Entwicklung von kapazitiven Dehnungsmessstreifen in Dünnschichttechnologie für drahtlose, intelligente Systeme

Inhalt:
Der vorliegende Beitrag beschäftigt sich mit der Entwicklung kapazitiver Dehnungsmessstreifen (DMS). Das Sensorkonzept wird vorgestellt und die Herstellung mittels Dünnschichttechnologie beschrieben. Als Trägersubstrate, die das dielektrische Verhalten des Sensors wesentlich beeinflussen, wurden zwei flexible Polymerfolien ausgewählt, ein Polyimid und ein Flüssigkristall Polymer (LCP). Die Dehnmessstreifen werden charakterisiert und die Empfindlichkeit gemessen. Mit einem Messaufbau in einer Klimakammer war es möglich den Einfluss der Temperatur und Luftfeuchte auf das Sensorausgangssignal zu ermitteln. Der K-Faktor eines auf Polyimid aufgebauten und mit Acryllack verkapselten Sensors, mit einer Elektrodenbreite von 45 µm und Strukturabständen von 15 µm beträgt -1,38 , bei einer Grundkapazität von 48 pF. In Bezug auf die Luftfeuchte konnte eine drastische Reduzierung der Querempfindlichkeit durch die Verwendung von LCP als Substrat und Abdeckung erzielt werden. Um den K-Faktor zu erhöhen und den Einfluss von Temperatur und Feuchte zu senken, wurden zwei Sensorstrukturen senkrecht zueinander stehend als Halbbrücke verschaltet. Der K-Faktor des Gesamtsystems beträgt -2,3, die Feuchteempfindlichkeit 170 ppm/% rLF. Der Einfluss der Temperatur konnte von ca. 2200 ppm/K für einen einzelnen Sensor auf 24 ppm/K gesenkt werden.