ams Sensorfusion ist die Zukunft!

ams-Fab in Unterpremstätten
ams-Fab in Unterpremstätten

Sensorsysteme für Consumer-Geräte, Autos, die Industrie und die Medizintechnik zu entwickeln, ist der Schwerpunkt der Strategie von ams. Damit ist ams bereits auf Wachstumskurs und hat die Weichen gestellt, um von der raschen Entwicklung des Internet of Things und der Industrie 4.0 zu profitieren.

Die in Unterpremstätten bei Graz ansässige ams ist auf Wachstumskurs. Rund 300 neue Mitarbeiter will das Unternehmen in diesem Jahr weltweit einstellen, so dass ams dann auf eine Mitarbeiterzahl von rund 1700 kommt. Das Werk für den Test von ICs auf den Philippinen erweitert ams in diesem Jahr noch einmal kräftig. 2013 steckte das Unternehmen 25 Mio. Euro in den Aufbau einer Fertigungslinie in Unterpremstätten, die ICs mit Through-Silicon-Vias in einer eigens entwickelten und patentierten Prozesstechnik fertigt. Die Nachfrage nach diesen ICs steigt laut Thomas Riener,  Executive Vice President Marketing & Strategy, derzeit rapide an. Zwar lag der Umsatz des Unternehmens 2013 mit 378 Mio. Euro gegenüber 2012 auf gleichem Niveau, das lag allerdings an den Verzögerungen im Programm zweier  Smartphone-Hersteller. Was die Hersteller ursprünglich für 2013 geplant hätten, würde nun 2014 realisiert. »Wir sehen insgesamt ausgesprochen optimistisch in die Zukunft«, so Riener. 

Einer der Hauptgründe für seinen Optimismus: Die Übernahme von TAOS, einem Hersteller optischer Lichtsensoren, im Jahr 2011 für 320 Mio. Dollar hat sich als außerordentlich erfolgreich herausgestellt. »Nach eineinhalb Jahren hatten wir das Investment schon wieder hereingeholt, TAOS ist jetzt ein integraler Bestandteil des Unternehmens«, freut sich Riener. Die Übernahme sei ein schönes Beispiel für gelungene Synergien: »ams ist dadurch ein gutes Stück auf dem Weg weitergekommen, den Standard-Produktbereich auszubauen und ICs in hohen Stückzahlen zu fertigen. TAOS hat einen Partner gefunden, der viel Know-how in der Prozesstechnik beisteuern kann und über weitere Techniken verfügt, die es erlauben, sich im Feld der Sensortechnik zu differenzieren.«

Komplette Sensorsysteme anbieten zu können, das ist jetzt ein Schwerpunkt in der ams-Strategie. Das zeigt nicht zuletzt die Übernahme von Applied Sensor, die ams kürzlich bekannt gab. »Der nächste große Trend sind Gassensoren auf chemischer Basis für den Einsatz in Handys«, mit diesem Satz zitiert Michael Leitner den CEO des Marktforschungsinternehmen Yole, um die Wichtigkeit der Übernahme zu unterstreichen. Damit dringt ams in einen ganz neuen Sektor vor: die Messung von NO2, CO, CO2, CH4 und Volatile Organic Compounds (VOCs) im Allgemeinen. Die Sensoren finden beispielsweise in Handys Einsatz, wo sie den Nutzern Auskunft über die jeweilige Luftqualität geben. Sie lassen sich aber auch im Smart Home, in der Gebäudeautomation oder zur 

Leckerkennung nutzen. Eine weitere Anwendung ist die Analyse des Atems. Aus dem O2/CO2-Verhältnis des Atems lässt sich beispielsweise ableiten, ob ein Sportler im aeroben oder anaeroben Bereich trainiert. Aufgrund ihrer kleinen Bauform – die kleinsten Versionen nehmen eine Fläche von nur 1,3 x 1,3 mm² ein – eignen sich die Sensoren für den Einbau in Handys und Wearables. Für den Einsatz in Autos und Consumergeräte befinden sich die Sensoren von Applied Sensor bereits seit längerem in der Stückzahlproduktion. 

