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Komponenten | 23 Dezember 2011

Zwei Milliarden MEMS-Sensoren von Bosch

Zwei Milliarden MEMS-Sensoren von Bosch. Seit 1995 wachsen Produktionsmengen stetig.
Neuer St√ľckzahlrekord bei Bosch: Seit Produktionsstart vor 16 Jahren hat das Technologieunternehmen zwei Milliarden MEMS-Sensoren hergestellt (Micro-Electro-Mechanical Systems).

Dauerte es zum Erreichen der ersten Milliarde noch 13 Jahre, wurde die Zwei-Milliarden-Marke k√ľrzlich nach nur drei weiteren Jahren √ľbersprungen. Und die Produktionsmengen wachsen weiter. Zuletzt wurden j√§hrlich nahezu eine halbe Milliarde St√ľck erreicht, das sind pro Arbeitstag mehr als 1,3 Millionen.

Grundlagenforschung in den 80ern f√ľhrte zum ‚ÄěBosch-Prozess“

In Entwicklung und Produktion mikromechanischer Sensoren z√§hlt Bosch zu den Unternehmen mit der l√§ngsten Erfahrung. Von Mitte der 80er Jahre an hatten Bosch-Forscher die Technologie der Volumen- und Oberfl√§chen-Mikromechanik grundlegend erschlossen ‚Äď in der Industrie wird deshalb einer der wesentlichen Bearbeitungsvorg√§nge ‚ÄěBosch-Prozess“ genannt. Er ist der Schl√ľssel zur Gro√üserienproduktion.

Nach Produktionsbeginn im Jahr 1995 setzte bald der wirtschaftliche Erfolg ein. Die Forschungsleistungen wurden mit bedeutenden Auszeich¬≠nungen gew√ľrdigt: 2007 mit dem Erfinderpreis des Europ√§ischen Patent¬≠amtes, 2008 war es der Deutsche Zukunftspreis f√ľr Technik und Innovation des deutschen Bundespr√§sidenten.

MEMS-Sensoren von Bosch erfassen Messgrößen wie Druck, Beschleuni­gung, Drehrate und Durchflussmenge oder messen die Richtung der Erd-Magnetfeldlinien gleichermaßen präzise wie zuverlässig. Messwertaufneh­mer sind Federn, Balken, Gewichte oder Membranen in mikroskopisch klei­nen Abmessungen: Nur tausendstel Millimeter messen die ins Silizium-Substrat geätzten Strukturen.

Weil die mikromechanische Sensorik nur schwa­che elektrische Signale hervorbringt, haben die Experten im Bauelemente­gehäuse neben dem Sensor oder teilweise sogar direkt auf demselben Chip meist noch eine Elektronik integriert. Sie verarbeitet die kleinen Signale, verstärkt sie oder wandelt sie in digitale Daten. MEMS-Sensoren können so Steuergeräte direkt mit Messwerten versorgen.

MEMS f√ľr die Automobiltechnik

Das erste Gesch√§ftsfeld waren MEMS-Sensoren f√ľr die Automobilelektro¬≠nik. Dort spielt die Miniaturisierung der Sensorik nur eine Nebenrolle. Hier z√§hlen vor allem Zuverl√§ssigkeit und Robustheit. Bosch Automotive Elect¬≠ronics hat heute mehrere hundert fahrzeugspezifische Varianten mikrome¬≠chanischer Sensoren im Programm, die Automobile sauberer und sparsa¬≠mer, sicherer und komfortabler machen.

Jahr f√ľr Jahr wachsen die Varian¬≠tenvielfalt und die St√ľckzahlen. In einem modernen Automobil sind bis zu 100 dieser Sensoren zu finden ‚Äď Tendenz steigend. Sie sind beispielsweise die ‚ÄěSinne“ f√ľr Einspritzsysteme in Benzin- und Dieselmotoren, sie l√∂sen die Z√ľndung der lebensrettenden Airbags aus oder sind ma√ügeblich f√ľr die Funktion des Schleuderschutzes ESP.

MEMS f√ľr mobile Consumer-Elektronik

In der Konsumelektronik machen MEMS-Sensoren Mobilger√§te wie Smart¬≠phones oder Laptops sicher, benutzerfreundlich und komfortabel. Die Anspr√ľche dieser Branche unterscheiden sich grundlegend von denen der Automobilindustrie: Handliche Ger√§te brauchen winzige Sensoren und lan¬≠ge Betriebszeiten setzen minimalen Stromverbrauch voraus ‚Äď und letztlich: Diese Sensoren m√ľssen kosteng√ľnstig sein, um sie millionenfach einsetzen zu k√∂nnen.

Die kleinsten MEMS-Sensoren von Bosch Sensortec messen heute zwei Millimeter Kantenl√§nge und sind weniger als einen Millimeter hoch. im Stand-by sind sie so gen√ľgsam, dass sie gegen√ľber der Selbstent¬≠ladung der Batterie nicht mehr ins Gewicht fallen.

In Navigationsgeräten und Handys mit Navigationsfunktion dienen MEMS-Drucksensoren zur sehr genauen Messung von Höhendifferenzen und damit zur Orientierung auch im Innern mehrstöckiger Gebäude. MEMS-Beschleu­nigungssensoren nutzen Handgesten zur komfortablen Gerätesteuerung, sie schalten Displays lageabhängig zwischen Quer- und Hochformat um, verhelfen Nutzern neuer Spielekonsolen zu beeindruckenden Erlebniswel­ten und verhindern Datenverluste auf Festplatten, wenn Notebooks herun­ter fallen.

J√ľngste Entwicklung ist ein dreiachsiger MEMS-Magnetfeldsensor, der aus der Messung des Erdmagnetfelds die Himmelsrichtung exakt bestimmt. Damit dieser Digitalkompass auch lageunabh√§ngig genau misst, kompen¬≠siert ein mitintegrierter dreiachsiger MEMS-Beschleunigungssensor Schr√§g¬≠lagefehler.

Die Anwendungsm√∂glichkeiten dieser Sensorfusion gehen √ľber den klassischen Kompass weit hinaus in Richtung ‚ÄěAugmented Reality“. So kann ein mit Digitalkompass ausgestattetes Smartphone bei einer Stadtbe¬≠sichtigung situationsbezogen Informationen am Display anzeigen, je nach¬≠dem, auf welche Sehensw√ľrdigkeit der Besucher mit seinem Mobiltelefon gerade zeigt.

MEMS-Mikrofone f√ľr Consumer-Anwendungen sind die Spezialit√§t der Bosch-Tochtergesellschaft Akustica. Merkmale dieser wenige Millimeter gro√üen Schallwandler sind ihre Unempfindlichkeit gegen√ľber Hochfre¬≠quenzsignalen und die M√∂glichkeit, sie zu Mikrofon-Arrays anzuordnen mit Rauschunterdr√ľckung und steuerbarer Richtcharakteristik.

Das Entwicklungspotenzial im Consumer-Markt ist unverändert hoch, in den kommenden Jahren ist daher mit weiteren spektakulären Innovationen auf Basis von MEMS-Bauteilen zu rechnen.
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