Forschungsschwerpunkte

Sensorsysteme & Simulation

  • Thermische Puls-Laufzeitmessung zur Bestimmung von Flussgeschwindigkeit und Medienparametern von Fluiden
  • Sensorentwicklung für die Automatisierungstechnik und Medizintechnik
  • Steuer- und Regelung von Prozessen mit Echtzeitsystemen
  • Integrierte Signalerfassung, Signalkonditionierung und  verarbeitung
  • Numerische Simulation von multiphysikalischen Phänomenen (Strömung, Wärme, magnetische und elektrische Felder etc.)
  • Analytische Berechnungen von physikalischen Parametern in der Sensorentwicklung
  • Umfeldtests mittels Klima-und Vibrations-Prüfständen

Aufbau- & Verbindungstechnik

  • Entwicklung, Design und Herstellung von Photovorlagen für die Leiterplattenfertigung
  • Konstruktion von spezifisch angepassten (z. B. Form und Dimensionierung) Multilayer- und flexiblen Leiterplatten
  • Bestücken von bedrahteten und oberflächenmontierten
  • Bauelementen
  • Bond-, Klebe- und Verkapselungstechniken
  • Kontaktlose, topologische Messungen an Oberflächen
  • Rauhigkeitsbestimmung

Chip-Design & Technologie

  • Charakterisierung von Halbleiterbauelementen am Spitzenmessplatz
  • Oberflächenvermessung von MEMS-Strukturen am Laserprofilometer
  • Beschichtung von Bauelementen in Bedampfungsund Sputteranlagen
  • Laser-Annealing von Si- und SiGe-Strukturen mit UV-Excimer-Laser
  • Design von Digital- und Analog-Schaltungen
  • 350 nm CMOS-Prozess im Partnerinstitut Fraunhofer IMS
  • CMOS-Bildsensorik und Zeilensensoren
  • Kombinierte integrierte Hochvoltschaltungen bis zu 600 V

Medizinische Gerätetechnik & Sensorik

  • Entwicklung von Diagnoseunterstützungssystemen für den Klinikeinsatz (z. B. Zerviton- Messhelm zur mobilen Kopf- und Augenbewegungsanalyse; Wireless-EEG zur mobilen Ableitung von hirnelektrischen Potenzialen in rauer Umgebung)
  • Geräte und Komponenten als „Assistenten“ zur Lebensunterstützung (Ambient Assisted Living, AAL) im Alltag (z. B. Sturzdetektions-, Alarmierungs- und Ortungssysteme)
  • Neuartige Wireless-Systemkonzepte (z. B. autarke Monoelektroden-Module zur dezentralen, mobilen EEG-Ableitung mit Funktions- und Lagekontrollmechanismen)
  • Funktionalisierung von Möbeln im Klinik- und Pflegeumfeld (z. B. in Pflegebetten integrierte Sensorik zur automatischen Präsenz-, Sturz- und Notfallerkennung)

Drahtlos-Techniken & Systeminteraktion

  • Entwicklung und Design von autarken miniaturisierten Funksystemen
  • Anwendungsfindung und Systemintegration von Funkmodulen
  • Einsatz der IEEE Funkstandards 802.15.4 (ZigBee) und Bluetooth in medizintechnischen Sensoranwendungen
  • Telemetrie- und Telemedizin-Anwendugen mit den Funkstandards GSM/GPRS/UMTS
  • Fernwartung und Ortung von Systemen via GSM und GPS
  • Selbstständige Ad–hoc-Vernetzung von Funksystemen zu komplexen Funktions-Netzwerken

Hochtemperaturelektronik

  • Entwicklung integrierter Hochtemperatur (HT) Bauelemente und Schaltungen bis 350°C
  • Simulation integrierter HT-Bauelemente in SOI-Substraten
  • Erforschung neuer Schaltungskonzepte für hohe Temperaturen
  • Hochpräzise HT-Analogschaltungen
  • Charakterisierung von HT-Bauelementen und Schaltungen
  • Aufbau- und Verbindungstechniken für HT-Anwendungen

