Fraunhofer-Verbund Mikroelektronik in Kooperation mit den Leibniz-Instituten FBH und IHP
Fraunhofer-Verbund Mikroelektronik in Kooperation mit den Leibniz-Instituten FBH und IHP
Folien-Package für dünnen und biegbaren MEMS-Drucksensor-Streifen Foil package for thin and flexible MEMS pressure sensor stripe

Unser institutsübergreifendes Technologieangebot im Bereich »Sensorsysteme«

© Fraunhofer EMFT / Bernd Müller

Sensorsysteme

Die FMD hat tiefgreifendes Know-how in der Herstellung von Sensoren und der Sensorintegration in komplexen Systemen:

  • Design von Sensorsystemen, Design für Zuverlässigkeit und Test von Sensorsystemen; auch unter rauen Umweltbedingungen
  • Vollständig integrierte Sensorlösungen (MEMS auf CMOS) sowie hybrid-integrierte Sensorsysteme
  • Charakterisierung (optisch, akustisch, elektrisch) und Test von Sensoren- und Sensorsystemen –mit Hilfe zerstörungsfreier Methoden; Erstellung von Zuverlässigkeitsanalysen in verschiedenen Stress-Szenarien
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Flyer Sensorsysteme

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Technologieplattform für den mikromechanischen Ultraschall (MUT)

Unsere Expertise, Ihre Anwendung: Wir finden und entwickeln den passenden Ultraschallsensor für Sie.

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© Fraunhofer IZM / Volker Mai

Monitoring von Hochspannungsleitungen

Monitoring-System für Hoch- und Höchstspannungsleitungen

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© Fraunhofer ENAS

Theranostische Implantate

Gesamtsystem mit Druck- und Beschleunigungssensor mit einer Länge von rund 15 mm und einem Durchmesser von rund 3 mm.

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© Fraunhofer IIS/EAS

Universal Sensor Platform (USeP)

Die Entwicklung der USeP Technologien fokussiert unterschiedliche Spitzentechnologien von Globalfoundries und mehreren Fraunhofer-Instituten in einem Sensor-Package.

Die Gliederung der Herstellung in stetige und in flexible Komponenten ermöglicht dabei erstmalig die schnelle Produktion spezifisch angepasster Sensorsysteme mit höchster Performance. Dieses Konzept richtet sich speziell an kleine und mittelständische Unternehmen und gibt ihnen einen essentiellen Marktvorsprung.

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Entlang der Wertschöpfungskette - Beispiele aus den FMD-Instituten:

 

© Fraunhofer IIS

Design

Systematischer und anwendungsspezifischer Entwurf von Chips, elektronischen Komponenten und Systemen.

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© Fraunhofer IIS/EAS

Materialien und Prozesse I Bauteile und Komponenten

Bauelemente-Technologien für Silizium und Verbindungshalbleiter inklusive neuer Materialien und angepasster Prozesse.

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© Fraunhofer IZM / Volker Mai

Heterointegration

Integration von unterschiedlichen Prozessen und Bauelementen zu komplexen Modulen und Systemen.

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© Fraunhofer IAF

Charakterisierung, Test und Zuverlässigkeit

Test und Optimierung der entworfenen und prozessierten Bauelemente, Komponenten und Systeme inklusive Zuverlässigkeits- und Lebensdauerbewertung.

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Sensorsysteme

Die Forschungsfabrik Mikroelektronik Deutschland zeigt mit ihren 13 Mitgliedsinstituten der Fraunhofer-Gesellschaft und Leibniz-Gemeinschaft Forschungsleistungen von internationaler Exzellenz. Damit trägt die FMD dazu bei, dass Deutschland und Europa einen Spitzenplatz in der Forschung und Entwicklung einnehmen. Einige ausgewählte Forschungshighlights und Leuchtturmprojekte im Bereich Sensorsysteme finden Sie nachfolgend.

