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Günstige Gehäuselösungen für Infrarot-Sensoren

Verglichen mit konventionellen gekühlten Infrarotsensoren, die recht teuer sind, hat die Verbreitung von deutlich kostengünstigeren ungekühlten Infrarotsensoren stark zugenommen. Grund dafür sind Fortschritte in der Halbleitertechnologie und Mikromechanik, die den Bau von MEMS (Mikroelektromechanischen Systemen) mit geringerer Wärmekapazität im Erkennungsbereich ermöglichen.

Im Automobilbereich wurde ein standardmäßiges Nachtsichtsystem mit einer Kamera für ferne Infrarotstrahlung in Erwägung gezogen, um nächtliche Unfälle zu vermeiden. Da gekühlte Infrarotsensoren jedoch teuer sind, hat sich diese Lösung nicht durchgesetzt. Hingegen wird eine Verbreitung der günstigeren ungekühlten Ferninfrarotsensoren voraussichtlich auch die Verbreitung von Nachtsichtsystemen fördern. Für diese Systeme kommen Keramikgehäuse ebenso infrage.

Aufgrund der Vorschriften für Fahrerassistenzsysteme (Advanced Driver Assistance Systems, ADAS) sowie des Europäischen Programms zur Bewertung von Neufahrzeugen (Euro-NCAP), das ab 2014 für alle Neufahrzeuge ein elektronisches Stabilitätsprogramm (ESP) erfordert, wird erwartet, dass die Nachfrage nach Ferninfrarotsensoren in Europa steigt. Außerdem geht Kyocera davon aus, dass die Sicherheitsanforderungen zur Erkennung von Fußgängern im Straßenverkehr langfristig steigen werden.

Diese Sensoren müssen unter Hochvakuumbedingungen verschlossen werden, um einwandfrei zu funktionieren. Da die Design-Flexibilität von Keramikgehäusen auch die Bildung von Cavities ermöglicht, kann der Sensor unter Hochvakuumbedingungen im Hohlraum zuverlässig abgedichtet werden.

Metallisierte Keramiksubstrate für leistungsfähige Systeme

Die Verwendung elektrischer Systeme in Autos, wie die Servolenkung oder Drosselklappenregelung, nimmt ständig zu. Zudem steigt die Verbreitung von Hybrid- und Elektrofahrzeugen. Leistungshalbleiter sind in solchen elektrischen Systemen unerlässlich.

Insbesondere produziert Kyocera Keramiksubstrate aus Silizium-Nitrid und Aluminium-Nitrid, auf die Kupferfolie mittels Active Metal Bonding befestigt wird. Solche AMB-Keramiksubstrate verfügen über eine ausgezeichnete Wärmeleitfähigkeit und werden in der Leistungselektronik gerne verbaut.

Ein neuer Anwendungsbereich für keramische Mehrlagen-Substrate bietet sich in der Oberflächentechnik. Jüngst fand in Garmisch-Partenkirchen die Internationale Konferenz für Plasmaoberflächentechnik PSE statt. Kyocera nahm dies zum Anlass, seine Innovation in der keramischen Mehrlagen-Substrattechnologie erstmals in diesem Anwendungsberich vorzustellen.

Die keramische Mehrlagen-Substrattechnik wird nun auch für die Anwendung von atmosphärischem DBE-Plasma (dielektrisch behinderte Entladung) genutzt. Die Einsatzmöglichkeiten reichen von der industriellen Oberflächenbehandlung wie Reinigen, Ätzen oder Modifizieren von Oberflächeneigenschaften sowie über chemische Reformierung von Wasser oder Gasen – darunter Geruchsbekämpfung und Entstaubung – bis zu biologischen Anwendungen wie Entkeimung von Medizinprodukten oder Nahrungsmittelverpackungen. Die industrielle Oberflächenbehandlung ist für verschiedene Materialien von Metall über Plastik bis hin zu Textilien anwendbar.

Mehrlagen-Substrate weisen den Weg in neue Segmente

Die Multilayer-Substrate basieren auf Kyoceras Kernkompetenz in der Laminierung und dem Co-Firing mehrerer metallisierter Keramiklagen. Die Substrattechnologie wird bereits in vielen verschiedenen Bereichen angewendet. Beispiele sind die Halbleiterindustrie, die Gehäuse von elektronischen Bauteilen für Anwendungen in der IT-Infrastruktur, der Automobilindustrie oder der Energietechnik. Zurzeit sind drei geometrische Design-Optionen erhältlich, von denen jede eine hohe Flexibilität in der Anordnung der Elektrodenstruktur bietet und sich je nach Kundenwunsch gestalten lässt. Die hermetisch eingebetteten Elektroden erlauben es, das Substrat unter anderem in Wasser oder in korrosiver Umgebung einzusetzen.

Darüber hinaus sind eingebettete Heizelemente (beispielsweise zum Vorwärmen des Substrats) oder elektrostatische Elektroden zusätzlich wählbar. Durch den Einsatz der Hartlöttechnologie zur Verbindung von Keramik und Metall können standardisierte Verbindungselemente, wie etwa Steckstifte, angebracht werden, was eine einfache Anbindung zum Beispiel an eine Stromversorgung ermöglicht. Die Keramik selbst ist ein Kyocera-proprietäres Aluminiumoxid. Durch ihre guten thermischen Eigenschaften, ihre gute chemische Beständigkeit wie auch ihr hervorragendes elektrisches sowie mechanisches Verhalten – selbst bei hohen Temperaturen – eignet sie sich besonders für Anwendungen mit höchsten Ansprüchen an Zuverlässigkeit. Dieses Material wird beispielsweise seit langem in der Luft- und Raumfahrt eingesetzt.

* * Shigeru Koyama ist European President bei der Kyocera Fineceramics GmbH in Esslingen am Neckar.

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