Die piezoresistiven Drucksensorchips aus dem CiS Forschungsinstitut für Mikrosensorik eignen sich für Anwendungen, die hohe Präzision, Stabilität sowie Zuverlässigkeit fordern. Das Sensorprinzip dieser Bauteile kommt jetzt auch bei der Kraftmessung in Silizium-Dehnmessstreifen zum Einsatz. Dazu integrierten die Entwickler dehnungsempfindliche Widerstände als Wheatstonesche Messbrücke in die hauchdünnen Chips.

Die Dehnmessstreifen des CiS Forschungsinstitut für Mikroelektronik basieren auf piezoresistiven Sensorelementen.

Die Dehnmessstreifen des CiS Forschungsinstitut für Mikroelektronik basieren auf piezoresistiven Sensorelementen. CiS Forschungsinstitut für Mikrosensorik

Neben einer hohen Langzeitstabilität und Auflösung sorgen die verwendeten Halbleitertechnologien auch für Messsicherheit. Über das Chipdesign lässt sich die Querdehnungsempfindlichkeit erheblich reduzieren, was gerade bei der Analyse von mechanischen Spannungen in einem Messobjekt von Vorteil ist. Soll ein Sensor auch hohen Temperaturen standhalten, können Hersteller statt Silizium ein sogenanntes Silicon-on-Insulator-Substrat für die Herstellung verwenden. Funktion und Zuverlässigkeit des Mikrochips sind dann auch bei Temperaturen bis 300 °C erreichbar.

Nach dem Vereinzeln werden die 0,5 × 0,5 × 0,015 mm3 großen DMS-Chips per Pick-&-Place und geeigneten Fügetechniken mit dem elastischen Verformungskörper wie etwa 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 beeinflussen. 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, der Zuverlässigkeit sowie der 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 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.