Skip to content

Denken Sie Sensorik neu – Erleben Sie Sensorik neu 

„Messen Sie dort, wo Sie noch nie zuvor waren“

Individuelles Design, anpassbare Art und Form des Sensors, sowie ein ultradünner, flexibler Aufbau ermöglichen eine Integration in Anwendungen, die vorher noch nicht erreicht werden konnten.

Was ist ein Foliensensor und wie werden die Sensoren hergestellt ?

Gedruckte Elektronik ist in aller Munde. Das additive Aufbringen von leitfähigen Strukturen auf einem Substrat ist kein Hexenwerk, aber eine Leiterbahn ist noch kein Sensor. Wir bei accensors realisieren Foliensensoren, indem wir verschiedene Materialien und Elemente zusammenbringen. Hierfür nutzen wir Druckprozesse, Dosierprozesse, Pick and Play und weitere additive oder ablatierende Bearbeitungsprozesse. Ein passendes Beispiel hierfür ist der Multilayeraufbau. Hier werden nacheinander unterschiedliche Materialien übereinander aufgebaut. Die sensorischen Eigenschaften eines Multilayeraufbaus resultieren dann aus der mechanischen Beeinflussung des Aufbaus (z.B. bei einem kapazitivem Drucksensor), der Änderung der physikalischen Eigenschaften (z.B. Widerstandsänderung bei einem Temperatursensor) oder aus elektrochemischen Effekten, welche an einer speziell sensitiven Elektrode entstehen.

Hier liegt das Kern-KnowHow von accensors, welches wir mit „Sensor-Funktionalisierung“ beschreiben.

Was ist ein Foliensensor?

Ein Foliensensor beschreibt ein elektrisches Funktionselement, welches auf einem Foliensubstrat (meistens flexibel, häufig aus Kunststoffmaterial) aufgebaut ist. Das elektrische Funktionselement wird in einem additiven Verfahren auf das Foliensubstrat aufgebaut. Ein elektrisches Funktionselement besteht mindestens aus den elektrischen Zuleitungen und dem Sensorelement oder dem Aktuatorelement oder dem Emitterelement.  

Das Design des Foliensubtrat kann frei gewählt werden. So wie man ein Blatt Papier zuschneiden kann, so kann auch das Foliensubstrat jegliche Kontur annehmen. 

Das Layout beschreibt den Verlauf der elektrischen Zuleitungen und die Position und Größe des Sensor-, Aktuator oder Emitterelements auf dem Kontur-Foliensubstrat. 

zusehen ist die 3D-Darstellung von einem gedruckten Foliensensor.
zusehen ist die Explosionszeichnung von einem gedruckten Foliensensor.

Additive Herstellung eines Foliensensors (Beispiel)

In dem Schaubild wird dargestellt, wie ein gedruckter Foliensensor hergestellt werden.

Die Grundlage dieses Aufbaus ist das Foliensubstrat. Hier kann je nach den benötigten Eigenschaften entschieden werden, ob zum Beispiel eine Kunststofffolie aus PI, PET, PE, PU… o.ä. verwendet werden soll, oder ein Textil oder sonstiges Material. 

Der Foliensensor kann mit einem einzelnen Detektionsparameter, multiparametrisch oder auch in einem Sensorarray realisiert werden. Für die unterschiedlichen Sensoren stehen verschiedene Messverfahren zu Verfügung.

Der gesamte Aufbau ist in allen Bereichen flexibel und kann sehr flach (bis zu 30µm Gesamtdicke) realisiert werden.  Das Integrieren der Leiterbahnen, der Korrosionsschutz der Kontakte, die Platzierung der Sensoreinheit und die Isolation wird mit den modernsten Verfahrenstechniken durchgeführt. Falls notwendig können weitere Lagen Folie integriert werden „Multilagen.

ein Foliensensor kann mehrere Parameter gleichzeitg messen. Hier zusehen ist ein Foliensensor mit einem Temperatur- ,pH- und Conductivitysensor, sowie eine Referenzelektrode

Multiparametrisch:

Von einem multiparametrischen Foliensensor spricht man, wenn auf einem Foliensensor mehrere Einzel-Sensoren aufgebracht sind, welche zusammen mehrere verschiedene Parameter (Multiparameter) detektieren können. 

3D Thermoforming: 

Foliensensoren müssen nicht zwangsläufig planar bleiben. Es ist möglich, aus dem Folienmaterial dreidimensionale (3D -Körper) Konturen zu formen. Dieses wird im thermischen Umformen, auch Thermoformen umgesetzt. Hier wird das Foliensubstrat unter Temperatur und Druck in eine dreidimensionale Form transferiert, welche nach Abkühlung weiter bestehen bleibt.   

Somit ist es möglich, Foliensensoren direkt in dreidimensionalen geometrischen Formen und Körpern zu integrieren, ohne ein weiteres Bauteil mit dem Foliensensor zu verheiraten. 

zusehen ist die smarte Petrischale und die vier Herstellungsschritte. Die smarte Petrischale besteht aus einem thermogeformten Foliensensor.

Sensorarray:

Eine weitere Möglichkeit mehrere Sensoren auf einem Foliensubstrat zu integrieren ist die Integration von Sensorarrays. Im Unterschied zum multiparametrischen Sensor, wo mehrere verschiedene Sensoren integriert werden, werden beim einem Sensorarray mehrere gleiche Sensoren aufgebracht. Die Sensorelemente können dabei in einer gleichmäßigen Matrix oder frei und ohne erkennbares Muster auf dem Foliensubtrat integriert werden.  Der große Vorteil von einem Foliensensor mit Sensorarray ist die lokalere und feinere Detektion von Unterschieden der Messgröße an verschiedenen örtlichen Punkten.  

Zusehen ist der Aufbau von einem Sensorarray auf einem Foliensensor

Multilagen:

Anders als beim Multilayer werden beim Multilagen mehrere Foliensubstrate übereinander aufgebaut. Dieses hat den Vorteil, dass beispielsweise mehrere Funktionen übereinander anstelle nebeneinander aufgebaut werden können. 

Beispiel:
Bei einer PCR (polymerase chain reaction) werden zur Denaturierung hohe Temperaturen benötigt. Ein Heat-Emitter (Heizschicht) auf dem ersten Folienlayer übernimmt diese Aufgabe. Auf dem zweiten Folienlayer werden die Fängerelektroden aufgebracht, so dass diese direkt oberhalb der Heißschicht platziert sind, aber durch eine Folienschicht getrennt sind. Ein Levelsensor auf dem dritten Folienlayer komplettiert diesen Multilagen-Foliensensor. 

Zusehen ist der Aufbau eines gedruckten Multilayer Sensor
zusehen ist die 3D Ansicht von einem Multilagen Foliensensor

Das ist genial…

Embedded Fluidik: 

Foliensensoren von accensors ermöglichen es nicht nur Sensoren, Aktuatoren und Emitter sowie deren Zuleitungen auf einem flexiblem Foliensubstrat zu integrieren, auch fluidische Kanäle können direkt mit in den Foliensensor integriert werden. Dieses ermöglicht es, Flüssigkeiten von bestimmten Punkten zu entnehmen oder ein Medium an bestimmte Punkte zu dosieren. 

Wir bei accensors haben zwei Möglichkeiten um mikrofluidische Kanäle in oder auf einem Foliensensor zu realisieren. 

A) Strukturieren der Mikrokanäle via Laser
B) Mirkokanäle via Multilagenaufbau

zusehen ist ein Foliensensor mit einem mikrofluidische Kanal

Hat mich wer gesucht?