Auf Basis des von Applied Sensor entwickelten Hot-Plate-Messprinzips lassen sich Konzentrationen zwischen 10 und 100 ppb innerhalb von 1 s ermitteln. »Das ist so präzise, dass ein auf diesem Sensor basierendes System komplexe Analysegeräte ersetzen kann, die heute fünfstellige Beträge kosten«, sagt Michael Leitner. Das Sensor-Design beruht auf einer Si3N4-Membran und Heizelektroden aus Platin, die Sensoren werden in einem MEMS-Prozess gefertigt. Eine Lebensdauer von zehn Jahren – ohne Degradation – konnte das Unternehmen bereits für die Sensoren nachweisen. Die Leistungsaufnahme liegt im Bereich zwischen 2 und 40 mW – während der Messung.

Die in Unterpremstätten bei Graz ansässige ams ist auf Wachstumskurs. Rund 300 neue Mitarbeiter will das Unternehmen in diesem Jahr weltweit einstellen, so dass ams dann auf eine Mitarbeiterzahl von rund 1700 kommt. Das Werk für den Test von ICs auf den Philippinen erweitert ams in diesem Jahr noch einmal kräftig. 2013 steckte das Unternehmen 25 Mio. Euro in den Aufbau einer Fertigungslinie in Unterpremstätten, die ICs mit Through-Silicon-Vias in einer eigens entwickelten und patentierten Prozesstechnik fertigt. Die Nachfrage nach diesen ICs steigt laut Thomas Riener,  Executive Vice President Marketing & Strategy, derzeit rapide an. Zwar lag der Umsatz des Unternehmens 2013 mit 378 Mio. Euro gegenüber 2012 auf gleichem Niveau, das lag allerdings an den Verzögerungen im Programm zweier  Smartphone-Hersteller. Was die Hersteller ursprünglich für 2013 geplant hätten, würde nun 2014 realisiert. »Wir sehen insgesamt ausgesprochen optimistisch in die Zukunft«, so Riener. 

Einer der Hauptgründe für seinen Optimismus: Die Übernahme von TAOS, einem Hersteller optischer Lichtsensoren, im Jahr 2011 für 320 Mio. Dollar hat sich als außerordentlich erfolgreich herausgestellt. »Nach eineinhalb Jahren hatten wir das Investment schon wieder hereingeholt, TAOS ist jetzt ein integraler Bestandteil des Unternehmens«, freut sich Riener. Die Übernahme sei ein schönes Beispiel für gelungene Synergien: »ams ist dadurch ein gutes Stück auf dem Weg weitergekommen, den Standard-Produktbereich auszubauen und ICs in hohen Stückzahlen zu fertigen. TAOS hat einen Partner gefunden, der viel Know-how in der Prozesstechnik beisteuern kann und über weitere Techniken verfügt, die es erlauben, sich im Feld der Sensortechnik zu differenzieren.«

Komplette Sensorsysteme anbieten zu können, das ist jetzt ein Schwerpunkt in der ams-Strategie. Das zeigt nicht zuletzt die Übernahme von Applied Sensor, die ams kürzlich bekannt gab. »Der nächste große Trend sind Gassensoren auf chemischer Basis für den Einsatz in Handys«, mit diesem Satz zitiert Michael Leitner den CEO des Marktforschungsinternehmen Yole, um die Wichtigkeit der Übernahme zu unterstreichen. Damit dringt ams in einen ganz neuen Sektor vor: die Messung von NO2, CO, CO2, CH4 und Volatile Organic Compounds (VOCs) im Allgemeinen. Die Sensoren finden beispielsweise in Handys Einsatz, wo sie den Nutzern Auskunft über die jeweilige Luftqualität geben. Sie lassen sich aber auch im Smart Home, in der Gebäudeautomation oder zur 

