Ziel der Entwicklung
Ziel der Entwicklung war die Messung sowohl der Normalkraft, als auch der Scherkräfte mit einem MEMS-Sensor.
Vorteile und Lösungen
Ausgehend von der Zielanwendung und den daraus abgeleiteten Nennkräften wurde der mechanische Grundkörper entwickelt, wobei insbesondere die Strukturierungstechniken des anisotropes kristallorientiertes Ätzens und anisotropen „Deep Silicon Etching“ berücksichtigt wurden.
Mehrere Varianten der Wheatstoneschen Messbrücke beziehungsweise der Anordnung der Widerstände sowie der Zuleitungen wurden entworfen.
Anschließend wurde ein Maskenlayout erstellt und die Halbleiterprozessierung durchgeführt.
Nach Fertigstellung der Messbrücke wurde durch ICP-Ätzen, der Messbereich eingestellt. Für spezielle technische Abläufe, insbesondere das ICP-Ätzen von feinen Federstrukturen mit Ätzstopp aus Photoresist wurden zuvor einige Detailtests ausgeführt.
Das Konzept für die Aufbau und Verbindungstechnik basiert auf einem Keramikträger aus Al2O3. Der Transducer ist ebenfalls mit einer Metallisierung und Stud Bumps versehen. Das Thermosonic Flip-Chip Bonding verbindet den Chip mit der Keramik.
Eine Auswertungselektronik wurde entworfen und umgesetzt. Sie ermöglicht die Auswertung mehrerer Sensoren, wie es für eine kraftsensitive Sensorplatte notwendig ist.
Zielgruppe und Zielmarkt
Tragen Sie hier Ihre Zielgruppe und Zielmarkt ein. Anwendungen und Einsatzgebiete für diese Sensorarrays sind: Energiebranchen, zum Beispiel Integration in Windkanal-Modelle / Medizintechnik, Integration in Handgriffe und Werkzeuge / Messungen in der Sportmedizin und Biomechanik, zum Beispiel Druckverteilungsmessung im Schuh, auf Sätteln und Stühlen / Regelung von Montage- und Handhabungsprozessen in der Mikromechanik / Automobilbranche, zum Beispiel statische oder dynamische Reifenabdruckmessung.
Die Palette der Anwendungen lässt sich noch erweitern, wenn die Sensoren simultan auch Scherkräfte messen können und eine höhere Sensordichte erreichen. Insbesondere bei dynamischen Vorgängen kann die Messung der Scherkräfte viel zum Verständnis der physikalischen Vorgänge beitragen. Ein Beispiel ist die dynamische Reifenabdruckmessung, Normalkräfte (Fz) sind hier nicht so aussagekräftig wie zusätzlich die Scherkräfte (Fx und Fy).
Humanoide Roboter, die die richtige Balance beim Gehen, Laufen oder Tanzen zeigen, erscheinen lebensechter, als diejenigen, die dies nicht tun. Ein Roboter mit einer besseren Balance bedeutet weniger Stürze und führt zu weniger Schäden. 3D-Kraftsensoren in den Füßen des Roboters helfen, das Gleichgewicht zu überwachen. 3D-Kraftsensoren an den Greifelementen erlauben angemessene Greifkraft zur gezielten Handhabung empfindlicher Materialen.
Das Entwicklungsziel des Vorhabens war so angelegt, dass durch die Schaffung von technologischen Plattformen, die Kombination von verschiedenen ergänzenden Mikrotechnologien sowie die große Flexibilität bezüglich der Systemgestaltung kundenspezifische Lösungen ermöglicht werden.
Das CiS Forschungsinstitut ist in der Lage nach Kundenvorgaben miniaturisierte Sensoren zu entwickeln und zu fertigen, einen Transfer der Fertigung vorzunehmen, im Waferverbund oder vereinzelt als Sensorelement mit technischer Dokumentation dem Kunden zur weiteren Verarbeitung zur Verfügung zu stellen, diese miniaturisierten Sensoren mit anderen Sensoren zu kombinieren
und für eigene FuE-Aktivitäten miniaturisierte Sensorelemente zu fertigen und weiterzuverarbeiten.
