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Automotive-Drucksensoren setzen auf MEMS-Technologie
Fortsetzung des Artikels von Teil 2
Der Wechsel zur MEMS-Technologie
Mit neuen Anwendungsgebieten für Drucksensoren in Fahrzeugen (Bild 1) treten die Nachteile der konventionellen Drucksensortechnologie immer deutlicher zutage. Aufgrund ihrer großen Abmessungen und ihres relativen hohen Preises können sie nicht überall spezifiziert werden. Darüber hinaus kommen sie für einen Großteil der Anwendungen überhaupt nicht in Frage. Bei den meisten dieser Drucksensoranwendungen im Auto geht es um Drücke unter 5 bar, für deren Messung kleine Drucksensoren erheblich besser geeignet sind. Das hat dazu geführt, dass Bausteine auf MEMS-Basis vermehrt zum Einsatz kommen.
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Melexis hat eine proprietäre MEMS-Technologie entwickelt, die auf miniaturisierten, nur wenige Mikrometer dicken und ein paar hundert Mikrometer langen Membranen beruht. Diese lassen sich im Anschluss an die CMOS-Verarbeitungsschritte auf einen Siliziumwafer ätzen. Während des Halbleiter-Fertigungsprozesses werden zusätzlich zu den aktiven Schaltungen an den Punkten, an denen die Membran ihre maximale Empfindlichkeit hat, Piezowiderstände implantiert. Diese werden zu einer Wheatstone-Brücke verschaltet. Die durch Mikrobearbeitung hergestellte Membran biegt sich durch, wenn sie einem Druck ausgesetzt wird. Die Widerstände verwandeln die mechanische Spannung in der Membran in ein elektrisches Signal, das anschließend von den Schaltungen, die sich auf demselben IC befinden, aufbereitet wird.
Weil die MEMS-Technologie kompatibel zu CMOS-Prozessen ist, lassen sich monolithische Sensoren realisieren, in denen das eigentliche Sensorelement nah an der Signalaufbereitungselektronik platziert werden kann. Konventionelle Sensortechnologien auf Grundlage von Keramik oder Metallsubstraten schließen eine Unterbringung der Signalaufbereitungsschaltungen auf demselben Substrat dagegen aus. Hier existiert folglich stets eine Distanz von einigen Millimetern zwischen Sensorelement und Signalaufbereitung. Aus diesem Grund ist es schwierig, einen Sensor zu entwerfen, der so robust ist, dass er mit starken elektromagnetischen Störbeeinflussungen zurechtkommt und dabei die allgemeine Signalintegrität nicht beeinträchtigt.
Die Entwicklung eines MEMS-Prozesses mit uneingeschränkter Kompatibilität zu EEPROM-Speicher sorgt des Weiteren dafür, dass sich unterschiedliche Konfigurationen unterstützen lassen. Beispiele: das unabhängige Einstellen von Diagnosefunktionen für zu hohe oder zu niedrige Versorgungsspannungen oder zu hohen oder zu niedrigen Druck, vollständig programmierbare Klemmpegel sowie wählbare digitale Filtereinstellungen, um entweder das Ausgangsrauschen weiter zu reduzieren oder die Ansprechzeit des Sensors zu erhöhen.
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- Einflussfaktoren
- Der Wechsel zur MEMS-Technologie
- Robuste, hochgenaue Komponente
- Einsatzgebiet: Bremssysteme
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