Bosch
MEMS-Sensoren: Was die Automobilelektronik von der Unterhaltungselektronik lernt
Fortsetzung des Artikels von Teil 1
Kleiner und sparsamer: MEMS für die Unterhaltungselektronik
Der Löwenanteil der MEMS-Sensoren für Verbraucher-Märkte wird für Smartphones, Tablets und Spielekonsolen hergestellt. In diesen Geräten finden häufig MEMS-Sensoren zur 3D-Bewegungserkennung Anwendung.
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Ursprünglich hatte Bosch nur einachsige Beschleunigungssensoren für Automobilanwendungen im Portfolio. Um den damals noch neuen Zweig der Konsumgüter-Industrie mit dreiachsigen Beschleunigungssensoren in Smartphone-kompatibler Größe bedienen zu können, mussten die Sensoren drastisch miniaturisiert werden. Der erste Sensor für Konsumelektronik der neu gegründeten Tochterfirma Bosch Sensoren war 2005 der SMB360: Er vereinte die Funktion von drei einachsigen Beschleunigungssensoren zusammen mit dem zugehörigen ASIC in einem Gehäuse von nur 6 × 6 mm² Fläche – eine enorme Verkleinerung gegenüber dem einachsigen Automobil-Sensor mit einer mehr als doppelt so großen Gehäusefläche. Heute lassen sich diese Sensoren sogar in Gehäusen mit einer Grundfläche von nur noch 1,2 × 1,5 mm² unterbringen.
Im Konsumbereich erfolgt die Markteinführung neuer Produkte in deutlich kürzerer Zeit als im Automobilsektor. Schon nach zwei, drei Fertigungsmonaten erreicht man mit solchen Produkten Stückzahlen, für die bei Auto-Chips Jahre benötigt werden. Damit lassen sich Entwicklungen und Simulationen viel schneller über sehr große Stückzahlen statistisch abgesichert verifizieren. Die Design- und Prozessoptimierung erfährt damit eine drastische Beschleunigung.
Übertragung von Schaltungsblöcken und Fertigungsschritten
Halbleiterprodukte für die Verwendung in Fahrzeugen müssen deutlich höhere Anforderungen an Langzeitstabilität, Umgebungsbedingungen (Temperaturbereich, Vibrationen etc.) und Selbstüberwachung erfüllen als solche für den Einsatz in Spielekonsolen oder Smartphones. Daher ist es nicht möglich, komplette Produktdesigns aus der Verbraucherwelt in die Automobildomäne zu übernehmen. Übertragen lassen sich jedoch einzelne Schaltungsblöcke, bestimmte Fertigungsschritte und halbleitertechnische Prozesse. Da Bosch die gesamte Halbleiterentwicklung und -fertigung von Produkten für beide Marktsegmente selbst betreibt, profitiert das Unternehmen stärker als viele andere von den Entwicklungen in der Konsumgüter-Elektronik.
Ein Beispiel dafür sind Beschleunigungssensoren für Airbag-Steuergeräte. Aufgrund der Erfahrungen mit ähnlichen Sensoren für Unterhaltungs- und Haushaltselektronik konnten hier die Fingerstrukturen der MEMS-Sensoren kleiner und dünner ausgeführt und die Abstände zwischen ihnen verringert werden. Der gesamte Chip konnte dadurch kleiner ausgeführt werden. Zudem entwickelte Bosch ein Verfahren, das es gestattet, die Chips auf dem Silizium-Wafer dichter nebeneinander zu legen und damit mehr Chips pro Wafer zu produzieren. Nach der Produktion der Chips auf dem Wafer und deren Test werden die Halbleiterbauelemente in einem sägetechnischen Verfahren voneinander getrennt und anschließend in Gehäuse eingesetzt. Damit bei diesem Sägeprozess keine Chips zu Schaden kommen, sind die Elemente auf dem Wafer in einem bestimmten Abstand voneinander angeordnet. Aufgrund der Erfahrungen mit Sensoren für die Konsumelektronik konnte Bosch ein Verfahren entwickeln, das es erlaubt, diese Abstände verringern, ohne die empfindlichen Chips zu gefährden. Dieses Verfahren wurde auf die Fertigung von Sensoren für den Automobileinsatz übertragen. Damit lassen sich höhere Stückzahlen pro Fertigungsschritt erzielen und so die Produktivität steigern.
In ihrer Summe ermöglichen die Erfahrungen aus der Konsumgüter-Technik eine deutliche Verkleinerung der gesamten Chips und ihrer Gehäuse. Anschaulich wird das an der Entwicklung im Bereich Beschleunigungssensoren: Innerhalb von drei Produktgenerationen konnte das Gehäuse solcher Sensoren von der Ausführung SOIC16 (10 × 5,75 mm²) beim Sensor SMB260 auf SOIC8 mit 3,8 × 4,8 mm² beim SMA560 verkleinert werden.
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