Workshop. Neues aus der Mikrosystemtechnik in Thüringen und Sachsen Jena 2006

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1 Workshop MST Thüringen-Sachsen 2006 CiS IMS ggmbh, Konrad-Zuse-Str.14, D Erfurt1 Workshop Neues aus der Mikrosystemtechnik in Thüringen und Sachsen Jena 2006 MORES*- eine technologische Plattform für Anwendungen in der Medizin, Biotechnologie und Automatisierungstechnik Dipl.Ing Ing.Arndt Steinke CiS Institut für Mikrosensorik Erfurt ggmbh *MikroOptischer REmissions missions-sensor

2 Workshop MST Thüringen-Sachsen 2006 CiS IMS ggmbh, Konrad-Zuse-Str.14, D Erfurt2 Gliederung 1 Motivation 2 Problematik technologischer Plattformen 3 Foundry - kundenspezifische Lösungen - Technologie 4 MORES* -Plattform, Zielstellung und Ergebnisse 5 Anwendungsbeispiele aus Medizin, Automatisierung und Biotechnologie 6 Zusammenfassung

3 Workshop MST Thüringen-Sachsen 2006 CiS IMS ggmbh, Konrad-Zuse-Str.14, D Erfurt3 AZM Anwendungszentrum Mikrosystemtechnik about m² gross area including about m² net area appr. 600 m² Clean Room Wafer-Level (100) appr. 800 m² Clean Room AVT-Level (10T) appr m² Office, seminar and store room appr m² climated Laboratory

4 1 Motivation Produkte und Technologien Workshop MST Thüringen-Sachsen 2006 CiS IMS ggmbh, Konrad-Zuse-Str.14, D Erfurt4

5 Workshop MST Thüringen-Sachsen 2006 CiS IMS ggmbh, Konrad-Zuse-Str.14, D Erfurt5 2 Problematik technologischer Plattformen Kundenforderungen und technologische Konsequenzen Kundenforderungen Filter Technologische Konsequenzen Miniaturisierung Preis Zuverlässigkeit Genauigkeit Servicefreundlichkeit Umweltfreundlichkeit Leistungsverbrauch Detection system Transducer Signal preprocessing Signal processing Interface LSI- Wafer und AVT Processing Skalierung vertikaler und lateraler Strukturen Batch Prozess von Wafer/AVT/Kalibrierung Festkörperintegration Hohe Reproduzierbarkeit der technologischen Parameter Modulare Komponenten gem. Kundenforderung

6 3 Foundry - kundenspezifische Lösung - Plattform FOUNDRY FOUNDRY ASI C Wertschöpfung ASI C ASI C Wafer/ Chip/AVT- Modulare kalibriertes Chips Module Komponenten System Systemtiefe Workshop MST Thüringen-Sachsen 2006 CiS IMS ggmbh, Konrad-Zuse-Str.14, D Erfurt6

7 Workshop MST Thüringen-Sachsen 2006 CiS IMS ggmbh, Konrad-Zuse-Str.14, D Erfurt7 4 MORES - Technologische Plattform Zielstellungen und Ergebnisse Remission Reflektion Colorimetrie Adsorption Fluoreszenz Interferenz

8 Technologische Plattform MORES Workshop IMAPS-Seminar MST Thüringen-Sachsen CiS IMS CiS ggmbh, IMS ggmbh,, Konrad-Zuse Konrad-Zuse-Str.14, D D Erfurt Erfurt8

9 Technologische Plattform MORES Workshop IMAPS-Seminar MST Thüringen-Sachsen CiS IMS CiS ggmbh, IMS ggmbh,, Konrad-Zuse Konrad-Zuse-Str.14, D D Erfurt Erfurt9

10 Technologische Plattform MORES Workshop IMAPS-Seminar MST Thüringen-Sachsen CiS IMS CiS ggmbh, IMS ggmbh,, Konrad-Zuse Konrad-Zuse-Str.14, D D Erfurt Erfurt 10

11 Technologische Plattform MORES Workshop IMAPS-Seminar MST Thüringen-Sachsen CiS IMS CiS ggmbh, IMS ggmbh,, Konrad-Zuse Konrad-Zuse-Str.14, D D Erfurt Erfurt 11

12 Technologische Plattform MORES Modularität: Glassubstrat Borofloat bzw. Foturan Workshop IMAPS-Seminar MST Thüringen-Sachsen CiS IMS CiS ggmbh, IMS ggmbh,, Konrad-Zuse Konrad-Zuse-Str.14, D D Erfurt Erfurt 12

