Aufbau komplexer miniaturisierter Kraftsensorsysteme gefügt mittels Glaslot

03.08.2020

Hybridaufgebaute Kraftsensoren bestehen aus einem Federkörper und entsprechenden Dehnmessstreifen (DMS), welche zu einer Messbrücke verschaltet sind. Das CiS Forschungsinstitut verwendet für solche Kraftsensorsysteme piezoresistive, miniaturisierte Dehnungssensoren aus Silizium (Si-DMS) mit bereits integrierter Vollbrücke. Als Fügetechnik der Wahl kommt das Glaslot-Bonden zum Einsatz.

Für den Aufbau von komplexen Kraftaufnehmern, welche die Kraft in zwei oder drei Richtungen bestimmen, sind 90° zueinander liegende Si-DMS auf den Federkörper zu fügen. Die Schwierigkeit dieses Aufbaus liegt in der Montage der Si-DMS auf der waagerechten Fläche, ohne dass sich der bereits auf der senkrechten Fläche geglaste Si-DMS verschiebt oder gar löst. Wegen der extrem kleinen Masse und der im Vergleich dazu großen Oberfläche reicht die Oberflächenspannung aus, die Si-DMS auch im flüssigen Glaslot korrekt an der senkrechten Seite zu halten.

Damit ist ein miniaturisierter Aufbau von komplexen Kraftsensoren möglich, die in 3D-Kraftaufnehmern oder Drehmomentsensoren eingesetzt werden. Außerdem erreichen solche Sensorsysteme eine höhere Langzeitstabilität und weisen eine höhere Beständigkeit unter Temperaturbelastung sowie unter Feuchteeinfluss gegenüber Systemen gefügt mit polymerbasierten Klebstoffen auf.