Forschungsgesellschaft für Messtechnik,
Sensorik und Medizintechnik e.V. Dresden

Überlastfester piezoresistiver Silizium-Hochdrucksensor

Mit den im Rahmen des Forschungsvorhabens entwickelten Silizium-Glas Verbundelementen lassen sich Höchstdrücke im Bereich von 1.000 bar reproduzierbar erfassen. Diese neuartige, überlastfeste Hochdruck-Silizium-Messelement-Konstruktion besteht aus einem unabgedünnten Silizium-Messelement mit vier dotierten Widerstän-den, die zu einer Messbrücke angeordnet sind. Das Messelement ist auf einem speziellen Glaskörper aus Borosilikatglas anodisch gebondet. Die Druckeinleitung an das Verbundelement erfolgt von allen Seiten. Dadurch ist beim späteren Packaging keine hermetische Trennung von Hoch- und Umgebungsdruckseite nötig.

Die reproduzierbare Druckerfassung bis 1.000 bar wurde an unterschiedlichen Mus-tern experimentell nachgewiesen. Die Empfindlichkeit betrug dabei ca. 0,5 % bei einer Messungenauigkeit von 1 %. Die erhaltenen Messergebnisse wiesen eine sehr gute Übereinstimmung mit analytischen und numerischen Simulationsergebnissen auf. Durch theoretische Abschätzungen und Festigkeitsuntersuchungen scheint eine grundsätzliche Anwendbarkeit der Messelemente bis 5.000 bar möglich.

Durch weiterführende experimentelle Arbeiten nach Abschluss des Projektes konnte inzwischen ein optimiertes Silizium-Glas-Sensorelement entwickelt werden. Auf Grund der positiven Forschungsergebnisse ist die Weiterführung der Arbeiten im Rahmen einer Industriekooperation ab November 2007 in Richtung einer Prototypentwicklung eines Silizium-Hochdrucksensors vorgesehen.

Die Forschungsstelle, Technische Universität Darmstadt, Institut für Elektromechanische Konstruktionen, dankt dem Bundesministerium für Wirtschaft und Arbeit und der Arbeitsgemeinschaft industrieller Forschung für die Förderung dieses Forschungsvorhabens.

Bearbeitet wurde das Forschungsthema von 2/2005 bis 4/2007 an der Technischen Universität Darmstadt, Institut für Elektromechanische Konstruktionen , Fachgebiet Mess- und Sensortechnik (Merckstraße 25, 64283 Darmstadt, Tel.: (0 61 51) 16 22 96) unter der Leitung von Prof. Dr. R. Werthschützky (Leiter der Forschungsstelle Prof. Dr. R. Werthschützky).