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Entwicklungsbörse Mikrotechnik


 

Erfolgsgeschichte

Dichtesensor: Schneller Transfer vom Prototyp zum Produkt mit dem MEMS Foundry Service

Wie ist der Mineralgehalt von Mineralwasser? Wann enthält Biogas genug Methan, um ins Erdgasnetz eingespeist werden zu können? Kleinste Änderungen der Dichte von Flüssigkeiten oder Gasen messen, ist wichtig für viele Anwendungen und das Kerngeschäft der TrueDyne Sensors AG in Reinach, Schweiz. Möglich wird dies durch einen MEMS-Chip, der zusammen mit Hahn-Schickard in Villingen-Schwenningen in kurzer Zeit entwickelt wurde und dort in Serie gebaut wird. Herzstück des Chips ist ein freistehender Siliziumkanal mit einem Querschnitt vom 160×200 µm (nur vier Mal dicker als ein menschliches Haar), der auf einem Glassubstrat sitzt. Durch Löcher im Glassockel strömt das Fluid in den Kanal, welcher über Plattenkondensatoren in Resonanzschwingung versetzt wird. Diese Resonanzschwingung wird ebenfalls über Plattenkondensatoren kapazitiv erfasst. Je nach Dichte und Viskosität des Fluides ändern sich die Resonanzfrequenz und die Güte des Kanals. Um die hochgenaue Messung von Umgebungseinflüssen zu entkoppeln, befindet sich der Kanal unter einem Siliziumdeckel, der ein Vakuum einschließt. Um solch einen komplexen Chip zu fertigen, sind insgesamt 4 Wafer und mehr als 100 Prozessschritte notwendig.

 

Aktuelle Verbundprojekte

Im geplanten Projekt sollen digital gedruckte leitfähige Tinten (z.B. Silber) hinsichtlich ihrer Werkstoffeigenschaften und Zuverlässigkeit charakterisiert werden. Kennwerte wie bspw. E-Modul /CTE werden in Simulationsmodelle eingespeist und Funktionsstrukturen wie Heizer, Dehnmesstreifen (DMS) und elektrische Schaltungen ausgelegt.

Im Rahmen des Projektes sollen Teststrukturen gedruckt, hinsichtlich ihrer Funktion und Zuverlässigkeit charakterisiert und Simulationsmodelle erstellt werden. Mit den entwickelten Simulationsmodellen ergibt sich ein hohes Potential zur Verkürzung von Entwicklungszeiten und zur Steigerung der Zuverlässigkeit für individuell gefertigte gedruckte Funktionsstrukturen, die über Leiterbahnen hinausgehen, wie bspw. Heizer, Dehnmessstrukturen und Temperatursensoren.

Es gibt eine Reihe an Variationsmöglichkeiten während des Druckprozesses, die Einfluss auf die Eigenschaften der gedruckten Strukturen haben. Angefangen bei dem Druckverfahren, über die Verwendung verschiedener kommerzieller nanopartikulärer Metalltinten, bis hin zu Sinterparametern. Damit ergibt sich ein breites Parameterfeld, dass es mittels statistischer Versuchsplanung zu untersuchen gilt, um Abhängigkeiten und eventuell allgemeine Aussagen treffen zu können. Da die Schichtdicken der gedruckten Strukturen im Bereich von 1-10 µm liegen, werden geeignete Analyseverfahren ausgewählt und weiterentwickelt. Die weitere Charakterisierung der Teststrukturen kann z.B. mittels aktiver Bestromung, passiver Temperaturbelastung und mechanischer Belastung erfolgen. Zur Ermittlung von Ausfallursachen werden die Testaufbauten anschließend einer Schadensanalyse unterzogen.

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Projektname: SEsAM
Fördergeber: IGF
Kooperationspartner: Naturwissenschaftliches und Medizinisches Institut (NMI)
Reifegrad: Funktionsmuster

Ziel dieses Forschungsvorhabens ist die Entwicklung zuverlässiger keramikbasierter 3D Schaltungsträger mit stromtragfähigen Leiterbahnen und optimiertem Design für ein effektives Wärmemanagement, um die hohen Anforderungen, die z.B. leistungselektronische SMD-Bauteile mit sich bringen, bedienen zu können.

Die Zuverlässigkeit und Lebensdauer eines leistungselektronischen Systems hängt von vielen verschiedenen Faktoren ab. Dazu zählen vor allem die Eigenschaften der einzelnen Bauelemente sowie deren Zusammenspiel. Die (Weiter-)Entwicklung und Abstimmung neuer Komponenten und innovativer Verfahren aufeinander mit dem Ziel die Zuverlässigkeit und Lebensdauer des Gesamtsystems zu steigern stellt die Motivation des geplanten Projektes dar.

