Revolution unter der Motorhaube
Der Autofahrer von heute ist Herr über eine ganze Armada an kleinsten, emsig Daten sammelnden und hilfsbereiten „Dienern“: Bis zu 100 Sensoren verrichten in modernen Fahrzeugen ihren Dienst. Sie messen unablässig, beispielsweise unter der Motorhaube oder im Abgasstrom, und sie sind die Garanten für einen sicheren, sauberen und sparsamen Betrieb.
Airbags, Gurtstraffer, Antiblockiersystem (ABS) und elektronisches Stabilitätsprogramm (ESP) gehören heute zur Standardausrüstung moderner Autos. Ohne Sensoren könnten sie nicht funktionieren. Die Messfühler teilen den Steuergeräten mit, mit welchen Geschwindigkeiten oder Beschleunigungen sich das Fahrzeug bewegt. Die intelligente Steuerelektronik entscheidet anhand dieser Rohdaten, ob beispielsweise der Airbag zu zünden ist oder das ESP einen Bremseingriff vornehmen muss, wenn das Auto auszubrechen droht. Sensoren sind gewissermaßen die Sinne des Fahrzeugs. Sie messen Druck, Temperatur, Abgaswerte und eine Vielzahl weiterer physikalischer Größen. Für die Herstellung der Kfz-Sensoren bei Bosch hat sich die Mikrosystemtechnik (MST) als Schlüsseltechnik erwiesen. MST-Sensoren sind klein – vergleichbar mit einem Stecknadelkopf –, preiswert, lassen sich gut in Großserie fertigen und sind hochpräzise und zuverlässig.
Um dies zu erreichen, werden die etablierten Methoden der Mikroelektronik – beispielsweise Fotolithografie und verschiedene Abscheideprozesse – genutzt, um Hunderte von Sensoren auf einem Siliziumwafer gleichzeitig zu bearbeiten. Hinzu kommen noch MST-typische Fertigungsschritte, um die Siliziumscheibe zu strukturieren. Dazu gehört das Trocken- oder Nass-Ätzen, um Material abzutragen – etwa dann, wenn für einen Drucksensor hauchdünne Membranen hergestellt werden. Beschleunigungssensoren bestehen hingegen aus frei schwingenden Elementen: Das sensitive Sensorelement wird in die Oberfläche strukturiert, die darunter befindliche Schicht – die so genannte Opferschicht – wird auf raffinierte Weise herausgelöst.
Die Integration der Auswerteelektronik auf den MST-Chip macht es möglich, besonders kompakte Sensoren herzustellen. Alternativ setzen Bosch-Forscher aber auch Zwei-Chip-Arrangements ein. Damit lassen sich die von Bosch weiter entwickelten Strukturierungsprozesse genauso vorteilhaft nutzen wie die modernsten Schaltungsmethoden der Mikroelektronik.
Um dies zu erreichen, werden die etablierten Methoden der Mikroelektronik – beispielsweise Fotolithografie und verschiedene Abscheideprozesse – genutzt, um Hunderte von Sensoren auf einem Siliziumwafer gleichzeitig zu bearbeiten. Hinzu kommen noch MST-typische Fertigungsschritte, um die Siliziumscheibe zu strukturieren. Dazu gehört das Trocken- oder Nass-Ätzen, um Material abzutragen – etwa dann, wenn für einen Drucksensor hauchdünne Membranen hergestellt werden. Beschleunigungssensoren bestehen hingegen aus frei schwingenden Elementen: Das sensitive Sensorelement wird in die Oberfläche strukturiert, die darunter befindliche Schicht – die so genannte Opferschicht – wird auf raffinierte Weise herausgelöst.
Die Integration der Auswerteelektronik auf den MST-Chip macht es möglich, besonders kompakte Sensoren herzustellen. Alternativ setzen Bosch-Forscher aber auch Zwei-Chip-Arrangements ein. Damit lassen sich die von Bosch weiter entwickelten Strukturierungsprozesse genauso vorteilhaft nutzen wie die modernsten Schaltungsmethoden der Mikroelektronik.
Aufgeschnittenes Sensorgehäuse in Zwei-Chip-Ausführung: oben der Auswerte-IC, unten ein Drehratensensor in MST-Bauweise. Das Gehäuse steht auf einem Wafer, auf dem bereits Hunderte von Sensorchips strukturiert sind.
