IL Metronic Sensortechnik GmbH

Transkript

1 IL Metronic Sensortechnik GmbH 0

2 Innovative Betauungssensorik Sensorik und Feuchtemesstechnik Dr. Hummel, IL Metronic Sensortechnik GmbH 1

3 Die vorgestellten Ergebnisse resultieren aus dem FuE-Projekt Angepasste Technologieentwicklung für die Taupunktmesstechnik (PASTA), dass gemeinsam mit dem CiS Erfurt (wiss. Partner Forschungsscheck) 2006/2007 bearbeitet wird. Das Bildmaterial wurde zu großen Teilen vom CiS Erfurt bereitgestellt und geht zurück auf einen Beitrag von A. Steinke, u.a. auf der Smart Systems Integration im März 2007 in Paris 2

4 Schwerpunkte 1. Zielstellung 2. Mikrokondensationssensor 3. Betauungstests am Sensor 4. Feldversuche und Ergebnisse 5. Aufbau Taupunkttransmitter 6. Applikationen 7. Zusammenfassung 3

5 1. Zielstellung Messumformerprinzipien für Kondensationserkennung miniaturisiert niedrige thermische Masse niedriger Energieverbrauch hohe Reproduzierbarkeit Langzeitstabilität leicht zu kalibrieren Messparameter elektrisch elektrisch Mikro Gleichgewicht optisch Akustische Wellenausbreitung 4

6 Notwendige Eigenschaften des Sensors: Miniaturisiert niedrige thermische Masse niedriger Energieverbrauch hohe Reproduzierbarkeit Langzeitstabilität passend zum Einbau an verschiedenen Stellen im Fahrzeug kurze Antwortzeit um thermische Querempfindlichkeit zu vermeiden der gemessenen Parameter z.b. hoch chemisch widerstandfähig gegen Säure, Laugen, Lösungsmittel leicht zu kalibrieren Messparameter Lufttemperatur und oberflächennahe relative Luftfeuchte, auf dem PCB Kondensationsmenge (Wassermasse) 5

7 Herausforderung Umwandlung in einem kalibrierten, fehlerkompensierten Ausgangssignal 6

8 2. Mikrokondensationssensor CCC - Sensor, Modellierung & Design SPICE Modell der Streufeldkapazität Design von IDE mit untersch. Leitbahnabstände CCC- Condensate Controlled Capacitance nach HEINZE 7

9 Ausgangssignal des Sensoraufbaus als eine Funktion der Wassermasse Frequenz [Hz] Mittlere Wassermasse [µg/mm 2 ] 8

10 Das schlaue System des Mikrokondensationssensors Erkennungskomponenten Wandler Signalvorverarbeitunverarbeitungprogramm Signal- Kalibrierungs- komponenten Interface 9

11 3. Betauungstests am Sensor Umweltversuche in Testkammern z.b. > Temperatur- und Feuchtezyklustests > konstant hohe Feuchtetests > Niedrige/hohe Temperaturtests > Wasserbeständigkeitstests > Salzwasser-Spritztests Fehler in elektronischen Platten Typische Diagnose: KFG Kein Fehler gefunden (no failure found) 10

12 Relative humidity % RH ½ h End of temperature 100 rise 95 Condensation ½ h Start of temperature fall Drying Time ½ h +82 *78 ½ h /4 2 5 h 1 cycle ½ h 3/4 Source: FAKRA 1 ½ 3/4 Betauung auf Basis von IEC und

13 Mit Kondensation neues Risiko für Langzeitstabilität von elektr. Komponenten Beschleunigt durch >Potenzialunterschied >Feldstärke Betauungskondensat in Kombination mit Kontaminierung Korrosion von Oberfläche Leiterbahnen Chipmetallisierung 12

14 4. Feldversuche und Ergebnisse Hinter Amaturenbrett Hinter Bordmonitor In der Klimaanlage Ergebnis im Auto: max. Wassermasse µg/mm 2 Unter dem Dach Hinter dem GPS In der Audio Box Mit freundlicher Genehmigung: BMW AG 13

15 Herausforderung: Realisierung von 0-20µg/mm2 zwischen 10 und 80 C BMW GS IEC und -38 Temperatur [*C] / rel. Feuchte [%] % rel. Feuchte: soll % rel. Feuchte: ist *C Betauen: soll *C Betauen: ist *C Temperatur: soll *C Temperatur: ist Temperatur [*C] / rel. Feuchte [%] rel. Feuchte: soll rel. Feuchte: ist Temperatur: soll Temperatur: ist 0 Zeit 14h 0 Zeit 10 h µg/mm² 10 µg/mm² Tests in der Klimakammer Quelle: FAKRA/BMW 14

16 Tests in der Klimakammer Quelle: FAKRA/DELPHI 15

17 Tests an verschiedenen Teilen des Autos Testergebnis im Auto: 15µg/mm2 Mit freundlicher Genehmigung: OPEL 16

18 5. Aufbau Taupunkttransmitter Zweist. Peltierelement Aufbau Sondenkopf Betauungsbild 17

19 Umweltprüfungen/Salznebeltest Kesterich-Kammer Taupunkttransmitter Sondenkopf COB-Leiterplatte mit Chip 18

20 Design LTCC-Taupunkttransmitter Transmitter Sensorkopf 19

21 6. Applikationen für Betauungssensorik Quelle: DDS-Konzept Quelle: SIEMENS, SENSOR 2005, I&M Workshop Prozesstechnik Fachbereich im Cluster ElMuG Umwelttechnik 20

22 7. Zusammenfassung erstmalige quantitative Messung von Kondensat-Masse kalibriertes Ausgangssignal der Wassermasse passend für Feldmessungen Unterstützung für FuE und Produktion von hochintegr. PCBs Weiterentwicklung der Taupunktmesstechnik umfangreiche Prüfungen der Umgebungseinflüsse passend für Feldmessungen Unterstützung für FuE und Produktion von hochintegr. PCBs 21

23 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit. 22