10 Jahre mikromechanische Sensoren von Bosch im Automobil

Vor zehn Jahren kam das erste Automobil mit einem mikromechanischen Sensor von Bosch auf den Markt – ein Drucksensor für die Motorsteuerung. Dieser Sensor war der Beginn einer stürmischen Entwicklung: Inzwischen wurden über 400 Millionen mikromechanische Sensoren von Bosch gefertigt. Sie messen Druck, Drehrate, Beschleunigung oder Luftdurchsatz und machen das Autofahren sicherer, sauberer, sparsamer und souveräner. Die kleinen und robusten Sensoren werden mit Mikrostrukturierungsverfahren aus der Halbleitertechnologie hergestellt. Als komplette Mikrosysteme ersetzen sie Produkte, die früher aus mehreren Bauteilen aufgebaut waren. So lassen sich auf kleinstem Raum beispielsweise frei bewegliche Strukturen für Beschleunigungssensoren herstellen. Neue Fertigungsprozesse werden künftig bei nochmals reduzierter Baugröße eine noch höhere Systemintegration mit erweiterten Funktionen ermöglichen.

Das Produkt-Portfolio von Bosch bei den mikromechanischen Sensoren ist vielfältig: Auf die Markteinführung des ersten mikromechanischen Drucksensors folgte zu Beginn des Jahres 1996 der Luftmassenmesser und 1997 der Beschleunigungssensor zur Auslösung von Rückhaltesystemen und zur Steuerung des ABS. Für das Elektronische Stabilitäts-Programm ESP^® brachte Bosch 1998 mikromechanische Drehratensensoren auf den Markt. Im Jahr 2000 stellte Bosch als Weltneuheit einen Drehratensensor vor, der einen Überschlag des Fahrzeugs erkennt und entsprechende Rückhaltesysteme zum Schutz der Insassen aktiviert.

Ein weiterer Meilenstein in der Sensor-Entwicklung ist der in diesem Jahr eingeführte dreiachsige Beschleunigungssensor SMB360. Dieser ist speziell für Konsumgüter wie Mobiltelefone, PDAs (Personal Digital Assistant) und Spielekonsolen konzipiert. Mit der Möglichkeit, alle drei Achsen zu sensieren, erschließt der Beschleunigungssensor in diesem Bereich ganz neue Anwendungen.

Wichtigster Baustein in der Mikromechanik ist, wie in der gesamten Halbleiter- und Elektronikwelt, das Silizium. Dabei werden jedoch nicht nur die Halbleitereigenschaften des Werkstoffs genutzt, sondern auch die mechanischen Parameter. Mikromechanik ist also die Verschmelzung zweier Welten: Mechanik und Halbleiterelektronik – angewendet auf sehr kleine Mikrobauteile.

Bei der Produktion von mikromechanischen Sensoren kommen dünne Scheiben von Silizium-Einkristallen (Wafer) zum Einsatz. In der Herstellung haben sich zwei Techniken etabliert: Die Volumen-Mikromechanik (Bulk) und die Oberflächen-Mikromechanik. Damit lassen sich, je nach AnForderung, unterschiedlichste Strukturen auf beziehungsweise in dem Wafer erzeugen und kleine sowie leichte und robuste Sensoren wirtschaftlich herstellen. Der Sensor-Chip wird dabei mit den nur wenige hundert Mikrometer großen beweglichen Messstrukturen direkt aus einem Silizium-Substrat geformt. In der Regel fasst ein Sensormodul das Silizium-Sensorelement und die elektronische Schaltung, beispielsweise zur Signalauswertung oder zur Eigendiagnose, in einem Bauteil zusammen.

Auch wenn in den vergangenen zehn Jahren seit Einführung des ersten mikromechanischen Sensors große technische Fortschritte erzielt wurden, so geht die Entwicklung der Mikromechanik weiter. Zusammen mit immer leistungsfähigerer Elektronik werden weiterentwickelte mikromechanische Sensoren von Bosch das Autofahren künftig noch umweltfreundlicher, verbrauchsgünstiger, sicherer und komfortabler machen.