MEMS-Sensoren

Wie feine Hightech-Fühler die Welt vermessen

| Redakteur: Gerd Kucera

Insekt auf MEMS-Sensor: Die diagonalen Siliziumstrukturen sind etwa 500 µm lang und 3 µm dick
Insekt auf MEMS-Sensor: Die diagonalen Siliziumstrukturen sind etwa 500 µm lang und 3 µm dick (Bild: Bosch Sensortec)

Die MEMS-Sensor-Technologie wurde durch Bosch geprägt. Das Unternehmen ist heute weltweit führender Anbieter und produziert heute etwa 2,4 Mio. Sensoren pro Arbeitstag. Jedes zweite Smartphone weltweit arbeitet mit Bosch-Sensoren.

MEMS-Sensoren sind die Sinnesorgane moderner mobiler Geräte. Bosch bringt mit diesen winzigen Hightech-Helfern Autos und modernen Elektronikgeräten das „Fühlen“ bei. Die zunächst aus der Automobilelektronik bekannten mikro-elektromechanischen Bauteile finden sich heute auch in Smartphones, Laptops, Tablet-Computern, Spielekonsolen oder Sportuhren. Viele neue Funktionen in Fahrzeugen und elektronischen Geräten sind nur dank dieser hochsensiblen Messinstrumente möglich – zum Beispiel das elektronische Stabilitätsprogramm ESP oder das Steuern von Smartphones durch Gesten statt Tippen.

Das Bild eines Rasterelektronenmikroskops (REM) zeigt die feinen geätzten Silizium-Strukturen eines Beschleunigungssensors von Bosch. Als Größenvergleich ist auf dem Chip zudem ein Insekt abgebildet. Die langen, diagonal durch das Bild laufenden Silizium-Strukturen messen die Beschleunigung. Sie sind rund 500 µm lang und nur etwa 3 µm dick. Ein Mikrometer (1 µm) ist der tausendste Teil eines Millimeters (0,001 mm). Die Fühler des Insekts sind rund 500 µm lang. Die Aufnahme ist nachträglich am Computer eingefärbt worden.

MEMS-Sensorenfür Autos, Handys und das Internet der Dinge

Bosch bietet Sensoren für viele unterschiedliche Anwendungen in der Automobilindustrie und Konsumelektronik. Sie messen Druck, Beschleunigung, Drehbewegungen, Massenfluss und das Erdmagnetfeld. Bosch hat die MEMS-Technologie (Micro-Electro-Mechanical-Systems) von Beginn an geprägt und ist heute der umsatzstärkste Anbieter in dem äußerst dynamischen Markt der MEMS-Sensoren.

Seit Produktionsstart 1995 hat Bosch mehr als drei Milliarden MEMS-Sensoren gefertigt. Die Produktionsmenge erreicht Jahr für Jahr neue Höchstwerte: Für die erste Milliarde benötigte Bosch noch 13 Jahre, für die zweite Milliarde drei Jahre. Die dritte Milliarde fertigte Bosch in nur noch 1,5 Jahren. Rund 600 Mio. Sensoren haben 2012 die moderne Chipfabrik in Reutlingen verlassen – das entspricht 2,4 Mio. pro Arbeitstag.

„MEMS-Sensoren sind aus der Automobil- und Konsumelektronik heute nicht mehr wegzudenken. Künftig werden Sie im Internet der Dinge und Dienste die Sinne von Systemen und Objekten sein“, konstatiert Klaus Meder, Vorsitzender des Bosch-Geschäftsbereich Automotive Electronics.

MEMS-Sensoren sind die kleinsten Produkte, die Bosch herstellt. Das erste Geschäftsfeld waren Sensoren für die Automobilelektronik. Seit 1995 baut Bosch die feinen Fühler für Fahrzeuge. So ist zum Beispiel das Herzstück des Elektronischen Stabilitäts-Programms ESP ein Drehratensensor, der Drehbewegungen des Autos um seine Hochachse erfasst. In einem modernen Fahrzeug stecken heute bis zu 50 MEMS-Sensoren.

Zu den Anforderungen in der Automobilindustrie zählen vor allem Zuverlässigkeit und Robustheit, denn hier haben die Sensoren eine direkte Auswirkung auf die Sicherheit von Verkehrsteilnehmern. Größe und Energieverbrauch spielen hier eine geringere Rolle. Genau darauf kommt es stärker in Smartphones oder Spielekonsolen an. Aus diesem Grund hat Bosch die Baugröße der Sensoren im Laufe der Jahre auf ein Fünfzigstel reduziert. Die modernsten dieser Sensoren vereinen viele Funktionen in einem nur wenige Quadratmillimeter kleinen Gehäuse. Der Stromverbrauch konnte sogar um den Faktor 100 gesenkt werden.

Bosch ist nach eigenen Angaben der einzige Anbieter auf dem Markt, der Sensortypen für so viele unterschiedliche Anwendungen komplett selbst produziert. Insgesamt besitzt Bosch weit mehr als 1000 Patente und Patentanmeldungen im Bereich der MEMS-Technologie und sichert damit seine Innovationskraft.

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