Fraunhofer-Gemeinschaftstand, Halle A5, Stand 221, electronica 2010 vom 09. - 12. November 2010 in München

(PresseBox) (Dresden, ) Das Fraunhofer Institut für Photonische Mikrosysteme IPMS führt kundenspezifische Entwicklungen in den Bereichen Mikrosystemtechnik und organische Leuchtdioden durch. Es ist dabei Partner von der ersten Idee über Machbarkeitsuntersuchungen bis zur Prototypenentwicklung. Die Produkte können in der eigenen Prozesslinie entwickelt und in Pilotserien gefertigt werden. Etwa 200 Wissenschaftler arbeiten mit modernstem Equipment an Projekten auf den Gebieten Sensor- und Aktuatorsysteme, Mikroscanner, Flächenlichtmodulatoren, Lifetronics und Organische Materialien und Systeme.

Auf der electronica 2010 (Halle A5, Stand 221) stellt das Fraunhofer IPMS Exponate zu folgenden Themen aus:

1. LDC - ein 1D Scannermodul

LDC (Light Deflection Cube) - Das 1D Scannermodul erlaubt unseren Kunden die produktnahe Evaluierung unser resonanten 1D und 2D-Mikroscannerspiegel. Das Modul schließt die Lücke zwischen der Bereitstellung des nackten Scannerchips und dem kundenspezifischen System in der Zielanwendung. Die Kompetenzen des Instituts auf dem Gebiet Mikroscanner, Packaging, elektronische Ansteuerung und Systemdesign werden hiermit dargestellt und die schnelle Verfügbarkeit einer OEM-fähigen Lösung für ein Scansystem, angepasst an allgemeine Erfordernisse, demonstriert. Es steht eine modulare Plattform zur Verfügung: das System kann aus teilweise vorentwickelten und modular aufeinander abgestimmten Komponenten anwendungsspezifisch zusammengesetzt werden. Einzelne Komponenten können sogar unter Einhaltung der Schnittstellen kundenspezifisch modifizert werden.

Das LDC-Modul besteht aus:
- Mikroscannerspiegel (kundenspezifisch entwickelt und gefertigt vom Fraunhofer IPMS),
- Chipträger mit Verkappung und Frontoptik,
- Optoelektronische Sensorik für die Messung von Auslenkwinkel und Phase der Spiegelschwingung,
- Treiberelektronik und GUI zur Ansteuerung und Regelung des Scanners und zur Verarbeitung der Sensorsignale einbindbar über Standardkommunikationsschnittstelle (SPI) und I/O-Schnittstellen.

Auf der electronica 2010 wird beispielhaft ein 1D-Modul basierend auf oben beschriebener Plattform vorgestellt: zu sehen ist ein Mikroscannerspiegel, montiert auf einem PCB-Substrat mit einer Glaskuppel als optische Schnittstelle, optischer Winkelsensorik und der dazugehörigen Elektronik. Ein für 2D Scannerspiegel optimiertes LDC-Modul ist derzeit in Entwicklung.

2. OLED-on-CMOS für Optosensorik

Mit der Integration von Organischen Leuchtdioden (OLEDs) in Standard CMOS Integrierte Schaltungen ergibt sich die Möglichkeit, den für optoelektronische Anwendungen in der Regel benötigten Lichtemitter monolithisch zu integrieren. Die oftmals aufwändige und damit kostenintensive Hybridmontage entfällt. Durch die Kostenreduktion erschließen sich vielfältige neue Anwendungsfelder. Als Photodetektor sowie für die elektronische Verarbeitung der empfangenen Signale stehen alle Möglichkeiten der modernen Mikroelektronik zur Verfügung. Das Prinzip der OLED-on-CMOS-Integration lässt sich dabei sowohl für Reflex-, Farb- und Flusssensoren als auch für die dimensionelle Messtechnik nutzen.

Die Exponate zeigen den Einsatz von OLED-on-CMOS sowohl für einfache, nicht dimensionelle Optosensorik als auch für die Messtechnik (Triangulation) in Form von sog. Bidirektionalen Mikrodisplays.

