HSG-IMIT Institut für Mikro- und Informationstechnik

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1 HSG-IMIT Institut für Mikro- und Informationstechnik Wilhelm-Schickard-Straße 10 D Villingen-Schwenningen Telefon / Fax / info@hsg-mst.de Dieter Mintenbeck Dieter.mintenbeck@hsg-imit.de Dieter Mintenbeck 12/2009 / Folie 1

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3 Historie der Hahn-Schickard-Gesellschaft (HSG) 1955 Gründung der Forschungsgesellschaft für Uhren- und Feingerätetechnik e.v Umbenennung der Forschungsgesellschaft in Hahn-Schickard-Gesellschaft für angewandte Forschung e.v. Neue, erweiterte Aufgabenstellung wird zum Ausdruck gebracht Namensgeber: Zwei württembergische Wissenschaftsgrößen Philipp Matthäus Hahn (1739 bis 1790) Begründer der Feinwerktechnik Wilhelm Schickard (1592 bis 1635) Erfinder der ersten Rechenmaschine Dieter Mintenbeck 12/2009 / Folie 3

4 HSG Standorte Standorte und strategische Allianzen der HSG HSG-IMIT mit dem IMTEK Universität Freiburg HSG-IMAT mit IZFM der Universität Stuttgart Stuttgart Freiburg Villingen-Schwenningen Dieter Mintenbeck 12/2009 / Folie 4

5 HSG-IMIT Eckdaten (2008) Gründung 1988 Sitz: Villingen-Schwenningen Personal 86 FTE Haushalt 8,4 Mio. Geschäftsbereiche Sensors & Systems Microfluidics Qualitätsmanagement zertifiziert nach DIN EN IS0 9001:2000 Prototyping & Production Dieter Mintenbeck 12/2009 / Folie 5

6 HSG-IMIT Geschäftszahlen Entwicklung des Haushalts in T Euro Dieter Mintenbeck 12/2009 / Folie 6

7 HSG-IMIT Geschäftszahlen Entwicklung der Industrieerlöse (inkl. Sonstige) in T Euro Dieter Mintenbeck 12/2009 / Folie 7

8 HSG-IMIT Geschäftszahlen Entwicklung der Personalstärke in FTE (Jahresmittel) Dieter Mintenbeck 12/2009 / Folie 8

9 Geschäftsbereich Prototyping & Production Microtechnologies Prof. Dr. Reinecke Microfluidics Prof. Dr. Zengerle Sensors & Systems Prof. Dr. Manoli Dieter Mintenbeck 12/2009 / Folie 9

10 Das Leistungsspektrum Technologien Silizium-Mikromechanik OMM, BULK-MM Aufbau- und Gehäusetechnik industrielle Mikro-Reinigungstechnik, Keramik, Kunststoff, Folien, SMD, Nacktchip Konstruktion & Simulation (VDC, St. Georgen) 2D & 3D CAD, FEM, CFD, MoldFlow Elektronik- und Schaltungsentwurf Industrieelektronik, ASIC s, Wireless Technologien,... Mikro-Materialbearbeitung & Mikro-Kunststofftechnik (HSG-IMAT, IMTEK) Ultrapräzisionsfräsen, Erodieren, Ätzen, Galvanik Mikrospritzguss, Heißprägen, Mikroformenbau Dieter Mintenbeck 12/2009 / Folie 10

11 Lehrstuhl für Prozesstechnologie Wir erforschen und entwickeln innovative Verfahren zur Mikrostrukturierung und Replikation von Metallen, Halbleitern, Kunststoffen und Ultrapräzisionszerspanung Mikro-Drahterodieren Mikro-Senkerodieren Elektrochemische Bearbeitung UV-Lithographie Galvanik Heißprägen Nanoimprint Spritzgießen Messtechnik Dieter Mintenbeck 12/2009 / Folie 11

12 Das Leistungsspektrum Produktionsunterstützung & Produktion Prozess- & Produktqualifizierung Funktionsqualifizierung Zuverlässigkeitsprüfung Fehleranalytik (z.b. REM) Planung & Implementierung von Qualitätssicherungskonzepten Inhaus-Schulungen Fertigung Null- & Kleinserienfertigung von Siliziumbauteilen gem. DIN-ISO 9001 Reinraumfertigung Mikrostrukturierte Formen für den Kunststoffspritzguss 3D MID-Technologie (HSG-IMAT) Dieter Mintenbeck 12/2009 / Folie 12