In diesem Forschungsvorhaben sollen zunächst spritzgegossene Keramiksubstrate analog der MID Prozesskette prozessiert werden. Substrat, Leiterbahnen und SMD-Bauteil, sowie deren Interfaces werden dann intensiver Temperaturwechsel- und Strombelastung unterzogen und kritische Einflüsse auf die Zuverlässigkeit und die Lebensdauer evaluiert. Aus den Ergebnissen der Untersuchungen sollen zudem Simulationsmodelle für ein effektives Wärmemanagement abgeleitet werden, die zur Auslegung eines mit SMD bestückten 3D Demonstrators verwendet werden. Parallel wird ein Verfahren zur Dotierung additiv gefertigter Keramiken erarbeitet. Vergleichende Untersuchungen sollen dieses für die Herstellung von LDS Substraten und die flexible Fertigung von Kleinserien und Prototypen qualifizieren. Das Verfahren soll die flexible Prototypen-Fertigung zur Validierung des simulationsgestützten, optimierten Wärmemanagements ermöglichen und zur Fertigung des Demonstrators genutzt werden.

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Projektname: ZuKerLe
Fördergeber: IGF
Kooperationspartner: Institut für Fertigungstechnologie keramischer Bauteile, Institut für Mikrointegration der Universität Stuttgart
Reifegrad: Forschung

Im Vergleich zum binären System Ag-Sn lässt sich durch Einsatz des ternären Systems Ag-In-Sn die Fügetemperatur deutlich verringern (von 250°C auf ca. 150°C). Dies vergrößert die Anwendungsmöglichkeiten erheblich, da nun das Verfahren auch für temperatursensitive Fügepartner zugänglich wird.

Ziel des Projekts ist es, sowohl Zusammensetzung als auch Prozessparameter so zu optimieren, dass bei möglichst geringer Fügetemperatur temperaturstabile Verbindungen entstehen. Zur Darstellung der Fügepartner sollen vorrangig elektrochemische Verfahren eingesetzt werden, entweder als Folie oder in Form einer Direktbeschichtung. Bei den Projektpartnern werden Versuchsreihen mit unterschiedlichen Prozessbedingungen (Temperatur, Druck, Zeit) durchgeführt und die Ergebnisse analysiert. Dies bildet eine hochkomplexe Optimierungsaufgabe, da sowohl die Materialien und Schichtdicken als auch Temperaturrampen und Anpressdrücke variiert werden müssen, um ein optimales Ergebnis zu erhalten. Insbesondere ist zu erwarten, dass sich aufgrund der dynamischen Schmelz-, Erstarrungs- und Diffusionsprozesse nichtlineare Abhängigkeiten von den Eingangsparametern ergeben. Aufgrund der Erfahrungen der beteiligten Forschungsstellen in der TLP-Prozesstechnik, der galvanischen Abscheidung und der Metallkunde sind sehr gute Voraussetzungen zur Erreichung des Ziels gegeben. Mögliche Anwendungen werden im Bereich der Sensorik, Leistungs- und Optoelektronik gesehen wie auch für MEMS-Bauelemente.

Laufzeit: 2021 bis 2023

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Fördergeber: IGF
Projektträger: AiF
Kooperationspartner: Forschungsinstitut Edelmetalle + Metallchemie – fem, Universität Freiburg Institut für Mikrosystemtechnik – IMTEK

Proteinelektrophorese und Western Blot sind zeitaufwendige und arbeitsintensive Methoden in der Proteinanalytik. Durch offene mikrofluidische Strukturen in einem automatisierten System soll eine schnelle (< 1 h) und kostengünstige Proteinanalytik-Plattform für den mittleren bis hohen Durchsatz entwickelt werden.

Wir suchen Sie als Partner für einen KMU-innovativ Projekt. Sie sind …

  • Elektrophoresesystem-Hersteller
  • Elektrophorese-Anwender (z.B. Servicelabor für Bioanalytik, Hersteller von Proteinen, …)

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Projektname: PRINTOMik2Screen „Validierung der Proteinelektrophorese in offener Mikrofluidik für Screening-Anwendungen“
Fördergeber: BMBF, KMU-innovativ Bioökonomie
Kooperationspartner: Hahn-Schickard, Albert-Ludwigs-Universität Freiburg und Sie
Reifegrad: Funktionsmuster, Prototyp

Es sollen Prozessketten für die Herstellung hochtemperaturtauglicher Sensorelemente mittels digitaler und damit werkzeugloser Fertigungsverfahren erarbeitet, charakterisiert und direkt auf die Komponenten der finalen Anwendung aufgebaut werden.

