E!10673 STEP-HIGH,SENSORS FOR MEDIUM TO HIGH PRESSURE RANGES FOR HIGH-VALUE MARKETS

Memscap har i prosjektet utviklet en ny trykk sensor familie for høytrykksmålinger, 10 til 70 Bar opp til et TRL3 nivå. Disse trykksensorene har blitt utviklet med hensyn på de krav som forlanges av flyindustrien for motorkontroll til Jet-motorer, FADEC (Full Authority Digital Engine Control). For å møte framtiden med stadig strengere krav til forurensning fra jet-motorer og krav til sikkerhet, så har det vært nødvendig å benytte ny teknologi i en større grad enn det Memscap besitter i dag. Memscap teknologi og produksjonsprosesser muliggjør at selskapet i dag leverer produkter i verdensklasse når det gjelder pålitelighet og stabilitet, noe som er helt avgjørende for å være en leverandør til flyindustrien. Når nå selskapet har beveget seg mot motorkontroll markedet der det er nødvendig å kunne levere trykksensorer opp til 70 Bar, så er det først og fremst eksisterende teknologi som selskapet besitter som har blitt videreutviklet. I STEP-HIGH prosjektet har det blitt satt fokus på å kunne produsere sensorer som tåler langt større belastning / krefter fra omgivelsene enn det dagens teknologi kan håndtere. Memscap har således fokusert på fire arbeidspakker i prosjekt. Samtlige trykkområder, 10, 30 og 70 Bar sensorbrikker har blitt prosessert på SIO-Silisium skiver. Test sampels på 10, 30 og 70 Bar av sensorbrikker er gjort tilgjengelig og de første innledende tester viser svært positive resultater. Det er også besluttet å kjøre et nytt run på sensorskiver med begravde ledere. Dette vil bli gjort i etterkant av prosjektet. Dette for å kunne anodisk bonde også referanse brikkene på skivestadiet for således å oppnå en langt mer effektiv sammenstillingsprosess. En ny glass-film for anodisk bonding / laminering av silisium skiver har blitt utviklet i arbeidspakke 2 i et samarbeid med Memscap Inc. i USA og en tysk aktør som har svært god kompetanse med anodiske bondeprosesser. Memscap har tidligere sendt silisium skiver til underleverandør for glass-film prosess og har i den senere tid gjort en rekke bondetester av sensorskiver mot underlagsskive. Resultater framkommet i prosjektet er positive, men det må fremdeles gjøres flere forsøk før endelig prosess kan godkjennes og dokumenteres. Prosjektet har også tatt fram en ny silisium underlagsbrikke som supportere sensorbrikken. Ved hjelp av FEM-simuleringer har man kommet fram til et mekanisk design som isolere stresskrefter som oppstår på undersiden av underlagsbrikken mot selve sensorelementet. Memscap har i dag et ferdig design og prosessunderlag som er utviklet i samarbeide med Memscap Inc. i USA. Prosjektet har mottatt ferdige prosesserte brikker for sammenstilling. Her har utfordringene vært større enn tidligere antatt grunnet dyp-RIE etsning (unormale dype etsekanaler på underlagsskive). Gjennom hele prosjektperioden har det vært stor fokus på å etablere en god prosess for dyp-RIE etsning. Dette har prosjektet lykkes med og nye underlagsskiver med dypetsede profiler er utviklet og prosessert. Videre har disse underlagsskivene blitt anodisk bondet til sensorskiver som i dag er montert i ferdige sammensatte trykksensorer. Testresultater har vist seg å være svært tilfredsstillende. I arbeidspakke WP3 har det blitt utviklet en prosess for laminering av referanse brikke. Denne prosessen har blitt utviklet med stor suksess og har således blitt overført til selskapets standard produksjonsprosess for eksisterende produkter. Arbeidspakke WP3 sees på som ferdig utført. I prosjektet har det også vært nødvendig å utvikle en god og solid prosess for inn lodding av brikkestrukturen til sensorkapselen. Her har det blitt lagt stor vekt på å oppnå en riktig loddelegering. I prosjektet er det tatt fram silisium skiver med påtrykket forskjellige typer metall-legeringer som har blitt utprøvd i forskjellige styrketester. Det er gjort noe foreløpige styrketester i samarbeid med SINTEF og deres NBRIX prosjekt. Testene har så langt vist gode resultater, men det gjenstår en del arbeid før endelig løsning kan presenteres som en produksjons prosess. Memscap vil videreføre dette arbeidet også etter prosjektslutt. I arbeidspakke WP5 har det blitt utviklet en elektronikk løsning for kompensering av sensor signalet med hensyn på drift egenskaper i temperaturområdet -55 til 125 grader C. Her er det valgt komponenter fra Analog Devices i USA. Dette selskapet har vært svært behjelpelig i prosjektet og faktis kvalifisert ønskede komponenter for å tilfredsstille de krav som flyindustrien krever. Kretskortene er i dag tilgjengelig og er en del av prototypene som skal i nær framtid presenteres for potensielle kunder. Memscap har god kontakt med ledende motorkontroll produsenter. Selskapet har allerede gjort avtale med to amerikanske produsenter som skal være med på kvalifisering av resultatene. Innledende diskusjoner / aktiviteter er nå etablert med prosjektets amerikanske partnere og første Works-shopp har blitt avholdt. Memscap vil videreføre prosjektet for å ta produktfamilien gj

Memscap er svært fornøyd med resultatene som er fremkommet i prosjektet. - WP1 Resultater viser at trykk sensor brikker, 10, 30 og 70 bar gir gode resultater med sirkulært membran og har derfor gått videre med et nytt prosjekt for å videre utvikle sensorbrikkene med å introdusere begravde ledere for ytterligere forbedre stabilitet og produksjons effektivitet. - W2. I denne arbeidspakke har det blitt utviklet et nytt design på sensorens underlagsbrikke. Resultatene har her vært så gode at dette designet har også blitt introdusert på alle nye versjoner av Memscap sine eksisterende produkter. W3. Resultatene fra denne arbeidspakken har også vært vellykket. Resultatene fra tynn-glasfritt laminering har vært så vellykket at også denne prosessen har blitt introdusert på samtlige sensor produkter. WP5 Her har prosjektet tatt fram en helt ny elektronikk løsning for sensor kalibrering og kompensering. Denne løsningen ser ut til å være så god at muligens nye uforutsette markeder kan åpnes.

In the STEP-HIGH project, Memscap shall develop a new technology platform for piezo-resistive pressure sensors for pressure measurements ranges from 10 to 100 bar. The product family that shall be built based on this platform is targeting the high-value avionics applications "Full Authority Digital Engine Control" (FADEC)and "Auxilary Power Units" (APU). The product innovation will include development of a completely new transducer family with a small triple-stack chip solution with high burst pressure, low thermal hysteresis and long term-drift. A new chip assembly method between sensor chip and support chip shall be developed by using film anodic bonding and includes a smart support chip that make possible soldering of the chip stack into a package. The production innovation includes manufacturing of all versions of sensors on the same 150 mm diameter silicon-on-insulator (SOI) wafer, wafer-level-packaging instead of chip level assembly and the use of automatic die attach, handling, test and calibration of sensors and integrated transducer modules. The many research issues in the project are related to finding new "state-of-the" technical solutions to compete well in the demanding avionic market on performance, reliability, and price. A new ASIC design shall be developed in order to obtain the very best performance of the new sensor family. Project partners are Memscap and University of Montpillier LIRMM,