Leckerkennung nutzen. Eine weitere Anwendung ist die Analyse des Atems. Aus dem O2/CO2-Verhältnis des Atems lässt sich beispielsweise ableiten, ob ein Sportler im aeroben oder anaeroben Bereich trainiert. Aufgrund ihrer kleinen Bauform – die kleinsten Versionen nehmen eine Fläche von nur 1,3 x 1,3 mm² ein – eignen sich die Sensoren für den Einbau in Handys und Wearables. Für den Einsatz in Autos und Consumergeräte befinden sich die Sensoren von Applied Sensor bereits seit längerem in der Stückzahlproduktion. 

Auf Basis des von Applied Sensor entwickelten Hot-Plate-Messprinzips lassen sich Konzentrationen zwischen 10 und 100 ppb innerhalb von 1 s ermitteln. »Das ist so präzise, dass ein auf diesem Sensor basierendes System komplexe Analysegeräte ersetzen kann, die heute fünfstellige Beträge kosten«, sagt Michael Leitner. Das Sensor-Design beruht auf einer Si3N4-Membran und Heizelektroden aus Platin, die Sensoren werden in einem MEMS-Prozess gefertigt. Eine Lebensdauer von zehn Jahren – ohne Degradation – konnte das Unternehmen bereits für die Sensoren nachweisen. Die Leistungsaufnahme liegt im Bereich zwischen 2 und 40 mW – während der Messung. 

Sensorfusion – aber richtig!

Laut Riener ist ams eines der wenigen Unternehmen weltweit, das über alle wesentlichen Techniken verfügt – Lichtsensoren, Halleffekt-Sensoren, Powermanagement und Funktechniken –, um komplette Sensorsysteme anbieten und verschiedene Sensortechniken kombinieren zu können. Sensorfusion lautet das Schlagwort, und Sensorfusion ist der große Trend in der Sensortechnik. Dabei geht es nicht nur darum, verschiedene Sensoren zu integrieren, sondern auch darum, die gesammelten Daten – auch von externen Sensoren – so auszuwerten, dass nur die wirklich relevanten Daten von den Sensoren zum System übertragen werden. Dazu sind ausgeklügelte Algorithmen erforderlich. Sensorfusion besteht also auch aus einer trickreichen Kombination von Hard- und Software. 

Die Vorteile von Sensorfusion bestehen darin, dass die Sensorsysteme genauere Werte liefern als bisher einzelne Sensoren, dass die Energieaufnahme der Sensoren und des Systems sich reduziert und der Nutzer mit den Geräten sehr einfach und intuitiv kommunizieren kann. Auf der Hardwareebene erfordert dies neben der eigentlichen Sensortechnik die Integration von Power-Management-Funktionen und meist auch von Funktechniken. »Unsere besondere Stärke und unsere Differenzierung sehen wir darin, dass wir all das im eigenen Hause haben und von der Fertigungstechnik über die Schaltungsentwicklung bis hin zur Gehäusetechnik und den Algorithmen die gesamte Kontrolle übernehmen«, freut sich Riener. Wenn das Zusammenspiel gut klappt, kann beispielsweise die Energieaufnahme so weit sinken, dass an den Einsatz von Energy Harvesting anstatt Batterien gedacht werden kann . 

Ein immer noch häufig vernachlässigtes Thema ist die Gehäusetechnik. Gerade für Sensoren spielt sie häufig eine entscheidende Rolle. Hier kommt wieder die TSV-Technik ins Spiel, die sich nicht nur dazu nutzen lässt, Chips platzsparend übereinander zu stapeln, sondern auch spezielle Gehäuse für Sensoren zu realisieren. So können beispielsweise optische Sensoren in sehr platzsparenden Gehäusen untergebracht werden, die wegen der auf die Rückseite verlegten Anschlüsse ohne teure transparente Fenster auskommen. Auch die Wafer-Level-Chipscale-Gehäuse tragen entscheidend zu einer kosteneffektiven Fertigung von Sensoren und ICs bei.