Damit sollen zum einen Sensorlösungen wie Temperatursensoren, Strömungssensoren, kapazitive Feuchtesensoren sowie Sensoren für elektrische Leitfähigkeit für Hochtemperatur-anwendungen ermöglicht werden, welche z. B. in der Leistungselektronik, der chemischen Industrie und in der Umwelttechnik zur Anwendung kommen. Zum anderen soll eine hoch flexible und effiziente Anfertigung individueller Sensorelemente in kleinen Stückzahlen mit geringem Initialaufwand dargestellt werden, indem die Sensorlayouts direkt aus der CAD-Datei mittels Direktbelichtung oder Laserablation, d.h. ohne Umweg über eine Maske, strukturiert werden.

Projektname: Werkzeuglose Herstellungsverfahren für Hochtemperatur-Sensorelemente (HT-Sensorik)
Fördergeber: AiF – Arbeitsgemeinschaft industrieller Forschungsvereinigungen “Otto von Guericke” e.V.
Laufzeit: 01.01.2021 bis 31.12.2022
Reifegrad: Funktionsmuster

Aktuell besteht ein stark wachsendes Interesse, Informationen auf rotierenden Objekten, beispielsweise an Komponenten im Antriebsstrang, zu erfassen und drahtlos an ein Gateway zu übertragen. Die Realisierung einer wartungsfreien Energieversorgung stellt dabei eine wesentliche Herausforderung dar.

Die vierte industrielle Revolution geht mit einer stetig wachsenden Nachfrage an Systemen zur Zustands- und Prozessüberwachung im Bereich Werkzeuge, Maschinen und Produktionsanlagen einher. Dabei zielen die Anforderungen oft auf nachrüstbare, wartungsfreie und von der Infrastruktur unabhängige Sensorsysteme ab. Aktuell besteht ein stark wachsendes Interesse, Informationen auf rotierenden Objekten, beispielsweise an Komponenten im Antriebsstrang, zu erfassen und drahtlos an ein Gateway zu übertragen. Die Realisierung einer wartungsfreien Energieversorgung stellt dabei eine wesentliche Herausforderung dar. Gegenwärtig existieren keine industrietauglichen Lösungen, um elektr. Energie auf rotierenden Bauteilen bereitzustellen.

Projektziel

Ziel des Projektvorhabens „ENAROB“ ist die Untersuchung und Bewertung von Lösungsansätzen zur Realisierung einer unabhängigen und skalierbaren Energieversorgung für horizontal gelagerte Bauteile auf Basis von Energy Harvesting ohne strukturelle Referenz. Die Tauglichkeit und Leistungsfähigkeit der Lösungsansätze werden anhand definierter Use-cases bewertet.

Nutzen für Sie

Mit Ihrer Teilnahme am projektbegleitenden Ausschuss können Sie direkt an den Forschungs-Ergebnissen teilhaben. Es besteht die Möglichkeit, die entwickelte Technologie im Rahmen von Feldtests bei Ihnen im Unternehmen zu testen und zu verifizieren. Die Projektergebnisse können somit in Ihre eigene Produktentwicklung einfließen. Darüber hinaus können Sie die Zielrichtung der Forschungs- und Entwicklungsaktivitäten beeinflussen und dazu beitragen, dass eine marktgerechte und industrieorientierte Entwicklung durchgeführt wird.

„Ziel dieser Bekanntmachung ist es, die Leistungsfähigkeit und Funktionalität von Maschinen und Fertigungshilfsmitteln der Fertigungstechnik durch den verstärkten Einsatz der KI, z. B. durch das maschinelle Lernen, zu erhöhen.

Die Potenziale der KI im Fertigungseinsatz sollen aufgezeigt und beschleunigt erschlossen werden. Hierzu sollen Methoden und Werkzeugen der KI entwickelt oder weiterentwickelt sowie Lösungen beispielhaft implementiert und prototypisch unter realitätsnahen Bedingungen an und in Maschinen und Fertigungshilfsmitteln erprobt werden.

