Sensor + Test 2024

Die Besonderheit der SAW-Sensortechnologie am ISIT besteht darin dass sie nicht auf Volumenkristalle wie Quarz angewiesen ist. Stattdessen, werden die SAW-Sensorelemente des ISIT vollständig in CMOS- und MEMS-kompatibler Siliziumtechnologie gefertigt. Dies ist durch den Einsatz des piezoelektrischen Hochleistungs-Dünnschichtmaterials Werkstoffs AlScN möglich.

Neben der hohen Technologiekompatibilität sind weitere Vorteile eine höhere Prozessflexibilität hinsichtlich der Integration von Funktionsschichten, eine reduzierte Chipgröße sowie die Möglichkeit, verschiedene Sensoren auf einem Chip zu fusionieren.

Anwendungen

• Magnetfeld- und Stromsensor für Elektromobilität und erneuerbare Energien
• Überwachung von Rechenzentren
• Rückmeldung und Steuerung für Haushalt, Motoren und Industrie

Unsere MEMS-Ultraschall-Wandler zeichnen sich durch außergewöhnlich kleine Grundflächen, hohe flächennormierte Schalldruckpegel (SPLs) aus, und niedrige Betriebsspannungen aus. Durch Variation des Wandlerdesigns sind die Betriebsfrequenzen und Abstrahlcharakteristiken in hohem Maße anpassbar.

Unsere MEMS-Ultraschallwandler basieren auf piezoelektrischen unimorphen Aktoren. Unter Ausnutzung des inversen piezoelektrischen Effekts versetzt ein elektrisches Wechselfeld das Gerät in Schwingung und erzeugt Ultraschallwellen. Für Frequenzen unter 100 kHz werden Biegeaktoren verwendet, die von einem schmalen Spalt und einer akustischen Abschirmung umgeben sind. Unter Ausnutzung thermo-viskoser Effekte verhalten sich die Cantilever akustisch wie eine geschlossene Membran und sind gleichzeitig mechanisch entkoppelt. Für höhere Frequenzen bis zu einigen MHz wird ein geschlossenes Design verwendet, das eine klassische, geschlossene Membran imitiert.

Anwendungen

Unsere MEMS-Ultraschallwandler eignen sich für eine Vielzahl von technischen oder medizinischen Anwendungen, wie z. B.

• Abstands- oder Füllstandsmessungen
• Objekt- oder Gestenerkennung
• Haptische Rückmeldung
• Medizinische Bildgebung
• Materialprüfung

Die Institute Fraunhofer ISIT, IPMS und ENAS präsentieren auf der SENSOR+TEST in Nürnberg eine wegweisende Initiative zur Förderung der MEMS-basierten Ultraschallsensorik. Ihr One-Stop-Shop bietet maßgeschneiderte Lösungen für Unternehmen, die von den Vorteilen dieser Technologie profitieren möchten.

Sensoren auf Basis mikroelektromechanischer Systeme (MEMS) sind aus unserem Alltag nicht mehr wegzudenken. Auch in der Ultraschallsensorik bieten sie zahlreiche Vorteile bzgl. Miniaturisierung, Funktionalität sowie Preiseffizienz und ermöglichen innovative Lösungen für ein breites Anwendungsspektrum.

Wegen der hohen Entwicklungskomplexität und Initialkosten  dieser halbleiterbasierten mikromechanischen Ultraschallwandler (MUT) schrecken jedoch viele kleine und mittelständische Unternehmen davor zurück, eigene Lösungen zu entwickeln. Um diese Lücke zu schließen, präsentieren die Institute Fraunhofer ISIT, IPMS und ENAS eine wegweisende Initiative: einen One-Stop-Shop für die nächste Generation der Ultraschallsensorik.

MEMS Gas- und Drucksensoren müssen gegen schädliche Umwelteinflüsse wie z.B. Partikel oder kondensierende Feuchtigkeit geschützt werden. Herkömmlich erfolgt die Integration von Schutzkappen als Einzelchipprozess. PowderMEMS bietet die Möglichkeit, eine Vielzahl von porösen Schutzkappen in 200 mm / 8“ Substraten herzustellen. Diese Kappenwafer können direkt durch Substratbonden auf den MEMS Wafer aufgebracht werden – ein Einzelchipprozess wie z.B. Kleben kann entfallen. Durch Herstellung der Schutzkappen in einem MEMS Prozess können weitere Funktionalisierungen wie z.B. die Hydrophobierung oder katalytische Oberflächen umgesetzt werden.

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MEMS Gas- und Drucksensoren müssen gegen schädliche Umwelteinflüsse wie z.B. Partikel oder kondensierende Feuchtigkeit geschützt werden. Herkömmlich erfolgt die Integration von Schutzkappen als Einzelchipprozess. PowderMEMS bietet die Möglichkeit, eine Vielzahl von porösen Schutzkappen in 200 mm / 8“ Substraten herzustellen. Diese Kappenwafer können direkt durch Substratbonden auf den MEMS Wafer aufgebracht werden – ein Einzelchipprozess wie z.B. Kleben kann entfallen. Durch Herstellung der Schutzkappen in einem MEMS Prozess können weitere Funktionalisierungen wie z.B. die Hydrophobierung oder katalytische Oberflächen umgesetzt werden.

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Das Fraunhofer ISIT hat ein innovativen MEMS Energy Harvester entwickelt, welcher die Energie aus rotatorischen und translatorischen Bewegungen sowie aus mechanischen Schocks und Vibrationen gewinnen kann. Dieser ist speziell geeignet um auf beengten Räumen wie Getrieben, Startergeneratoren oder Kurbelwellen, Sensorknoten mit Energie zu versorgen. Diese Technologieplattform ist nicht nur hoch effizient, sondern auch flexibel anpassbar, sodass die Resonanzfrequenz auf spezifische Kundenbedürfnisse abgestimmt werden kann. Dies eröffnet neue Möglichkeiten für die Entwicklung maßgeschneiderter MEMS Energy Harvester für Machine Monitoring-Anwendungen. 

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MEMS Gas- und Drucksensoren müssen gegen schädliche Umwelteinflüsse wie z.B. Partikel oder kondensierende Feuchtigkeit geschützt werden. Herkömmlich erfolgt die Integration von Schutzkappen als Einzelchipprozess. PowderMEMS bietet die Möglichkeit, eine Vielzahl von porösen Schutzkappen in 200 mm / 8“ Substraten herzustellen. Diese Kappenwafer können direkt durch Substratbonden auf den MEMS Wafer aufgebracht werden – ein Einzelchipprozess wie z.B. Kleben kann entfallen. Durch Herstellung der Schutzkappen in einem MEMS Prozess können weitere Funktionalisierungen wie z.B. die Hydrophobierung oder katalytische Oberflächen umgesetzt werden.

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