Anwendungsfelder sind alle industriellen Bereiche, in denen Optoelektronik und optische Sensorik zum Einsatz kommen kann. Durch den großen Gestaltungsspielraum bei der Form und Farbe der OLEDs sind vielfältige Applikationen in der Messtechnik und Prozesskontrolle realisierbar.

Mittels des am Fraunhofer IPMS verfügbaren Equipments zur Beschichtung von CMOS-Wafern mit OLEDs und nachträglichen Verkapselung dieser Wafer kann interessierten Kunden eine Pilotfertigung der für ihre Anforderungen optimierten Bauelemente angeboten werden.

3. UHF-Transponder-Technologie für Sensoranwendungen

Medikamente, Impfseren oder Blutkonserven sind sehr temperaturempfindlich. Für die Lagerung beim Arzt, in der Apotheke und im Krankenhaus ist eine gekühlte Lagerung gewährleistet. Aber was passiert beim Transport vom Pharmahersteller zum Endabnehmer? Um die Temperaturen während der Lieferwege zu überwachen, könnten Hersteller künftig auf eine neue RFID-Technologie setzen: Steigt die Temperatur während des Kühltransports unerwartet, registriert der intelligente Chip die Schwankung sofort und meldet sie an das Lesegerät. Diese erweiterte RFID-Technologie ist eine Entwicklung des Fraunhofer IPMS. Dort haben die Forscher den kleinen Funketiketten eine Sensorik verpasst. Jetzt senden die neuartigen Transponder nicht nur wie bisher Daten wie Chargen- oder Identifikationsnummer. Vielmehr haben sie Sensoren integriert, die bestimmte Parameter messen: Ganz gleich ob Temperatur, Druck oder Feuchtigkeit - die gewünschten Umgebungsparameter hat man so immer unter Kontrolle.

»Wir haben die UHF-Transponder-Technologie (Ultra-High-Frequency) mit der Sensortechnik kombiniert«, sagt Projektleiter Hans-Jürgen Holland.

Die UHF-Transponder senden im Frequenzbereich zwischen 860 Megahertz und 2,45 Gigahertz und haben eine größere Reichweite als gewöhnliche RFID-Transponder. Doch bisher stellte die Kopplung eines Transponders mit einem Sensor-Modul die Forscher vor eine Herausforderung:

»Die maximale Energie, die sich zu einem UHF-Transponder übertragen lässt, ist sehr klein«, erläutert Holland.

Passive Transponder benötigen also keine eigene Stromquelle, können aber nur in Reichweite des Readers arbeiten. In der Regel sind das bei UHF-Transpondern zwischen zwei und sechs Metern.

»Bei dieser knappen Energiebilanz war es bisher nicht möglich, auch noch die Sensorik zu integrieren«, erklärt Holland. Denn auch die Sensoren brauchen Strom. »Jetzt aber ist uns das gelungen«, sagt der Forscher.

Ein Mikro-Controller auf den Modulen sorgt dafür, dass die vom Sensor gemessenen Daten komprimiert und teilweise verarbeitet werden. Auf diese Weise wird die Datenmenge, die der Transponder an den Reader sendet, kleiner - der Energieverbrauch sinkt. Zudem kann der Reader den Befehl zur Steuerung der Sensoren senden. So sind diese nicht im Dauerbetrieb. Jetzt haben die Forscher ein Grundelement entwickelt, das sich an die Anwendungswünsche des Kunden anpassen lässt. Auf diesem befinden sich speziell gefertigte serientaugliche Chips, die eine Kopplung von Transponder-Modul und Sensor-Modul ermöglichen. Für die UHF-Transponder-Technologie sehen die Forscher viele Einsatzmöglichkeiten, vor allem im Medizinbereich: Neben der üblichen Chargendokumentation wäre mit Hilfe der Tags die Kühlkettenüberwachung von Blutprodukten oder Impfseren möglich. Man könnte aber auch Pflaster mit den Transpondernversehen. Feuchtigkeit und Temperatur geben dann Auskunft über den Verlauf der Wundheilung. Auf der Messe electronica stellen die Experten ein Evaluationskit vor, das aus einer Grundplatine, zwei Antennen für den UHF- und MW-Bereich und der Software besteht. Anwender können damit ihre individuelle Lösung entwickeln.

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