„More than Moore“ und neue „Packaging“-Verfahren
Intelligente Sensoren: Trends und Technologien #####
Fortsetzung des Artikels von Teil 2
Integration optischer Messverfahren
Eine Expertengruppe aus fünf Forschungseinrichtungen arbeitet in einem vom Forschungsministerium geförderten Projekt an der Entwicklung eines Verfahrens, das mit optischen Methoden den Frischegrad von Fleisch erkennen und dokumentieren kann [4]. Die aufgenommenen Daten sollen gespeichert werden und am Lebensmittel verbleiben. Zusätzlich können Sensoren Verarbeitungs- bzw. Transportdaten wie Zeit, Temperatur, Feuchte oder Lichteinfall aufnehmen. Ziel ist die Überwachung der Prozesskette bei der Verarbeitung von Fleisch vom Schlachtbetrieb bis hin zum Verbraucher.
Der angestrebte Aufbau besteht aus einen Handscanner und einem Etikett mit integrierter Sensorik. Das vom Scanner ausgehende Licht wird je nach Zustand des Fleisches unterschiedlich gestreut oder reflektiert. Das zurückkommende Licht wird durch opto-analytische Methoden, wie Reflexions-, Fluoreszenzund Raman-Spektren, analysiert und mit unabhängigen, für die Beschaffenheit des Fleisches charakteristischen Kenngrößen abgeglichen. Nach jeder Messung kann der so ermittelte Zustand des Fleisches in einem „intelligenten“ Etikett abgelegt werden. Damit fungiert dieses in der Art eines Laufzettels, mit dem der Zustand des Fleisches von der Schlachtung bis zum Verkauf dokumentiert werden kann. Zusätzlich sorgen integrierte Sensoren für eine kontinuierliche Temperaturmessung und -aufzeichnung, so dass auch jede Unterbrechung der Kühlkette dokumentiert werden kann.
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Kostengünstige Radar-Sensorik
Die Herstellungskosten von Radar-Sensoren für die Erfassung des Umfeldes sind für die breite Markteinführung im Automobilbereich bis zur unteren Mittelklasse noch zu hoch. Zudem erfordert der Einsatz in aktiven Sicherheitsfunktionen (Bremsassistent, Kollisionswarnung etc.) eine Weiterentwicklung der Sensoren, um die Detektion und deren Sicherheit sowie die Zuverlässigkeit weiter zu verbessern. Im Projekt „Kostenoptimierter Radar-Sensor für aktive Fahrerassistenzsysteme – KRAFAS“ [5] wird deshalb für das HF-Modul ein neuer Herstellungsprozess vorgesehen, bei dem mittels der Kombination zweier Einbett-Techniken ein kostengünstiges „System in Package“ entsteht. Dabei wird die Integration einer 77-GHz-Technologie wie SiGe-MMICs in ein Polymergehäuse mit hierauf prozessierter Umverdrahtung und integrierten Antennenelementen angestrebt (Bild 7). Das Einbetten verspricht infolge der geringen thermischen Fehlanpassung eine hohe Zuverlässigkeit bei gleichzeitig verbesserten HF-Eigenschaften. Insgesamt können damit die Kosten gegenüber bisherigen Herstellungs-Technologien um bis zu 30 % reduziert werden.
3D-Positions-Sensorik bei Kfz-Scheinwerfern
Die Entwicklung von Kfz-Scheinwerfern hin zu komplexen mechatronischen Systemen, etwa durch die Einführung des Kurvenlichtes, erforderte wesentliche Fortschritte in der Positions-Sensorik. Hier wird heute ein Sensor eingesetzt, der eine genaue Positionsbestimmung der vertikalen und horizontalen Ausrichtung der mechanisch bewegten Komponenten Reflektor und Projektionsmodul ermöglicht [6]. Bei dem dynamischen Kurvenlicht „Advanced Frontlightning System“ (AFS) ist die erforderlich, um eine maximale Leuchtweite bei gleichzeitiger Blendvermeidung zu erreichen.
Mit einem neuen, monolithisch integrierten Magnet-Sensor lassen sich hier alle drei Komponenten eines Magnetfeldes detektieren. Damit wird eine dreidimensionale Positionsrückmeldung zur präzisen Steuerung eines Scheinwerfers erreicht. Das dafür entwickelte Hall-Sensor-IC integriert Sensor-Elemente, die für senkrecht und parallel zur IC-Oberfläche verlaufende Magnetfelder empfindlich sind. Da der Sensor selbst keine feldführenden Komponenten enthält, kann er in einem CMOS-Prozess monolithisch gefertigt werden. Er steht mit diesem Aufbau für die Möglichkeiten von „More than Moore“-Systemen.
Bei kleinen und mittleren Stückzahlen sind flexible Konzepte gefragt, bei denen unterschiedlichste Komponenten nach Bedarf zu einem Gesamtsystem zusammengefügt werden können. Mit der am Fraunhofer IZM [2] entwickelten „3D-Stapel-Technik“ steht ein Gehäusekonzept zur Verfügung, mit dem sich zuverlässige, kleine und hochrobuste Systeme schnell und kostengünstig herstellen lassen (Bild 5).
Das dreidimensionale Stapelverfahren „PCB Stacking“ lohnt sich für den Anwender dann, wenn bei kleinen und mittleren Stückzahlen kundenspezifische Aufbauten realisiert werden müssen, die sich aus wiederkehrenden Funktionsblöcken (Modulen) zusammensetzen lassen, oder wenn der zur Verfügung stehende Bauraum einen robusten und kostengünstigen 3D-Aufbau erfordert.
Das Baukastensystem erlaubt einen hierarchischen Aufbau der Fertigungs-Technologien. Während in den einzelnen Modul-Ebenen Fertigungstechniken wie z.B. Flip-Chip oder CoB (Chip on board – Chip auf Platine) zur Anwendung kommen können, kann deren Montage in einem herkömmlichen SMD-Prozess erfolgen. Eine weitergehende Miniaturisierung kann durch Stacking von „Bare Die“ auf „Bare Die“ oder von „Bare Die“ auf „Flip-Chip“ oder „Flip-Chip BGA“ (Ball Grid Array) erreicht werden. Bei höheren Anforderungen an die Integrationsdichte kann auch mit in den Leiterplatten der einzelnen Modul-Ebenen eingebetteten aktiven oder passiven Komponenten gearbeitet werden. Damit lassen sich komplexe Mikrosysteme kundenspezifisch aufbauen, ohne dass die Unternehmen selbst über entsprechende Fertigungsanlagen verfügen.
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- Mikrooptische Verfahren
- Integration optischer Messverfahren
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