Faszination Technik Wie Mikromechanische Ultraschall-Wandler für KMUs nutzbar werden

Redakteur: Katharina Juschkat

In unserer Rubrik „Faszination Technik“ stellen wir Konstrukteuren jede Woche beeindruckende Projekte aus Forschung und Entwicklung vor. Heute: Mikromechanischen Ultraschall-Wandler.

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Moderne, mikromechanisch basierte Ultraschall-Elemente ermöglichen hochkompakte Systeme, eine gesteigerte Sensitivität sowie eine effiziente Nutzung von Arrayfunktionalitäten wie Bildgebung oder Richtcharakteristik.
Moderne, mikromechanisch basierte Ultraschall-Elemente ermöglichen hochkompakte Systeme, eine gesteigerte Sensitivität sowie eine effiziente Nutzung von Arrayfunktionalitäten wie Bildgebung oder Richtcharakteristik.
(Bild: Fraunhofer ISIT)

Ultraschallsensoren findet man in der Industrie häufig für Überwachungs-, Messungs- und Charakterisierungsaufgaben. Eine Weiterentwicklung sind die Mikromechanischen Ultraschall-Wandler (MUT): Miniaturisierte Sensorstrukturen, deren elektrostatisches Wirkprinzip das Senden und die Detektion von Ultraschallwellen ermöglicht. Diese Ultraschall-Wandler werden mit Verfahren der Halbleitertechnologie gefertigt und ermöglicht dadurch eine große Flexibilität im Sensordesign bei hoher Präzision.

Der Einsatz dieser modernen, mikromechanisch basierten Ultraschall-Elementen ermöglicht hochkompakte Systemen, eine gesteigerten Sensitivität sowie eine effizienten Nutzung von Arrayfunktionalitäten wie Bildgebung oder Richtcharakteristik. Zudem können gesundheits- und umweltschädliche Materialien vermieden werden.

Das Problem dabei: Die Investitionskosten für die Entwicklung solcher halbleiterbasierten MUTs sind für viele kleine und mittelständische Unternehmen jedoch zu hoch. Eine Allianz von drei Fraunhofer-Instituten will hier Abhilfe schaffen.

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Gemeinsame Anwendungsplattform will KMU-Lösungen schaffen

Drei Fraunhofer-Institute entwickeln deshalb gemeinsam eine Anwendungsplattform, welche auch KMUs den Einsatz von MUTs ermöglicht. In einem ersten Schritt finden dazu ab Juli Workshops statt, um die gute Integrierbarkeit von MUTs in bereits bestehende Systeme aufzuzeigen.

Die beteiligten Institute sind:

  • Fraunhofer-Institut für Photonische Mikrosysteme IPMS
  • Fraunhofer-Institut für Siliziumtechnologie ISIT
  • Fraunhofer-Institut für Elektronische Nanosysteme ENAS

Durch einen modularen Ansatz wollen die Institute damit schnell und effizient innovative Ultraschallsysteme an spezifische Anwendungen anpassen und entwickeln.

Realisiert durch eine Förderung der Fraunhofer-Gesellschaft richtet sich das Projekt speziell an kleine und mittelständische Unternehmen, wodurch eine schnelle und effiziente Realisierung von modernen Ultraschalllösungen auch für KMUs möglich werden soll.

Drei zentrale KMU-Forschungsfelder im Fokus

Vorrangig will die Initiative drei zentrale KMU-Forschungsfelder adressieren:

  • 1. Produktionstechnologie
  • 2. Mensch-Maschine-Interaktion
  • 3. Medizintechnik

Um möglichen Partnern die Technologien, Module und Systeme vorzustellen, sowie die Entwicklungsdienstleitungen der MUT-Plattform dazulegen, werden ab Juli 2021 Workshops mit interessierten KMUs stattfinden. Darauf aufbauend bieten die Fraunhofer interessierten KMU-Partnern an, für ihre Produkte gemeinsam potenzielle Chancen und Anforderungsprofile für MUTs ableiten, welche dann die Grundlage für weiterführende Machbarkeitsstudien und gemeinsame Entwicklungsprojekte legen. Ziel ist es, eine gute Integrierbarkeit der MUTs in bereits bestehende Systeme aufzuzeigen und diese auch für KMUs direkt einsetzbar zu machen.

Interessierte kleine und mittelständische Unternehmen können sich für den ersten Workshop anmelden: 1. Juli 2021, 14 – 17 Uhr

Kompetenzführend bei mikromechanische Ultraschall-Bauelementen

Die drei Fraunhofer-Institute sind seit Jahren kompetenzführend bei mikromechanische Ultraschall-Bauelemente und Systeme innerhalb der Forschungsfabrik Mikroelektronik Deutschland (FMD):

  • Das Fraunhofer IPMS setzt dabei auf kapazitive (CMUT) und elektrostatische (NED) Lösungen
  • Das Fraunhofer ISIT ist auf piezoelektrische (PMUT) Ultraschallwandler spezialisiert
  • Das Fraunhofer ENAS arbeitet sowohl an der Entwicklung kapazitiver (CMUT) als auch piezoelektrischer (PMUT) Ultraschallwandler

Aufgrund der verschiedenen Technologien der Institute können so Lösungen für ein breites Applikationsspektrum im gesamten Frequenzbereich von 20 kHz bis 20 MHz angeboten werden. Vom Design über die Fertigung, Charakterisierung, Aufbau- und Verbindungstechnik bis hin zur Systemintegration können die Institute gemeinsam applikationsspezifische Entwicklungsdienstleistungen entlang der gesamten Wertschöpfungskette bieten.

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