Forschungsprojekte

FLEXBild

CMOS-Bildsensoren werden heute mit einer hohen Auflösung in Kameras, Videokameras oder Handys eingesetzt. Auf Grund der Waferdicke sind die Bildsensorchips starr, deshalb bleibt ihr Einsatz zurzeit auf die herkömmliche Bildaufnahme beschränkt. Wird Silizium auf Dicken < 30 μm gedünnt, wird es flexibel. Flexible CMOS Bildsensoren würden das Anwendungsspektrum wesentlich vergrößern. Sie könnten beispielsweise auf einen runden Stab aufgebracht optische Information aus dem 360°-Umfeld des Stabes aufnehmen.
Forschungsziel ist es, die optischen und elektrischen Eigenschaften von integrierten Bildsensorarrays in CMOS-Technologie auf monokristallinen gedünnten flexiblen Siliziumchips zu untersuchen. Dabei soll einmal der Einfluss von mechanischem Stress auf die optischen Eigenschaften (spektrale Lichtempfindlichkeit, Quantenwirkungsgrad, Dunkelströme, Rauschen) einzelner Photosensoren und Photosensorarrays systematisch auf (100)-Wafern in Abhängigkeit von der Orientierung zum Substrat untersucht werden. Weiterhin werden die elektrischen Eigenschaften (Schwellenspannung, Ladungsträgerbeweglichkeit, Leckströme, 1/f Rauschen) passiver und aktiver Bauelemente sowie integrierter Schaltungen (Bandgap Referenzspannungsquellen, Operationsverstärker, SC-Schaltungen) in Bezug auf mechanischen Stress charakterisiert.

Ziel der Untersuchungen ist die Bauelement- und Schaltungssimulation dieser Abhängigkeiten, die Ermittlung des piezoresistiven Verhaltens in Abhängigkeit von der Chipdicke, die Erstellung von Schaltungskonzepten und von Design-Regeln, die den Einfluss von mechanischem Stress berücksichtigen und diesen nach Möglichkeit minimieren bzw. kompensieren.

BiMEAS

Ziel dieses Forschungsvorhabens besteht in der Spezifikation, Auslegung sowie der technologischen
Umsetzung einer integrierten CMOS-Schaltung mit Stimulations-, Ableit- und Messelektronik für 3-dimensionale bidirektionale Multi-Elektroden-Arrays. Aus der Zielsetzung, die zugrunde liegenden Vorgänge bei krankhaften Veränderungen in der Retina zu erforschen, folgt, dass die in unmittelbarer Elektrodennähe zu platzierende Elektronik im Gegensatz zu bisherigen Ansätzen eine sehr große Flexibilität aufweisen muss. Hier steht einerseits ein nur geringes Bauvolumen zur Verfügung, andererseits ist eine Vielzahl an Elektroden zu bedienen. Insbesondere sind Methoden und Strukturen zu erarbeiten, um das 3-dimensinale Elektrodenarray effektiv durch die zwingend 2-dimensional organisierte on-chip Elektronik anzusteuern. Sowohl die Parametrisierung als auch die Art und Weise der Stimulation sowie die Auswahl von Elektrodenbereichen müssen in der Elektronik umgesetzt werden. Möglichkeiten zur Erfassung von Restladungen durch die Stimulation und effektive Maßnahmen zu deren Abbau sind weitere Ziele des Vorhabens.

Zeitkontinuierliche digitale Signalverarbeitung

Aktuelle Forschungsarbeiten beschreiben eine neue Art der Signalverarbeitung, bei der zwar eine Digitalisierung aber keine Abtastung der analogen Eingangssignale im klassischen Sinne erfolgt.

Im Vergleich zu klassischen Digitalsystemen, bei denen der Leistungsverbrauch proportional zur Abtastfrequenz ist, passt sich dieser hierbei dynamisch an die Eigenschaften des Eingangssignals an. Neben anderen hervorragenden Eigenschaften weisen diese Systeme daher ein großes Potential zur Reduzierung des Leistungsverbrauchs auf. Mögliche Anwendungsbereiche sind die Telekommunikation, biomedizinische Implantate, drahtlose Sensoren und die Audio- und Sprachsignalverarbeitung. Im Rahmen dieses Projekts soll diese neue Form der Signalverarbeitung sowohl theoretisch als auch praktisch untersucht werden. Auf System- und Architekturebene sind zunächst Algorithmen zu entwickeln, die gut für eine Realisierung als zeitkontinuierliches DSP-System geeignet sind. Darüber hinaus sollen auch Untersuchungen auf schaltungstechnischer Ebene durchgeführt werden, um eine optimierte Hardware-Realisierung zu entwerfen. Basierend auf den erarbeiteten Ergebnissen ist ein quasi-zeitkontinuierliches DSP-System als integrierte Schaltung zu entwickeln, so dass hiermit die zuvor durch Simulationen gewonnenen Erkenntnisse verifiziert werden können.

