Medienbeständiger Hochtemperaturdrucksensor (mHTD)

Projektskizze zum geplanten Forschungsvorhaben im Rahmen der industriellen Gemeinschaftsforschung (IGF)

Projektpartner gesucht

Anwendungsfelder für die Druckmesstechnik sind allgegenwärtig und durch eine sehr große Bandbreite an Anforderungen gekennzeichnet – sowohl was die zu messenden Drücke und Medien als auch die Umgebungsbedingungen der Messung betrifft. Raue Umgebungen können das Medium, in welchen gemessen werden soll, als auch die Einsatztemperatur betreffen.

Die von Hahn-Schickard zur Messung entwickelten Sensoren zur Messung von Druck oder Füllstand mittels kapazitiver, leiterplattenbasierter Druckmesstechnik ermöglichen durch Verwendung von medienbeständigen Membranen hochgenaue Messungen an korrosiven Medien. Im Gegensatz zu MEMS Drucksensoren kann dies ohne aufwändige AVT Prozesse erreicht werden. Dies ermöglicht es Firmen einen wichtigen Teil der Wertschöpfung bei der Produktion von Drucksensoren mit vorhandenen Technologien zu erreichen. 

Ziel des geplanten Projekts ist es, den Einsatztemperaturbereich der Drucksensoren von derzeit bis 85°C auf > 200°C für Medien- und Umgebungstemperatur zu erweitern. Piezoelektrische Drucksensoren sind für Hochtemperaturanwendungen weit verbreitet, können allerdings keine statischen Drücke messen. Andere MEMS Drucksensoren benötigen aufwändige und teure Technologien, wie beispielsweise der Silicon-on-Sapphire-Technologie [1] oder eine räumliche Trennung mittels Drucküber-tragungsmedien [2], um bei hohen Temperaturen zuverlässig zu funktionieren. In diesem Projekt soll das durch einfachere Methoden ohne räumlicher Trennung von Messmembran und Auswerteelektronik erreicht werden.
Hierzu sollen folgende technologische Neuheiten untersucht werden:

• Verwendung einer Hochtemperaturelektronik für Sensorauslese, Kalibrierung und Interface. Mit Hilfe der Hochtemperatur CMOS-Technologie kann analoge und digitale Schaltungstechnik für Betriebstemperaturen bis zu 225 C realisiert werden. Die Signalverarbeitungselektronik kann somit in unmittelbarer Nähe hoch-temperaturfester Sensoren platziert werden, wodurch sich die Signalqualität und -genauigkeit erheblich steigern lassen.
• Durch Analog/Digital Umsetzer werden die Sensorwerte in die digitale Form überführt und lassen sich über Standard-Schnittstellen (SPI, I2C oder RS485) ausgeben.
• Für eine eindeutige, plagiatsichere Identifizierung der Sensor-ICs wird die neuartige Technik der PUF (Physically Unclonable Function) eingesetzt, die eine zufällige, nicht kopierbare Identifizierung individueller ICs erlaubt [3]. Damit kann auch eine eindeutige Zuordnung von Kalibrationswerten in einer nachgeschalteten Elektronik sichergestellt werden.
• Verwendung hochtemperaturfester Substrate (Keramik, Hoch-Tg-Leiterplatten) für die kapazitive, leiterplattenbasierte Druckmesstechnik von Hahn-Schickard.
• Geeignete Hochtemperaturfügeverfahren wie z.B. Silbersintern und Drahtbonden für die Elektronik auf dem Substrat.
• Innovative Fügetechniken für die Membran auf der Leiterplatte. Im Vorgänger-projekt konnten mehrere vielversprechende Verfahren identifiziert werden. Dazu gehören Silbersintern, Schweißen, reaktives Fügen und TLP Bonden.

Bei Interesse wenden Sie sich bitte an Herrn Adrian Schwenck.