TREND Embedded: MEMS für alle Sinne

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MEMS sind überall. Sie hören, fühlen, riechen, sehen und schmecken mittlerweile auch. Und nahezu alle Schlüsseltrends sind auf die Winzlige angewiesen.

Ob Internet der Dinge, autonomes Fahren, Wearables oder Telemedizin – MEMS-Sensoren (Micro Electro Mechanical Systems) messen überall mit. Sie sind die Sinnesorgane moderner elektronischer Systeme oder machen nicht elektronische Systeme erst intelligent. Die Kombination aus Elektronik und Mikromechanik verwandelt physikalische oder chemische Größen in elektrische Spannungen und übersetzt so unsere Umgebung in Zahlenwerte.

Das geht weit über unsere fünf Sinne hinaus. So sorgt etwa ein Magnetsensor dafür, dass ein Smartphone weiß wo Norden ist. Ein Umweltsensor von Bosch misst Luftdruck, Feuchtigkeit, Temperatur und Raumluftqualität. Oder ein mobiles MEMS-Spektrometer vom Fraunhofer IPMS im Würfelzuckerformat analysiert gasförmige, flüssige und feste Stoffe. Die Liste ließe sich beliebig ergänzen.

MEMS-Sensoren – gemeinsam stark

Ihre wahre Kraft entfalten die elektromechanischYole Developement MEMS-Sensoren für Wearableen Zwerge aber erst in der Kombination. Beschleunigungs- und Drucksensoren, Gyroskope, Magnetometer, Spektrometer – mit dem „Werkzeugkasten“ kann man eine Menge anstellen. Voraussetzung ist, dass die Ergebnisse der einzelnen Sensoren sinnvoll verknüpft werden. Zudem lassen sich bestimmte Aufgaben mit einer ganzen Reihe verschiedenster Sensoren lösen. So kann etwa der Puls mit einem Drucksensor, einem Beschleunigungs-Sensor, mit dem Mikrofon oder mit Licht gemessen werden. Die Wahl der Methode hängt ab von der spezifischen Anwendung, der Anforderung an die Genauigkeit oder vom Gerät.

Europa ist MEMS-Spitzenreiter

Europäische Firmen und Forschungseinrichtungen sind führend bei der Entwicklung von MEMS-Sensoren. So hat Bosch laut IC Insights seine Position als weltweiter Marktführer für Sensoren und Aktuatoren mit einem Weltmarktanteil von 20 Prozent im letzten Jahr weiter ausgebaut. Im gleichen Zeitraum sackte ST Microelectronics vom zweiten auf den vierten Rang ab. Infineon behauptete Platz 5. Bosch setzt für seine Sensorproduktion vor allem auf MEMS-Systeme, die mit Halbleiter-Technologien hergestellt werden. Das scheint sich auszuzahlen.

Denn der Markt ist lukrativ. Auch weil sich die Automobilindustrie zu einer Art nächster Consumer-Elektronik-Markt entwickelt hat. Nach Yole Development soll allein der Bereich Sensormodule für autonome Fahrzeuge weltweit von 3 Milliarden Dollar im letzten Jahr auf mehr als 35 Milliarden Dollar bis 2030 wachsen.

Das Volumen aller MEMS-Trägheitssensoren wachse zwischen 2015 und 2020 jährlich um 23 Prozent, Gyroskope um 7,9 Prozent. Smartphones und Tablets sorgen hier für den Löwenanteil. Insgesamt sollen sich bis 2020 die Stückzahlen von MEMS-Sensoren auf 30 Milliarden mehr als verdoppeln. Und ein Ende ist nicht in Sicht, wartet doch etwa mit den Wearables ein nächster MEMS-Kandidat. Immerhin bis 2020 ein 88-Milliarden-Dollar-Markt, der laut Yole Development 1,2 Milliarden Sensoren verschlingen soll.

Bosch MEMS-Sensoren

Bausteine für die vernetzte Welt: Das Bild eines Rasterelektronenmikroskops (REM) zeigt die feinen geätzten Silizium-Strukturen eines Beschleunigungssensors. (Bild: Bosch).