Bis 2013 gefördert durch die Deutsche Forschungsgemeinschaft DFG.

Hochauflösende mobile ExG-Funktionsdiagnostik

Ziel des Projektes ist die Entwicklung von Mess-Systemen für die mobile und räumlich  hochauflösende Ableitung von Biosignalen, insbesondere von EEG, EMG, EKG (Zusammenfassend: ExG) für den Einsatz in der kognitiven und klinischen Forschung sowie in der Neurophysiologie.

Muskelstrukturen wie die des Gesichts, der Gliedmaßen und des Herzens sowie das Gehirn erzeugen an der Körperoberfläche abgreifbare lokale elektrische Potentialdifferenzen, welche sich mit hoher räumlicher Auflösung und Signalqualität über Elektroden ableiten lassen. Als Elektroden werden in diesem Vorhaben "trockene", d.h. direkt auf der Haut applizierte Sensoren eingesetzt, die ohne zusätzliche Elektrolytpaste auskommen und eine langzeitstabile räumlich dichte Abtastung der Signale ermöglichen. Die so bestimmten Signale bilden u. a. die Basissignale für die neurophysiologische und kognitive Forschung.

Die anwendungsspezifische Entwicklung der Sensorik, der Elektronik und der integrierten prozessorgestützten Signalverarbeitung für diese Messtechnik bilden einen Schwerpunkt dieses Projektes. Durch die parallele Signalerfassung auf engstem Raum wird es nötig, die Signale nahe am Entstehungsort vorzuverstärken, zu multiplexen und alle Signalverarbeitungsfunktionen sehr nahe an der Signalquelle in digitaler Form zu implementieren. Auf der Systemseite spielt auch der Tragekomfort für die Probanden eine wesentliche Rolle, um einen flexiblen Einsatz der Biosignalsensorik auch über lange Zeiträume im mobilen Umfeld zu ermöglichen. Das im Forschungsprojekt erarbeitete Konzept ist ein wesentlicher Beitrag zur Entwicklung "intelligenter Kleidung" mit sensorischer Funktion, die auch in Verbindung mit Klinikmonitoren zur Überwachung von Risikopatienten zum Einsatz kommen kann.

Bis 2013 gefördert durch die Zentralinitiative Mittelstand ZIM

ANTEMES (Abgeschlossen 2013)

Basierend auf der Grundidee der Übertragung von im Bereich der Nachrichtentechnik zur Informationsübermittlung angewendeten Verfahren der Signalaufbereitung und Filterung auf die sichere Detektion von charakteristischen Sensorsignalen, die bereits in einer Musterimplementierung erprobt wurde, soll ein neuartiger Ansatz verfolgt werden. Kernziel des Vorhabens ist die Findung, Aufbereitung und Verallgemeinerung der theoretischen Grundlagen der Verfahrensidee sowie der Verfahrensgrenzen. Ausgangspunkt der Betrachtung ist eine konkrete Modellimplementierung: Die Flussgeschwindigkeitsmessung von inhomogenen Medien (z. B. Gemengen von Medien in unterschiedlicher Konzentration, unterschiedlicher Viskosität und mit unterschiedlichen thermischen Eigenschaften) mittels einer neuartigen kontaminationsfreien Markierungsmethode (thermisches "Time-of-Flight"-Prinzip mit spezieller Anregung und Auswertung, die auf typischerweise nachrichtentechnischen Methoden basiert). Das Verfahren ist in diesem Einsatzbereich neuartig und ermöglicht eine genaue Flussmessung ohne Kenntnis der Kennparameter des Mediums. Aufbauend auf den Ergebnissen der Analysen und modellgestützten Synthese für homogene und inhomogene Medien und aus Dualitäts-betrachtungen soll eine Übertragung auf ähnliche, mit der Strömungsmessung im ursächlichen Zusammenhang stehende Messprobleme und Sensorprinzipien wie z. B. Strömungsprofilmessung, Inhomogenitätsbewertung, Konzentrationsbestimmung u. A. erfolgen. Begleitend werden Querempfindlichkeiten eingebunden und Ihr Einfluss analysiert und quantifiziert.

