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Druck, Kraft oder Dehnung zuverlässig messen

Piezoresistive Drucksensorchips aus dem CiS werden dort eingesetzt, wo hohe Präzision, Stabilität und Zuverlässigkeit gefordert werden. Das gleiche Sensorprinzip wird nun auch zur Kraftmessung in Silizium-Dehnmessstreifen genutzt. Die dehnungsempfindlichen Widerstände werden dabei als Wheatstonesche Messbrücke in hauchdünne Chips monolithisch integriert.

Die verwendeten Halbleitertechnologien sorgen für eine hohe Langzeitstabilität, Auflösung und Messsicherheit. Über ein raffiniertes Chipdesign kann die Querdehnungsempfindlichkeit erheblich reduziert werden, ein Plus, wenn mechanische Spannungen in einem Messobjekt analysiert werden müssen. Soll ein Sensor auch hohen Temperaturen standhalten, wird statt Silizium ein sogenanntes Silicon-on-Insulator-Substrat für die Herstellung verwendet. Funktion und Zuverlässigkeit des Mikrochips sind dann auch bei Temperaturen bis 300°C erreichbar.

Die nur 0,5 mm x 0,5 mm x 0,015 mm kleinen DMS-Chips werden nach dem Vereinzeln per Pick & Place und auf die Anwendung zugeschnittenen Fügetechniken mit dem elastischen Verformungskörper, wie z.B. Edelstahl, Titan oder Aluminium verbunden.

Klassische Klebeverfahren sind in der Medizintechnik häufig nicht nutzbar, da die dafür verwendeten Fügematerialien temperatur- und feuchteempfindlich sind und somit die Stabilität des elektrischen Signals beeinflusst wird. Montagetechnologien wie das Aufglasen, das Silber-Sintern oder Fügen auf Basis von reaktiven Multischichtsystemen sind hier wegweisend.

Die Auswahl des geeigneten Verfahrens hängt von den Anforderungen an das Messsystem und den Bedingungen am Messort ab. Das CiS führt die notwendigen Tests zum thermischen Verhalten der Materialkomponenten und der Zuverlässigkeit und Langzeitstabilität im eigenen Haus durch.

Mit den entwickelten Sensortechnologien möchte das Thüringer Forschungsinstitut Unternehmen in deren Produktentwicklung unterstützen. Die Erfurter Wissenschaftler und Ingenieure sehen mögliche innovative Anwendungen in der Medizintechnik bei der Entwicklung von haptischen Kathetern in chirurgischen Instrumenten oder bei Kraftsensoren für die Zahnmedizin und Dosierpumpen in der Infusions- und Dialysetechnik.


11.06.2018

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