13 Workshop MST Thüringen-Sachsen 2006 CiS IMS ggmbh, Konrad-Zuse-Str.14, D Erfurt 13 Ergebnisse Technische Daten Strahlerelemente: max. 3 integrierte LEDs Wellenlängenbereich: 450 nm bis 890 nm Spektrale Empfindlichkeit: 0,55 A/W bei 850 nm Integrierte Monitordiode für emittierte Strahlung Integrierter Chiptemperatursensor Optisches Übersprechen bei 640 nm: < 10-3 Sensorabmessungen: 3,0 x 5,4 x 1,2 mm 3 (minimal) Planare Integration von optischen Strahler- und Empfängerelementen Montageplatte mit chemisch resistenter und optisch glatter Berührungsfläche mit Integrationsmöglichkeit sensitiver Schichten geschützte rückseitige Anschluss- und Verdrahtungsebene für den Sensor kompatibel zu LTCC/Glas/Polymer-Technologien Unterdrückung des parasitären Übersprechens vom Strahler zum Empfänger durch hocheffiziente optische Blenden (FOTURAN ) sowie strahlformender Elemente

14 Workshop MST Thüringen-Sachsen 2006 CiS IMS ggmbh, Konrad-Zuse-Str.14, D Erfurt 14 5 Anwendungsbeispiele aus Medizin, Automatisierung und Biotechnologie Remission Reflektion Colorimetrie Messobjekt Glass ceramic medium pin-diode LEDs Monitor diode Si Adsorption Fluoreszenz Interferenz

15 Workshop MST Thüringen-Sachsen 2006 CiS IMS ggmbh, Konrad-Zuse-Str.14, D Erfurt 15 Beispiel: Remission (kardiovaskuläre Diagnostik) MORES- Sensor in Otoplastik Herzfrequenz/-variabilität der Sauerstoffsättigung Herzrhythmusstörungen Pulswellenanalyse Blutfüllungsvolumen Blutdruck (kontinuierlich) Blutfüllungsvolumen

16 Workshop MST Thüringen-Sachsen 2006 CiS IMS ggmbh, Konrad-Zuse-Str.14, D Erfurt 16 Beispiel: Kardiovaskuläre Diagnostik Meßergebnisse im Ruhezustand und unter körperlicher Belastung Pox-Sensor R5 - Messung während körperlicher Belastung (Fahrrad; mit Kopfhörer gemessen) Rot Infrarot Zeit in s

17 Workshop MST Thüringen-Sachsen 2006 CiS IMS ggmbh, Konrad-Zuse-Str.14, D Erfurt 17 Beispiel: Reflektion (Positionssensorik) Prinzip: Moire EPIFLEX (Numerik Jena GmbH) Design von implantierter LED, umgeben von Photodioden- Array

18 Beispiel: Colorimetrie (Gassensorik/µFluidik) Prinzip: Lichtabsorption Farbschicht Reflektor Aktuelle Applikationen: NH3/CO2- Sensorik Koop.FSUJ/GMBU Mikrofluidik:Koop. TUI/LTF/TFT/VIA Transmission Wellenlänge λ 1 λ 2 Workshop MST Thüringen-Sachsen 2006 CiS IMS ggmbh, Konrad-Zuse-Str.14, D Erfurt 18

19 Workshop MST Thüringen-Sachsen 2006 CiS IMS ggmbh, Konrad-Zuse-Str.14, D Erfurt 19 Beispiel: Fluoreszenz (Sauerstoffsensorik( Sauerstoffsensorik) Reflektor/Filter λ -Filter Sauerstoffmessung Koop.: Kurt-Schwabe-Institut I 0 / I, LED: 450 nm, 11,96 ma Polynomielles Fitten Lineares Fitten I 0 / I Sauerstoffgehalt / %

20 Workshop MST Thüringen-Sachsen 2006 CiS IMS ggmbh, Konrad-Zuse-Str.14, D Erfurt 20 Beispiel: Adsorption (Kondensation) Prinzip: n 3 n 2 n Brechungsindex n 1 Anwendung: Photoddiode signal (µa) 1,6 1,5 1,4 1,3 1,2 1,1 1 Response on Condensation dew point reached Time (sec)

21 Workshop MST Thüringen-Sachsen 2006 CiS IMS ggmbh, Konrad-Zuse-Str.14, D Erfurt 21 6 Schlussfolgerungen 1 MORES als technologische Plattform mikrooptischer Sensorsysteme basiert auf Batchprozessen der Mikrosystemtechnik (Wafer/AVT) technologische Kompatibilität zu sensitiven Schichten, Filterschichten, Signalverarbeitung gehäuseseitig integrierbar in LTCC, Glas, Polymer-Materialien 2 MORES als Basis innovativer Netzwerke Thüringen - Sachsen in Applikationsfelder wie bspw. Maschinenbau Prozeßmeßtechnik Bio-Sensorik Mikrofluidik/point-of-care-Sensorik Medizintechnik zur Kooperation in FuE und Produktion mit Universitäten und Hochschulen Fraunhofer Einrichtungen wirtschaftsnahen Forschungseinrichtungen KMU und Großindustrie

22 Herzlichen Dank für Ihre Aufmerksamkeit Workshop MST Thüringen-Sachsen 2006 CiS IMS ggmbh, Konrad-Zuse-Str.14, D Erfurt 22

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