Mikrosystemtechnik. Stand und Perspektiven. Dr.-Ing. Sabine Nieland CiS Institut für Mikrosensorik GmbH

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1 Mikrosystemtechnik Stand und Perspektiven Dr.-Ing. Sabine Nieland CiS Institut für Mikrosensorik GmbH

2 Produktverbesserungen dank MST Eigenschaften: Größe: Gewicht: Preis: 9,8 x 5,3 x 1,4 cm³ 95 g ca. 200 Euro Weiterentwicklung von Produkten Handy DynaTec 8000x von Motorola 1) Eigenschaften: Größe: 33 cm Gewicht: 880 g Preis: 3995 $ Synonym: Knochen am Beispiel Handy 2006 neustes Handy: Razr V3 von Motorola Bildquelle: 1) 2)

3 Entwicklung der Drehmaschine als Beispiel Historische Wippdrehbank frühes Mittelalter Historische Drehbank mit mechanischer Leitspindel 1889 Wandel Drehbank/Drehmaschine mit Zug- und Leitspindel 1950 Mechanischer Wandel Moderne NC-gesteuerte Drehmaschine Elektrischer Wandel Moderne CNCgesteuerte Universaldrehmaschine Bildquellen: Elektronischer Wandel

4 Entwicklung der Drehmaschine als Beispiel

5 Entwicklung der Drehmaschine als Beispiel Objekterkennung Üblicherweise mittels CCD-Kamerasysteme heute auch mit CMOS-Pixelsensoren Thür. Verbundprojekt PIXSTACK Positionssensorik Mit verschiedenen physikalischen Wirkprinzipien induktiv, kapazitiv, elektrisch-magnetisch oder optoelektronisch CiS Entwicklung von modularen Komponenten f. d. optoelektronische Positionssensorik erfolgreicher FuE-Transfer in die Industrie

6 Objekterkennung Produkte des Projektpartners Vision&Control Bildverarbeitung direkt in Kameragehäuse VGA-Auflösung hohe Geschwindigkeiten industrietauglich hochpräzise Bildauswertung konfortable Bedienung unter Windows gemeinsames Projekt zur Entwickllung von CMOS-basierten Pixelsensoren PIXSTACK TMWTA-Projekte

7 Geplanter Pixstack-Aufbau Makrolinse / Objektiv Mikrolinsenfeld Analog-Schaltkreis Photoempfänger AD-Wandler Digital-Schaltkreis Vertikaler Kontakt Prozessorelement TMWTA-Projekte Flip-Chip-Technik µfügetechnik über Bumpkontakte Entwicklung eines: parallel-datenverarbeitenden CMOS-Pixelbildsensor für Realzeitanforderungen System zur Markererkennung von sich ständig schnell bewegenden Sensoren

8 INKREMENTALE WEG-UND WINKELMESSUNG Anordnung optoelektronischen Positionssensoren Die Gitterkonstante d bestimmt die Auflösung des Gesamtsystems d = Breite lichtundurchlässiger Strich + Breite lichtdurchlässiger Strich Lichtquelle Kondensor Maßverkörperung Abtastgitter Abtastsensor Fotodiodenarray

9 Optoelektronische Positionssensorik auf der Basis der Reflektion Prinzip: Moiregitter Anwendung: EPIFLEX (Numerik Jena GmbH) Design mit LED in strukturierter Siliziumgrube, umgeben von einem Fotodiodenarray OPM (OMS GmbH)

10 INKREMENTALE WEG-UND WINKELMESSUNG Erfolgreicher FuE-Transfer in die Produktion, Beispiele Firma Optolab und Firma Numerik Jena Inkrementale Winkel-Encoder und lineare Encodersysteme mit Auflösungen im nm-bereich bzw. Mikrosekundenbereich

11 MORES TM als Plattform Mores: Miniaturisiertes optisches Remissions-/Reflektions-Systems ASIC Messmedium/Reflektor optischer Filter Lotkontakt LEDs Fotodioden-Array Siliziumchip mit Ätzgrube Flexband zur Trennung von Mess- und Auswertungsort Ausführung mit Fotodiode in Segmentform Ausführungsform Ausführung mit 3 LEDs

12 Ausnutzung des Remissionsprinzips Prinzip: Amplitude Zeit / sec Anwendung: Cardiovasculäre Diagnostik

13 Medizin und Mikrosystemtechnik Phonak: Hörgeräte Biotronik: Herzschrittmacher IR-Ohrthermometer (Chip von X-FAB)

14 Ausnutzung des Adsorptionsprinzips Prinzip: n 3 n 2 n Brechungsindex n 1 Anwendung: Biosensorik

15 Einführung der Mikrosystemtechnik Einsatz von Mikrosystemen für neue Funktionen: Weiterentwicklung von Produkten am Beispiel Automobil Audi UW Baujahr 1934 Beispiele 1954: Mercedes-Benz: erste Benzineinspritzung 1968: erste Versuche für Airbags 1969: erste Scheibenantenne von Pontiac 1976: erste Lambda-Sonde von Bosch Einsatz neuer Werkstoffe damit neue Design möglich: Beispiele 1953: erster schlauchloser Reifen von Dunlop 1954: 1 Corvette mit Glasfaserkarosserieteilen 2003: Einführung des Audi A8L mit Al-Karosse Audi A6 Avant Baujahr 2004

16 Automobil und Mikrosystemtechnik Emission Fahrspaß Sensortechnik= Hauptfaktor für Kfz-Weiterentwicklung Sicherheit Verbrauch 1 Quelle für Aussage: 2 Quelle für Bilder:

17 Kapazitive Kondensationssensorik aus dem Hause CiS Prinzip der Streufeldkapazität Betauungsfühler Kondensatorfeld Montierter Betauungsfühler Typische Kondensation von Wassertropfen

18 Mikrosystemtechnik- Begriffsbestimmung Kombination aus: Mikro system technik Auswertung = Entscheiden Sensoren = Empfinden Aktoren = Reagieren Größenordnung Inhalt Herstellung

19 Systemhaus für Entwicklung neuartiger Sensoren Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit verbunden mit einer Einladung ans CiS

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