Das DFG-Projekt wurde 2013 erfolgreich abgeschlossen.

DriveBattery2015

Intelligente Steuerungs- und Verschaltungskonzepte für modulare Elektrofahrzeug-Batteriesysteme zur Steigerung der Effizienz und Sicherheit sowie zur Senkung der Systemkosten

Zentrale zukünftige Herausforderungen der Automobilität wie eine zunehmend angespannte Mineralöl-Versorgung, notwendige CO2-Einsparungen oder die Verkehrsprobleme der Ballungsräume erfordern dringend neue Lösungen. Praxistaugliche Elektrofahrzeuge können eine strategische Antwort darstellen und gleichzeitig der Automobilindustrie eine interessante Wachstumsperspektive bieten.

Im 2. Zwischenbericht der Nationalen Plattform Elektromobilität wird festgestellt, dass die Teilaspekte der Batterietechnologie wie Grundlagen der Batteriesicherheit (Funktionale Sicherheit von Batteriesystemen, Crash-Sicherheit, Transportsicherheit), Erprobungskonzepte sowie Modellierung und Simulation für die in den nächsten Jahren zur Marktreife zu entwickelnden Batterien derzeit nicht oder nur unzureichend adressiert sind. Das hier skizzierte Vorhaben liefert dazu einen wichtigen Beitrag, wobei im Fokus das E/E-System der Batterie steht.

Das Vorhaben befasst sich mit dem Batteriesystem als Ganzem und hat die Zielsetzung, mit Innovationen sowohl auf Batteriesystem- als auch auf Komponentenebene die Faktoren Reichweite, Kosten und Alltagstauglichkeit maßgeblich zu verbessern.

Weitere Informationen unter http://www.drivebatt2015.de/
 

SafeBatt

Aktive und passive Maßnahmen für eigensichere Lithium-Ionen Batterien

Qualitäts- und Sicherheitsstandards sind für die deutsche Automobilindustrie wesentliche Unterscheidungsmerkmale gegenüber der weltweiten Konkurrenz. Eine entscheidende Herausforderung der deutschen Industrie auf dem neuen Markt der Elektroautos ist es, dieses Kernmerkmal sicherzustellen. Dies gilt insbesondere für die in Elektroautos verwendete Lithium-Ionenbatterie (LIB), die eine völlig neue Technologie im Fahrzeug darstellt.

Das Ziel des Forschungsprojekts SafeBatt ist die Erforschung von aktiven und passiven Maßnahmen an Batteriekomponenten zur Steigerung der Sicherheit von Lithium-Ionen Batterien für Elektrofahrzeuge. Bis 2015 erforschen und entwickeln 15 führende Projektpartner aus Industrie und Wissenschaft neuartige Werkstoffe, Modelle, Testmethoden, Sensoren und Auswerteelektronik um Sicherheit und Zuverlässigkeit von Lithium-Ionenbatterien im Automobilbereich signifikant zu erhöhen.


SafeBatt – ein Leuchtturmprojekt der Elektromobilität

Die Bundesregierung hat in ihrem Regierungsprogramm vom 18. Mai 2011 besonders relevante Themenfelder der Elektromobilität identifiziert und als Leuchttürme benannt. Innerhalb dieser Leuchttürme werden besonders herausragende Projekte der jeweiligen Themenfelder gebündelt. SafeBatt ist eines von zwei Projekten innerhalb des Leuchtturms „Energiesysteme und Energiespeicherung“.
Die Wahl zu einem Leuchtturmprojekt der Elektromobilität ist ein „Gütesiegel“ für besonders wichtige Innovationen, die einen bedeutenden Beitrag zum technologischen Fortschritt oder der Kostensenkung in der Elektromobilität leisten.

Weitere Informationen unter www.safebatt-project.eu