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EBVchip Titan mit 4…20-mA-Ausgang:

Präzise Automotive-Sensoren mit Industrie-Schnittstelle

24. Januar 2012, 12:29 Uhr | Karin Zühlke

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Win-Win-Situation für beide Partner

Das Projekt bezeichnet Ing. Roger Appelo, Business Development Manager für Sensorprodukte bei Sensata in Europa, als Win-Win-Situatiuon für beide Seiten: »Über das große Netzwerk von EBV Elektronik haben wir Zugang zu einem völlig neuen Kundenkreis im Bereich der Industrieelektronik. Andererseits erhält EBV Elektronik Zugang zu einer qualitativ sehr hochwertigen, rundum ausgereiften Sensortechnologie, die noch viel Potenzial birgt.« Durch die Massenfertigung der entsprechenden Automotive-Sensoren in Stückzahlen von mehreren zig Millionen Stück pro Jahr kann EBV die Drucksensoren zu einem sehr attraktiven Preis anbieten. Die Entwicklung dieser EBVchips erfolgte teilweise in Holland und teilweise in den USA; die Fertigung des kompletten Sensors inklusive Keramikfertigung wird in Mexiko stattfinden, wo Sensata auch die Automotive-Sensoren herstellt.

Keramik als Basis

Bereits seit 1985 fertigt Sensata Drucksensoren auf Basis seiner Keramik-Technologie. Diese Sensoren kommen im Automobil an vielen verschiedenen Stellen zum Einsatz, wobei ein Drucksensor für den Kompressor-Kreislauf der Klimaanlage im Auto damals die erste Applikation war. Mittlerweile hält Sensata in dieser Anwendung einen weltweiten Marktanteil von über 80%. Weiterentwickelte Varianten dieses keramischen Drucksensors sind mittlerweile in automatischen Getrieben, Kraftstoff-Anwendungen für Niederdrucksysteme (Diesel) oder zur Öldruckmessung im Einsatz. Sensata fertigt mit dieser Technologie Drucksensoren, die vom Unterdruckbereich bis zu 80 bar arbeiten.

Das Basiselement des Sensors besteht aus einem etwa 3 mm dicken Keramiksubstrat und einer etwa 0,6 bis 1,2 mm dünnen flexiblen Keramikmembran, die im Glasbondverfahren in einem hochgenau definierten Abstand darauf befestigt ist. In ihrem Aufbau unterscheiden sich Sensoren mit unterschiedlichen Druckbereichen nur durch unterschiedlich dicke Membranen und durch elektronisches Kalibieren. Auf beiden keramischen Teilen befindet sich jeweils eine dünne Goldschicht, die über Kontaktleitungen mit der Elektronik verbunden ist. Die beiden Goldschichten bilden einen Kondensator, dessen Kapazität sich in Abhängigkeit vom Druck auf die Membran ändert, wobei die Kapazität dieses Kondensators im Bereich um 15 pF liegt.
»Mit Hilfe eines proprietären Lade-/Entlade-Verfahrens bewertet Sensata die Kapazitätsänderung relativ zu einem Referenz-Kondensator, um daraus eine Ausgangsspannung zwischen 0 und 5 V zu erzeugen«, erläutert Schlund. »Dieses Verfahren hat sich über viele Generationen bewährt, zumal Sensata die Elektronik, die Kalibrierung und die Temperaturstabilität innerhalb der letzten Jahrzehnte systematisch verbessert hat, während das grundsätzliche Verfahren immer gleich blieb.«

Jeder einzelne Sensor wird bei Raumtemperatur kalibriert. In der Fertigung werden die Sensoren bei 23 °C und 135 °C geprüft. Auch im oberen und unteren Druckbereich erfolgt eine Kalibrierung. All diese Maßnahmen erfolgen rein analog ohne den Einsatz von Digitalelektronik. Dieses Verfahren hat sich bewährt und sowohl in der Fertigung als auch im Betrieb als äußerst stabil erwiesen. Innerhalb eines Kernbereichs weisen die Sensorelemente eine ziemlich lineare Kennlinie auf; lediglich am unteren und oberen Ende des Messbereichs kommt es zu größeren Nichtlinearitäten.