Die Liste aller Publikationen für die Technologieplattform Sensorsysteme zum Download:

SiC Drucksensor

© Fraunhofer IZM
Draufsicht auf einen SiC Drucksensor. Die Fertigung der Membran erfolgte mittels RIE mit einer Tiefe von 300 µm und einer Ätzgeschwindigkeit von bis zu 4 µm/min.
  • Fertigung eines Drucksensors aus Doppel EPI SiC für den Einsatz in Hochtemperaturumgebungen
  • Reaktives Ionen Ätzen von SiC zur Herstellung der Membran des Drucksenors bis zu einer Tiefe 300 µm
  • Ätzgeschwindigkeit von SiC 4 µm/min

Veröffentlichungen:

  • Mackowiak P, et al. (2022): Investigation and Modeling of Etching Through Silicon Carbide Vias (TSiCV) for SiC Interposer and Deep SiC Etching for Harsh Environment MEMS by DoE, in IEEE Transactions on Components, Packaging and Manufacturing Technology, vol. 12, no. 3, pp. 437-445, March 2022. doi: 10.1109/TCPMT.2021.3123384
  • Mackowiak P, et al. (2021): Piezoresistive 4H-Silicon Carbide (SiC) pressure sensor, 2021 IEEE Sensors, pp. 1-4. doi: 10.1109/SENSORS47087.2021.9639506.
  • Erbacher K, et al. (2022): Investigation and Modeling of Etching Through Silicon Carbide Vias (TSiCV) for SiC Interposer and Deep SiC Etching for Harsh Environment MEMS by DoE, in IEEE Transactions on Components, Packaging and Manufacturing Technology, vol. 12, no. 3, pp. 437-445, March 2022. doi: 10.1109/MEMS51782.2021.9375268

3D-Magnetfeldkameras mit weltweit einzigartiger Performance durch Profilometer

Schematische Darstellung eines HallinSight® Sensor-Arrays.
© Fraunhofer IIS
Schematische Darstellung eines HallinSight® Sensor-Arrays.
  • Aufbau von magnetischen Messsysteme zur dreidimensionalen Messung magnetischer Vektorfelder durch eigen-entwickelte HallinOne®-Sensoren
  • Herstellung von Magnetfeldkameras (HallinSight®: Vektorielle Magnetfeldmessung) einer bislang nie dagewesenen Qualität. Insbesondere die Ausrichtung der als Referenz dienenden z-Sensoren kann mit dieser mechanischen Messung überprüft und damit in mehreren Schritten weiter optimiert werden. Dies führt am Ende zu vektoriell messenden Kameras deren Ausrichtung der einzelnen Magnetfeldsensoren zueinander sehr präzise ist.
  • Die FMD-Investion »Labor für nanooptische Strukturen« ermöglicht die Ausrichtung und Positionierung sehr vieler Einzelchips auf einem PCB-Träger: präzise Vermessung sowie Korrektur und Verifizierung der Magnetfeldwerte des Messsystems.

Kooperation: 

Projekte mit Automobilzulieferern

Veröffentlichung:

Beran P (2018): Wertvolle Informationen in Magnetfeldern: 3D-Magnetfeldkamera macht Feldverläufe dreidimensional sichtbar, in QZ – Qualität und Zuverlässigkeit, 09/2018. Abrufbar unter: https://www.iis.fraunhofer.de/content/dam/iis/de/doc/il/ics/sensorsysteme/HallinSight_im_industriellen_Einsatz_QZ%20201809.pdf

Weiterführende Informationen: 

HallinSight®: Vektorielle Magentfeldmessung

 

Nano-Hohlnadeln zur intrazellulären Kontaktierung

© Fraunhofer IMS
  • Einzigartige Nano-Hohlnadeln, gefertigt auf CMOS im Opferschichtprozess und biokompatiblen ALD-Materialien
  • Neuartige Möglichkeit der Zellanalyse: Wirkstoffinjektion in das Zellinnere bei zeitgleicher elektrischer Analyse des Zell-Membranpotentials

Veröffentlichungen:

Weiterführende Informationen: 

www.ims.fraunhofer.de/de/Geschaeftsfelder/Devices-and-Technologies/Anwendungen/ZellMOS.html

