Ziel der Entwicklung
Basierend auf der MEMS-Siliziumtechnologie wurden Drucksensoren simuliert, entwickelt und prozessiert, deren physikalisches Grundprinzip darauf beruht, dass eine Struktur mit ihrer Resonanzfrequenz zum Schwingen angeregt wird.
Durch eine Verstimmung des Systems mittels einer äußeren Kraft, die z.B. aus einem auf eine Membran einwirkenden Druck resultiert, wird das schwingungsfähige System verstimmt, sodass sich seine Resonanzfrequenz messbar ändert.
Vorteile und Lösungen
Drucksensoren, die nach diesem Konzept aufgebaut sind, zeichnen sich durch eine hohe Stabilität aus. Sensoren mit diesem Sensorprinzip übertreffen herkömmliche Si-Drucksensoren bezüglich der Genauigkeit und sind zugleich durch eine gut durchstrukturierte Prozessführung preislich attraktiv.
Zunächst wurden umfangreiche Simulationsrechnungen zum Layout durchgeführt. Umfangreiche Parameterstudien waren notwendig, da es sich um einen vollkommen neuen und relativ komplex aufgebauten Sensor handelt.
Kernstück des Sensors bildet das schwingungsfähige System, das aus der zentralen Masse und deren Aufhängung besteht. Dies muss so dimensioniert werden, dass die Eigenfrequenz in dem angestrebten Bereich liegt und durch die angreifenden Kräfte hinreichend verschoben werden kann.
Es wurden Layouts erstellt und nach der Prozessierung mittels Laser verschiedene Präparationen zur Erstellung von Testmustern durchgeführt.
Charakterisierungsmessungen insbesondere zur Resonanzfrequenz der angeregten mechanischen Strukturen zeigen, dass das Gesamtkonzept mit thermischer Anregung und Signalauslesung über eine piezoresistive Brücke funktionsfähig ist.
Zielgruppe und Zielmarkt
Die entwickelnden Sensoren / Technologien sind für industrielle oder FuE-Anwendungen geeignet.
Die Endkundenmärkte liegen vorrangig im Bereich der piezoresistiven siliziumbasierten Druckmesstechnik für
– Prozessmesstechnik
– Nahrungsmittelindustrie
– Chemieanlagen
– Raffinerien
– Medizintechnik