Die Ergebnisse der geförderten Vorhaben sollen zu einer (und/oder):

  • signifikanten Vereinfachung und verbesserten Transparenz sowohl der Maschinenbedienung und -nutzung als auch der Verfahrensführung,
  • Weiterentwicklung und Verbesserung der Mensch-Maschine-Interaktion,
  • erhöhten Produktivität der Fertigungsverfahren,
  • Verkürzung von Anlaufzeiten,
  • Verbesserung der Sicherheit und Stabilität von Fertigungsverfahren,
  • Erhöhung der Produktqualität,
  • verbesserten Maschinen- und Verfahrenszuverlässigkeit und
  • Verbesserung der Ressourceneffizienz

führen.“

Zitiert aus https://www.bmbf.de/foerderungen/bekanntmachung-2665.html.

Aktuell suchen wir Unternehmen, welche im Rahmen der Ausschreibung, gemeinsam mit uns, ein Projektantrag entwickeln und einreichen möchten.

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Auf Anfrage erhalten Sie weitere Informationen zum geplanten Projekt.

it SmaC soll eine integrative und gleichzeitig erweiterbare Kooperationsbasis geschaffen werden, welche Firmen, Entwicklern, Dienstleistern und auch Endanwendern ermöglicht neue Ideen im Smart Home-Bereich und ähnlichen Geschäftsfeldern zu entwickeln, realisieren, evaluieren und letztendlich zu erleben.

Mit SmaC werden die folgenden Ziele verfolgt:

Kooperationen: Die SmaC-Plattform dient als Basis um Firmen die Möglichkeit zu geben technische Kooperationen und Integrationen in einer realitätsnahen, flexiblen Umgebung auszutesten. Geplant sind themenorientierte Hackathons zu veranstalten, in der gezielt neue Kooperationsideen entwickelt und umgesetzt werden.

Innovationen: SmaC steht für die Evaluation von neuen Ideen als realitätsnahes System mit vorhandener Basisinfrastruktur zur Verfügung. Die aktive Initiierung von Innovationen wird sowohl durch sogenannte Hackathons als auch explizite Open Innovation Workshops betrieben. Hierbei steht die realitätsnahe Umsetzung auf Basis der SmaC-Plattform immer im Zentrum.

Lern- und Lehrplattform: Neben der Nutzung als Kooperations- und Innovationsplattform für Firmen und Dienstleister kann und soll SmaC auch als Ausbildungsplattform für Auszubildende und Studenten dienen.
Demonstration: Neben der Anwendung und Umsetzung neuer Ideen wird die SmaC-Plattform auch für Demonstrationszwecke eingesetzt.

Im Rahmen eines AiF-Projektes soll eine neue Sensorik für weitgehend universell einsetzbare, kostengünstige und intelligente Schrauben entwickelt werden.

Im Zuge eines neuen Messprinzips wird hierbei eine barometrische Druckmessung mit hoher Empfindlichkeit auf Basis integrierter mikrotechnischer Low-Cost Sensoren eingesetzt. Dies erfordert nur minimale Änderungen der Schraubengeometrie und gewährleistet die grundlegende mechanische Funktionstüchtigkeit bei gleichzeitig integrierter Messung der Vorspannkraft und Temperatur.
Ziel des Vorhabens sind die Verifikation des Messprinzips, die detaillierte Ermittlung der Einsatzmöglichkeiten und –grenzen, sowie die Bereitstellung von Demonstratoren und Design-Richtlinien für den optimalen Systementwurf.

Wir suchen Sie als Partner im projektbegleitenden Ausschuss:

Für die fachliche Begleitung des Projekts werden branchenübergreifend Firmen für den projektbegleitenden Ausschuss gesucht, die die Anforderungen an Demonstratoren für den späteren Einsatz industriellen Umgebungen mitgestalten wollen und – falls möglich – Tests zur Verifikation des Messprinzips und Abgrenzung der Einsatzbereiche durchführen können, bzw. Geräte hierzu zur Verfügung stellen.

Ihre Vorteile im projektbegleitenden Ausschuss:

  • Bringen Sie Ihre Ideen und Anforderungen mit ein
  • Greifen Sie auf die Projektergebnisse zu
  • Nutzen Sie die Möglichkeit zum Test von Demonstratoren in Ihren eigenen Anwendungen

 

Sie haben Interesse, an einem der Projekte mitzuwirken?
Gerne stehen wir Ihnen zu Verfügung.


Kontakt

Simon Herrlich
Mikrotechnik
Telefon: +49 (0) 7721 / 943-332
herrlich@technologymountains.de

Simon Herrlich