Hochauflösende Bildgebung mittels SAR- und ISAR-Verfahren

300-GHz-MIRANDA - weltweit höchste Auflösung von 3,5 mm. SAR-Bild aufgenommen bei 300-GHz aus einem fahrenden Auto. Das Bild zeigt eine Parkbucht.
© Fraunhofer FHR
Bild 1: Kompakte Ka-Band Phased-Array Radarsensorik mit einer Systembandbereite von 8 GHz für luftgetragene Systeme. Bild 2: SAR-Aufnahme einer Bodenszene (Hubschrauberlandeplatz und Fahrzeuge) mit einer prozessierten Auflösung von 2 x 2 cm.
  • Komplexe multifunktionale Radarsensorik für höchstauflösende SAR-Abbildungen von Bodenszenarien und von Objekten im erdnahen Orbit
  • Verwendete Frequenzbänder von X-Band bis Terahertz
  • Weltweit erste SAR-Bilder bei 300 GHz mit Auflösung im Millimeterbereich
  • Anwendungen auf fahrenden und fliegenden Plattformen mit Bewegungskompensation
  • Sensorik einsetzbar für weitere komplexe Radaraufgaben wie GMTI, Änderungsdetektion und 3D-Szenenerfassung durch Interferometrie (IFSAR)
  • Hochauflösende und weitreichende 2D- und 3D-Abbildung bewegter Objekte durch die Spezialverfahren ISAR und interferometrisches ISAR

Veröffentlichungen:

  • Palm S, et al. (2018): Mobile Radar Mapping—Subcentimeter SAR Imaging of Roads, in IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing, vol. 56, no. 11, pp. 6734-6746, Nov. 2018. doi 10.1109/TGRS.2018.2842643
  • Palm S, et al. (2019): Airborne Circular W-Band SAR for Multiple Aspect Urban Site Monitoring, in IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing, vol. 57, no. 9, pp. 6996-7016, Sept. 2019. doi: 10.1109/TGRS.2019.2909949
  • Walterscheid I, et al. (2020): First results of a joint measurement campaign with PAMIR-Ka and MIRANDA-94, in IEEE Radar Conference (RadarConf20), Sept. 2020. doi: 10.1109/RadarConf2043947.2020.9266536
  • El-Arnauti G, et al. (2018): Advanced System Concept and Experimental Results of the Ultra-High Resolution Airborne SAR Demonstrator PAMIR-Ka, VDE, in EUSAR 2018 - 12th European Conference on Synthetic Aperture Radar. Print ISBN:978-3-8007-4636-1

Weiterführende Informationen: 

300-GHz-SAR-Messungen von Straßen und Fassaden

Kernkompetenz Signalverarbeitung und Bildgebung.

Photodetektoren für hochdynamische dreidimensionale Bildgebung – auch bei wechselnden Wetterverhältnissen

CSPAD-Detektor: Diese Photodetektoren vereinen hochdynamische dreidimensionale Bildgebung mit verlässlichen Algorithmen für den leistungsfähigen Einsatz auch bei wechselnden Wetterverhältnissen.
© Fraunhofer IMS
CSPAD-Detektor: Diese Photodetektoren vereinen hochdynamische dreidimensionale Bildgebung mit verlässlichen Algorithmen für den leistungsfähigen Einsatz auch bei wechselnden Wetterverhältnissen.

Moderne Fahrassistenzsysteme benötigen effiziente und verlässliche Sensorik. Autonome Fahrzeuge müssen ihr Umfeld absolut sicher erkennen. CSPAD-Detektoren vereinen hierzu hochsensitive dreidimensionale Bildgebung mit sicheren Algorithmen für den leistungsfähigen Einsatz auch bei wechselnden Wetterverhältnissen, z. B. für den Einsatz in LiDAR-Anwendungen.

  • Maximale Reichweiten auch bei hoher Sonnenlichtintensität und gleichzeitig geringen Systemkosten zu erreichen
  • Integration der SPAD-Detektoren in einem für die Automobilindustrie zertifizierten und für optoelektronische  Anwendungen optimierten 0,35 µm CMOS-Prozess
  • In die Pixel integrierte adaptive Photonkoinzidenzschaltung zur Hintergrundlichtunterdrückung

Kooperationen:

Veröffentlichungen: 

  • Ruskowski J, et al. (2020): 64x48 pixel backside illuminated SPAD detector array for LiDAR applications, in SPIE Photonics West 2020, SPIE Opto; USA. doi: 10.1117/12.2550634
  • Kalwa L, et al. (2019): Wafer-Level-3D-Integrationsverfahren für hochsensitive optische Sensoren, in 20. GMA/ITG Fachtagung Sensoren und Messsysteme 2019; Germany. doi: 10.5162/sensoren2019/3.2.3

Weiterführende Informationen: 

Das technologische Spektrum für leistungsfähige CMOS Bildsensoren