Mikado - Langzeitstabile Mikro-Makro-Kopplung zum Aufbau ultraflacher Siliziumdehnungssensoren für makroskopische Prüfkörper


09.07.2021

Kraftsensoren werden für vielfältige Aufgaben benötigt. Sie analysieren mechanische Spannungen, steuern und überwachen Industrieroboter, medizinische und biomechanische Geräte, kontrollieren Schienen, Brücken oder Bahnweichen. Auch Waagen aller Art, von der Küchenwaage bis zur Kranwaage, enthalten Kraftsensoren, wobei fast ausschließlich Dehnungsmesssensoren auf Folienbasis dominieren.
In Folge der fortschreitenden Automatisierung und autonom arbeitender Maschinen und Anlagen werden kostengünstige und in die Anlagen integrierbare Kraftsensoren benötigt. Ultraflache Kraftsensoren mit integrierten Silizium-DMS bieten hier Alternativen und Montageträger aus Edelstahl, Keramik, Messing oder Titan werden damit bestückt.
Die verwendeten Sensoren sind zur Eigendiagnose fähig, mit einer Signalverarbeitung gekoppelt und fordern Serviceleistungen nach Bedarf an. So ergibt sich ein großes Sparpotenzial insbesondere bei sehr schwer zugänglichen und aufwändigen Wartungsarbeiten, zum Beispiel bei Offshore-Windparks.
Vorversuche zeigen, dass Silizium-Dehnmesstreifen mit Glaslot auf Edelstahl gefügt, gute Ergebnisse erwarten lassen. Der Fügeprozess ist aufgrund der extrem unterschiedlichen Materialeigenschaften und der Temperaturführung äußerst anspruchsvoll.
Alle drei Fügeverbindungen:

  • Si-DMS mit dem Montageträger
  • der Montageträger mit dem Prüfkörper
  • die elektrische Kontaktierung der Si-DMS mit der Auswerteelektronik

müssen Umwelteinflüssen wie Luftfeuchte und großen Temperaturspreizungen langzeitstabil standhalten. Der Einfluss der jeweiligen Fügetechnologien, z.B. Kleben als Standardverfahren und Glaslot-Bonden als Vorzugstechnologie, werden in diesem Projekt bewertet.

Die beschriebenen Forschungs- und Entwicklungsarbeiten wurden im Forschungsprojekt „Langzeitstabile Mikro-Makro-Kopplung zum Aufbau ultraflacher  Siliziumdehnungssensoren für makroskopische Prüfkörper“ (Mikado) durch das Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWi) gefördert.
Förderkennzeichen: 49MF180163