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Gedruckte Magnetfeldsensor-Arrays

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Das Fraunhofer IKTS entwickelt druckbare magnetoresistive (MR) Sensoren auf flexiblen (Polymerfolien, Papier) und starren (Keramiken) Substraten. Die Verwendung von Druckverfahren ermöglicht eine bessere Skalierbarkeit, eine einfachere Integration und geringere Kosten bei der Herstellung der Sensoren im Vergleich zur PVD-Technologie und Lithographie. Dies ermöglicht auch großflächige Sensorarrays und mechanisch flexible Sensoren. Die Realisierung bestimmter Arten von MR-Sensoren auf keramischen Substraten zeigt das Potenzial für ihre Anwendung bei Temperaturen >200 °C. Die Sensoren beruhen auf dem anisotropen magnetoresistiven Effekt (AMR) für niedrige Magnetfelder im Bereich von einigen mT und auf dem großen magnetoresistiven Effekt (LMR) für hohe Magnetfelder über 100 mT. Sie können zum berührungslosen Schalten, zur Erkennung von Bewegungen (Verschiebung, Drehung, Vibration) und zur berührungslosen Messung des elektrischen Stroms verwendet werden. Sie können in Luftspalten von elektrischen Maschinen eingebaut oder in Wearables integriert werden.

Offer Details

Specifications and Deliverables:

  • Entwicklung von Tinten auf Basis von Permalloy (Ni80Fe20) oder Wismut für druckbare MR-Sensoren
  • Siebdruck, Dispenserdruck und Tintenstrahldruck von MR-Sensoren
  • Substrate: Polymerfolien wie PET oder Kapton, Papier und Keramik, kundenspezifische Materialien möglich
  • Entwurf des Layouts eines Einzelsensors oder eines Sensor-Arrays als Wheatstone-Brücke für Kundenbedürfnisse
  • Verbindung zum Mikrocontroller über Silberdruck und/oder Crimpflex
  • AMR-Sensoren: Auflösung um 300 nT/√Hz im sub-mT- bis mT-Bereich, 180° Winkelerkennung
  • LMR-Sensoren: Auflösung 14 µT (@ 100 mT) und 2,8 µT (>1 T), Linearität über 300 mT, keine Sättigung mindestens bis 7 T

Value Proposition:

  • Kosteneffiziente, skalierbare und durchsatzstarke Herstellungsmethoden
  • Additive Fertigung für hohe Integrierbarkeit in Komponenten
  • Mechanisch flexible Magnetfeldsensoren
  • MR-Sensoren auf Keramiken für Temperaturen >200 °C
  • MR-Sensor-Arrays für 2D-Positionsmessungen
  • Partnerschaft in kooperativen Forschungsprojekten, Durchführung von Machbarkeitsstudien, Vorbereitung von Prototypen und Demonstratoren, Bereitstellung von Prüfmustern

Input Required from Customer:

  • Sensoranordnung und Parameter
  • Projektdauer, geschätzte Anzahl der zu realisierenden Strukturen/Komponenten
  • Wenn der Kunde die Charakterisierung der Materialien und Komponenten selbst durchführt: Feedback zu ihren Eigenschaften für die iterative Prozessoptimierung

Fields of Application:

  • Kontaktloses Schalten
  • Erkennung von Bewegungen (Verschiebung, Drehung, Vibration)
  • Berührungslose elektrische Strommessungen
  • Luftspalte in elektrischen Maschinen
  • Integriert in Wearables

Patent/Publication Number

Main Patent Claims:

Patent Family:

Die neuartigen LMR-Sensoren werden in Zusammenarbeit zwischen dem Fraunhofer IKTS und dem Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR) entwickelt und ihr Herstellungsverfahren ist Gegenstand der gemeinsamen Patentanmeldung:
M. Vinnichenko, N. Trofimenko, V. Sauchuk, S. Mosch, M. Fritsch, M. Kusnezoff, J.-I. Mönch, G.S.C. Bermudez, D. Makarov. Verfahren zur Herstellung eines gedruckten magnetischen Funktionselements, und gedrucktes magnetisches Funktionselement, 2021 (WO2021028334A1).

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Winterbergstraße 28
Dresden
Sachsen
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Germany

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