Wissenschaftliche Publikationen "Sensorik + Aktorik"

Im Rahmen dieser Arbeit wurde der Einfluss der Montage eines CMOS-integrierten Sensorsystems auf das Sensorverhalten untersucht. Hierzu wurden Sensorchips einerseits mittels eines epoxidbasierten Klebstoffs und andererseits durch reaktives Fügen auf Zugproben aus Edelstahl befestigt, und es wurde der Einfluss des Fügeprozesses auf die Spannungsverteilung im Sensorchip untersucht. An einer Zugprüfeinrichtung wurden für beide Fügevarianten die Sensorkennlinien aufgenommen. Beide Varianten zeigen ein lineares Sensorverhalten, wobei der reaktiv gefügte Sensorchip eine ca. 2,5- fach höhere Empfindlichkeit aufweist. Zur Ermittlung der Dehnungs-Kopplung wurde für beide Fügevarianten die tatsächliche Chipdehnung mithilfe von Dehnmessstreifen ermittelt und in Relation zur Dehnung der Zugprobe gebracht. Der auf diese Weise ermittelte Kopplungsfaktor beträgt beim geklebten Chip etwa 0,18, beim reaktiv gebondeten Chip liegt er mit 0,43 deutlich darüber.

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Aim of this work is to improve the bond between a strain sensor and a device on which the strain shall be determined. As strain sensor, a CMOS-integrated chip featuring piezoresistive sensor elements was used which is capable of wireless energy and data transmission. The sensor chip was mounted on a standardized tensile test specimen of stainless steel by a bonding process using reactive multilayer systems (RMS). RMS provide a well-defined amount of heat within a very short reaction time of a few milliseconds and are placed in-between two bonding partners. RMS were combined with layers of solder which melt during the bonding process. Epoxy adhesive films were used as a reference bonding process. Under mechanical tensile loading, the sensor bonded with RMS shows a linear strain sensitivity in the whole range of tested forces whereas the adhesive-bonded sensor has slightly nonlinear behavior for low forces. Compared to the adhesive-bonded chips, the sensitivity of the reactively bonded chips is increased by a factor of about 2.5. This indicates a stronger mechanical coupling by reactive bonding as compared to adhesive bonding.
 

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The development and manufacturing of high-precision micro-mechatronic systems 11 (MMS) is a challenging task due to the complexity and diversity of their manufacturing technologies 12 and their high quality requirements. The high demand for individualized products further compli- 13 cates especially the engineering design process (EDP) and manufacturing for such complex prod- 14 ucts. Digital manufacturing technologies (DMT) and molded interconnect devices (MID) are recom- 15 mended as a possible solution for the production of individualized MMS (iMMS), but they must be 16 considered in an EDP. The established EDP for MMS are not designed with the context of individ- 17 ualization and not based on possible use cases for individualized products. This article gives an 18 overview of the challenges (critical factors) in product development and manufacturing of iMMS, a 19 novel definition of iMMS and describes a new qualitative methodology in order to tailor EDP based 20 on use cases. This methodology can also be used as a framework to tailor their EDP with different 21 use cases and contexts. Furthermore, with the development and manufacturing of an iMMS, the 22 method is critically examined. Findings of this paper show fields of action for innovative tools to 23 support the development process of iMMS. Thus, this article has both theoretical and practical im- 24 plications.

Im Rahmen dieses Forschungsvorhabens soll ein in Mikrotechnologie hergestellter multiaxialer,
hoch miniaturisierter Beschleunigungssensor mit integrierter Ausleseelektronik zur breitbandigen
und hochauflösenden Vibrationsmessung (u.a. für Zustandsüberwachung) entlang aller drei
Raumrichtungen realisiert werden.

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InsightProducts zielt auf die Verbesserung digitaler Produkte und konzentriert sich auf die eingehende Analyse von Lösungen zur industriellen Zustandsüberwachung, wobei insbesondere die Aspekte Architektur und Sensorik, produktinterne Intelligenz, Kommunikation und Datenerfassung berücksichtigt werden.

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Angestrebte Ziele:

• Charakterisierung und Analyse des Silizium-Elements ohne Einfluss der AVT
• Mechanische Ankopplung der Sensorchips an Werkstücke und Ermittlung der
• Sensorwerte bei unterschiedlicher Last und unter variablen Umgebungsbedingungen
• Modellierung und Simulation der an die Werkstücke gekoppelten Sensorchips und
• Verifizierung der Modelle durch Vergleich mit den Messdaten

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