Ebikon. 5.1.2 Geschäftsführung Bruno R. Waser

führt die Geschäfte als Delegierter des VR seit Oktober 2002 mit einem Teilzeit-Pensum.

5.1.3 Forschungskomitee Das ehrenamtlich tätige Forschungskomitee setzte sich im Jahr 2015 aus folgenden Vertretern von MCCS-AKtionären zusammen: Dr. Jie-Wei Chen Benno Häfliger Dr. Thomas Müller Daniel Petermann Roger Schelbert Bruno R. Waser

Corporate Technology Manager, ROSEN Headquarters, Stans. Leiter Technologie-Management, Komax AG, Dierikon. Entwicklungsleitung Projekte, maxon motor ag, Sachseln. Head of Instrument Development, Roche Diagnostics AG, Rotkreuz. Bereichsleiter, Motion Technology, CREDIMEX AG, Alpnach. Delegierter VR MCCS AG / Prof. Hochschule Luzern – Wirtschaft.

5.1.4 Kontrollstelle BDO Visura, Wirtschaftsprüfung Kernserstrasse 31 / 6061 Sarnen

5.1.5 Kontaktadresse Micro Center Central-Switzerland AG Industriestrasse 23, 6055 Alpnach Telefon: 041 482 01 20 E-Mail: info@mccs.ch Internet: www.mccs.ch

Umsatz von MCCS und CSEM Zentralschweiz im Geschäftsjahr 2015:

MCCS

CSEM Zentralschweiz

5.2 Eckdaten Finanzen 5.2.1 Forschung Im Rahmen von Leistungsvereinbarungen der MCCS AG mit den Zentralschweizer Kantonen sowie dem CSEM in Neuenburg, wurde die Mikrotechnologie-Forschung beim CSEM Zentralschweiz in Alpnach im Jahr 2015 im Umfang von 3.41 Mio CHF finanziert. 5.2.2 Entwicklung Parallel zu den Forschungsaktivitäten des CSEM Zentralschweiz sind, durch den Transfer der entwickelten Kompetenzen und Technologien, zusätzliche Erträge aus industriellen FuE-Projekten zu akquirieren. Der Umsatz durch Entwicklungsaufträge konnte seit Oktober 2000 bis 2014 kontinuierlich gesteigert werden, wodurch eine Eigenwirtschaftlichkeit von über 60% erreicht wurde. 2015 machten sich zwei Faktoren negativ bemerkbar: Die angespannte Wirtschaftslage aufgrund des schwachen Euro, sowie der erschwerte Status von Schweizer Unternehmen bei der Teilnahme an EU-Projekten. Eine detaillierte Darstellung der Jahresrechnung 2015 der MCCS AG erfolgt im Bericht der Revisionsstelle, welcher den Aktionären der MCCS AG sowie den Zentralschweizer Kantonen separat zugestellt wird.

1.76 Mio. 1.49 Mio. 0.08 Mio.

1.7 Mio.

0.02 Mio.

1.65 Mio. 1.30 Mio.

1.52 Mio.

MCCS: Diverse Erträge Kantonsbeiträge für MT-Plattform Kantonsbeiträge für FuE-Aktivitäten CSEM Zentralschweiz: Forschungsbeitrag MCCS (Kantone Z-CH) Forschungsbeitrag CSEM (Bundesmittel) EU-Projekte (mit Fördergelder seitens EU) KTI-Projekte (mit Wirtschaft und Fördergelder seitens Bund) Entwicklungsaufträge (Wirtschaft)

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