Sensorik Infineon steigt in die Gassensorik ein

Mit einem CO2-Sensor für den Massenmarkt steigt Infineon in die Gassensorik ein.
Mit einem CO2-Sensor für den Massenmarkt steigt Infineon in die Gassensorik ein.

Der Münchner Halbleiterhersteller wagt sich auf Neuland: 2020 sollen CO2-Sensoren in Serie gefertigt werden.

»Was die technische Reife angeht, sehen wir uns vorne«, sagt Infineons Marketing Director Frank Bialas zum Abschluss. Gerade hat er den ersten CO2-Sensor des Halbleiterherstellers vorgestellt. In gut einem Jahr soll die Serienproduktion anlaufen. Die Komponenten stammen vollständig von Infineon und werden am Standort in Malaysia assembliert.

Technisch vorne bedeutet laut Bialas ein kleinerer Formfaktor und geringere Herstellungskosten. So gering, dass sie die Preisschwelle für den Massenmarkt überschreiten können. Die liege bei rund 10 US-Dollar für ein Sensormodul. Für Smartphones reiche das natürlich noch nicht, aber es gebe reges Interesse aus den Bereichen Smart Home und Klimaanlagen.

Infineon setzt auf PAS

Für den CO2-Sensor setzen die Münchner auf einen photoakustischen Ansatz (Photoakustische Spektroskopie, PAS): Eine modulierte IR-Lichtquelle strahlt auf ein Gasgemisch in einer Probenkammer. Vorhandenes CO2 absorbiert das IR-Licht, erwärmt sich und erhöht den Druck in der Probenkammer. Die Druckänderungen werden von einem MEMS-Mikrofon gemessen und lassen Rückschlüsse auf den CO2-Anteil zu.

Der Ansatz ist weniger komplex als die ebenfalls verbreitete Non-Dispersive IR-Spektroskopie (NDIR). Ein kleinerer Formfaktor ist möglich, weil ein MEMS-Mikrofon mit sehr hohem Signal-Rauschabstand (Xensiv IM69D130 mit 69 dB SNR) verwendet wird. Die Anwendung im Gassensor ist neu; entwickelt wurden die Mikrofone für Studiomikrofone und digitale Sprachassistenten. Dort ist der Vorteil von hohem SNR-Wert sofort klar. Im Gassensor können damit bereits sehr kleine Druckschwankungen gemessen werden, sodass eine kleine Gasmenge ausreicht. Entsprechend klein kann auch die Probenkammer ausgelegt werden. Insgesamt spare der Sensor dem Entwickler 75 Prozent Platz im Vergleich zu einem Standard-Sensor mit vergleichbaren Leistungsparametern.

Technische Parameter

Der Xensiv PAS210 ist ein SMD-Bauelement mit integriertem Mikrocontroller und Selbstkalibrierung (Automatic Baseline Calibration, ABC). Die technischen Parameter sind wie folgt spezifiziert:

  • Größe: 13 x 12 x 6 mm³
  • Messebereich: 0 – 10.000 ppm
  • Genauigkeit: 30 ppm
  • Drift: < 1% pro Jahr (bei aktiver Selbstkalibrierung)
  • Lebenszeit: 10 Jahre (bei Pulsbetrieb)
  • Stromversorgung: 12 V (IR-Emitter) + 3,3 V, 50 mA Spitzenstrom

Für ausgewählte Kunden wurden bereits Evaluationsboards ausgegeben, in der ersten Jahreshälfte 2020 sollen sie auch auf den freien Markt kommen. Demonstriert wird er auf der Sensor + Test vom 25. bis 27. Juni in Nürnberg.

»…der braucht unsere Patente«

An der PAS-Technik forscht Infineon seit längerer Zeit. Aus einer Zusammenarbeit mit dem Fraunhofer IPM bestehen noch gemeinsame Patente. Für den aktuellen Sensor wurde laut Infineon ausschließlich eigene IP verwendet, mit den in Regensburg gefertigten MEMS-Mikrofonen als Kernelement. »Wer PAS-Gassensoren auf Basis von MEMS-Mikrofonen entwickeln möchte, braucht unsere Patente«, sagt Bialas. Deshalb sehe man sich auch, was die technische Reife angeht, vorne.