13 Beispiele Kleinserienfertigung Produkt Kunde Stückzahl 2008 Prognose 2009 Differenzdrucksensor Diverse Piezoresistiver Beschleunigungssensor Industrie Mikro-Gaschromatograph Industrie Beschleunigungsaufnehmer Industrie (5.000) Laminar-Flow-Sensor Industrie Dieter Mintenbeck 12/2009 / Folie 13

14 Polymer Prototyping Design und Verifizierung diagnostischer Plattformen Muster-, Null- und Kleinserienfertigung polymerer Bauteile Mikrostrukturierte Formen für die Kunststoffreplikation Replikation durch Heissprägen, Thermoformen und Spritzgiessen Oberflächenmodifikation Einbringung von Biopolymeren Verschliessen Prüfung und Verpackung Von der Aufgabe zum Muster in 20 Werktagen Fertigungsimplementierung Dieter Mintenbeck 12/2009 / Folie 14

15 Geschäftsbereich Microfluidics Microtechnologies Prof. Dr. Reinecke Microfluidics Prof. Dr. Zengerle Sensors & Systems Prof. Dr. Manoli Dieter Mintenbeck 12/2009 / Folie 15

16 IntelliDrug Orale Medikamentendosierung Anwendungen Chronische Erkrankungen (Parkinson) Suchterkrankungen (Drogenersatzstoffe) Eigenschaften Nachfüllbar Geregeltes System Umgebungsbedingungen Temperaturbereich 0 60 C Mechanische Beanspruchung bis zu 250 N Feuchte Umgebung Stark variierender ph-wert Einsatzdauer: 2 Wochen Dieter Mintenbeck 12/2009 / Folie 16

17 ChronoPaDD Transdermale Medikamentendosierung Medikamentenabgabe als Chronotherapy Transdermale Gabe durch Mikronadel-Arrays Passiver Timer Zeit verzögerte Abgabe Pumpmechanismus ohne elektrische Energie Applikationsbeispiel: Rheumatismus System abends auf die Haut aufbringen Zeit verzögerte Medikamentengabe am frühen Morgen Patient wird schmerzfrei den Tag beginnen Dieter Mintenbeck 12/2009 / Folie 17

18 Lab-on-a-Chip-Diagnostik Komplettsystem zur Überwachung der Blutgerinnung Einweg-Chip aus Kunststoff Mikrofluidische Strukturen zum Mischen von Blut und Reagenzien Integrierter Schwingquarz- Sensor zur Detektion der Blutgerinnung Basisgerät zum Transport von Blutprobe & Reagenzien Auslesen des Sensors Dieter Mintenbeck 12/2009 / Folie 18

19 Strömungssensor Umsetzung Plattformentwicklung HSG-IMIT Chipfertigung von ca Sensoren in 2008 am HSG-IMIT Vormontage in KMU Systemintegration in KMU Nutzen Differenzdrucksensor in Klimaanlagen Gruner AG, Wehingen Arbeitsplätze bei KMU s in Baden-Württemberg Luftgeschwindigkeitsmessung Schmidt Technology GmbH, St. Georgen Dieter Mintenbeck 12/2009 / Folie 19

20 Geschäftsbereich Sensors & Systems Microtechnologies Prof. Dr. Reinecke Microfluidics Prof. Dr. Zengerle Sensors & Systems Prof. Dr. Manoli Dieter Mintenbeck 12/2009 / Folie 20

21 Beschleunigungssensoren Projektpartner Automobilzulieferer Crash Tests Vibrations- und Aufprallanalysen im Fahrzeugbereich Umsetzung Sensorentwicklung Prozessentwicklung Fertigung von Sensoren/a Nutzen KMU bleibt am Markt Arbeitsplätze Dieter Mintenbeck 12/2009 / Folie 21

22 Drehratensensorik Multisensor für den Reha-Bereich Zielsetzung Aufnahme und Korrektur von Bewegungsabläufen Erforderlich Multi-Sensor für die Rehabilitation, ultra-kleine, inertiale Messeinheit für das Monitoring der Körperbewegung Ergebnis weltweit erster 3-Achsen Gyro in SOI-Technologie Dieter Mintenbeck 12/2009 / Folie 22

23 Sensorfusion Sensor-System with different sensors Knowledge about the system Acceleration, angular rate, magnetic field, distance Maps, motion models, environment Fusions algoriths (Bayesian Filters) System state (Position, Orientation, ) Motion analysis Activity monitoring New sensor concepts Gyroscope Inclinometer Localisation Automotive Gyro-Inclinometer Dieter Mintenbeck 12/2009 / Folie 23

24 Drehratensensorik VR-Eingabegerät Ersatz aktueller optische VR-Eingabegeräte Nintendo Wii a x a z axialer Beschleunigungssensor a y Infrarot-Kamera Bluethooth Add-On 3 axialer Drehratensensor Demonstratoren Fusionsalgorithmen UKF + Multiple Model KF Produktvorschlag Dieter Mintenbeck 12/2009 / Folie 24

25 IMIT Indoor Localization System IMIT ILS Nanotron radio chip Low power Low cost Robust communication Enables distance measurements between sender and receiver based on time of flight measurement Information 1 Berechnung Information 2 Nanotron Development Board Dieter Mintenbeck 12/2009 / Folie 25

26 Elektronische Systeme, Embedded Systems Elektronik- und Software- Entwicklung Unterstützung von der Idee bis zum Produkt Hoerbiger- Origa Sensor-Interfaces Mikrosystems SMD & ASIC Dieter Mintenbeck 12/2009 / Folie 26

27 Realisierung von kundenspezifischen Lösungen in der Sensorik Von der Idee bis zur Serienreife Entwicklung von neuen Sensorelektroniken, die offen sind für zukünftige Sensoren und neue Bustechnologien. Leistungsmerkmale: Für unterschiedliche Sensoren einsetzbar In System / Inline Programmierung Digitale Parametrierung Analoge Strom- und Spannungsschnittstellen Integration von Standardschnittstellen Anbindung an Feldbussysteme Energieeffizient durch Schaltnetzteiltechnik Weiter Versorgungsspannungsbereich ESD geschützt Dieter Mintenbeck 12/2009 / Folie 27

28 Elektronische Systeme, Embedded Systems µ-controller basierende Low Power Elektronik Diskrete Analog- und Digital Elektronik ASIC s, SMD und Hybrid-Elektronik Entwicklungen Power Management, Stromversorgungen DC/DC-Konverter, Energiekonvertierung DSP- Signalverarbeitung zur Erfassung schneller Vorgänge Drahtlose Datenübertragung, WLAN, Bluetooth, Zigbee,.. Bus-Technologien, Ethernet, Feld, M-Bus Ausprägung zu Intelligenten Sensorsystemen Dieter Mintenbeck 12/2009 / Folie 28

29 Energy Harvesting Energieautarke Systeme durch Vibrationswandler z.b. in schwer zugänglicher Umgebung Anwendung: Sensor & Signalverarbeitung Wireless Übertragungseinheit System- Management Vibrationswandler Dieter Mintenbeck 12/2009 / Folie 29

30 Erfolgsfaktoren für die Umsetzung von Entwicklungsprojekten Analyse der Zielumgebung Mobile Messungen d. Schwingungen Bewertung der Daten Auswahl physikalischer Prinzipien piezoelektrisch, induktiv, kapazitiv, Modellierung der Generatoren auf Basis der Messungen Analytische Simulation Finite Elemente Simulation a b Beschleunigung [m/s²] Power/frequency (db/hz) Zeit [s] Power Spectral Density Frequency (Hz) Technologische Umsetzung Werkstatt Reinraum Partner vor Ort Charakterisierung im g-labor Dieter Mintenbeck 12/2009 / Folie 30

31 Intelligente fluidische Schnellkupplungen im Kfz Vibrationswandler Dieter Mintenbeck 12/2009 / Folie 31

32 Anwendung Betonsteinfertigung Autonome Sensorik-Anwendungen Prozessüberwachung in hochbeanspruchten Komponenten Mehrere 100 mw kontinuierliche Leistung Dieter Mintenbeck 12/2009 / Folie 32

33 Mikro Generatoren am HSG-IMIT Dieter Mintenbeck 12/2009 / Folie 33

34 Energieerzeugung und speicherung mit der miniaturisierten Brennstoffzelle Brennstoffzellen Größe chipintegriertes Autonome Mikrosysteme Brennstoffzellensystem Portable Elektronik Handy, Laptop, Automobil, Energiebedarf Dieter Mintenbeck 12/2009 / Folie 34

35 Idee Brennstoffzelle auf dem Mikrochip IMTEK - Lehrstuhl Prozesstechnologie patents pending Dieter Mintenbeck 12/2009 / Folie 35

36 Muster des chipintegrierten Brennstoffzellenchips Elemente 7 Kaskaden je 8 Einzelchips PLCC68 Keramikgehäuse Leistungsdaten Leerlaufspannung > 6V Leistung 450 µw/cm² Vergleichsdaten (theor. Kapazität) Wafer Level Batterie 30 mah/cm³ Li-Ionen Batterie (CR 1216) 159 mah/cm³ Chipintegrierte Brennstoffzelle 500 mah/cm³ Dieter Mintenbeck 12/2009 / Folie 36

37 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit Dieter Mintenbeck 12/2009 / Folie 37