Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Nano-Poren für bessere Radarsensoren

07.07.2015

Nanostrukturen, in die Oberfläche geätzt: Eine neue Bearbeitungstechnik der TU Wien verbessert die elektrischen Eigenschaften von Glaskeramik-Leiterplatten.

Man nimmt entspannt den Fuß vom Gaspedal, ein Radar-Sensor erkennt den Abstand zu den anderen Autos und passt die Geschwindigkeit intelligent an. Solche Technologien sorgen heute bereits für mehr Sicherheit im Straßenverkehr, ihre Verbreitung wird noch weiter zunehmen. Aus elektrotechnischer Sicht ist die Herstellung solcher Sensoren allerdings recht schwierig:


Durch das Ätzverfahren erzeugte poröse Oberfläche mit dadurch stärkerer Abstrahlung.

TU Wien

Die Sensoren sollen mit sehr hohen Frequenzen arbeiten und trotzdem präzise und effizient funktionieren. An der TU Wien wurde nun eine neue Bearbeitungstechnik entwickelt, mit der man glaskeramische Leiterplatten ganz gezielt nanostrukturieren kann. Damit lassen sich Materialeigenschaften anpassen und das elektromagnetische Verhalten des Sensors wird deutlich verbessert.

Das Material beeinflusst die Strahlung

Die Antennen eines Radarsensors haben wenig mit den langen Metallstäben gemeinsam, die aus einem Radiogerät herausragen. Sensor-Antennen werden heute sehr klein gebaut und direkt auf die Leiterplatten aufgebracht. Die Leiterplatten selbst können beispielsweise aus spezieller Glaskeramik bestehen („Low Temperature Cofired Ceramics“, LTCC), die aus verschiedenen Schichten aufgebaut ist, zwischen denen Leiterbahnen angebracht sein können. Auf der obersten Schicht befindet sich die Patch-Antenne.

„Die Abstrahlcharakteristik einer Antenne wird stark vom darunterliegenden Material beeinflusst“, erklärt Prof. Ulrich Schmid vom Institut für Sensor- und Aktuatorsysteme der TU Wien. Abhängig von den elektromagnetischen Eigenschaften der Leiterplatte kann das Material die Abstrahlung stören, es kann die ausgesendeten Wellen absorbieren und sich dabei im Extremfall so sehr aufheizen, dass Halbleiterchips in Mitleidenschaft gezogen werden.

Besonders problematisch ist das im Hochfrequenzbereich: Radar-Sensoren von Autos arbeiten bei etwa 77 GHz, das hat einerseits technische Gründe, andererseits auch juristische: Dieser Frequenzbereich wurde gesetzlich für Radarsensoren im Straßenverkehr reserviert.

Um störende Materialeffekte zu verhindern hat man bereits versucht, die Glaskeramik der Leiterplatten mit organischen Materialien zu verbinden, doch das bringt wieder neue Probleme mit sich. „Übergänge zwischen unterschiedlichen Materialien sollte man eher vermeiden“, sagt Ulrich Schmid. Ganz besonders dann, wenn man es mit unterschiedlichen Materialgruppen zu tun hat, die sich bei Erwärmung unterschiedlich stark ausdehnen, sinkt die Lebensdauer des Radarsensors.

Der Trick mit den Nano-Poren

An der TU Wien suchte man daher nach einer Methode, die elektromagnetischen Eigenschaften der Leiterplatten ganz gezielt zu verändern, ohne dafür ein zusätzliches Material verwenden zu müssen. Die Glaskeramik besteht aus winzigen Körnchen, die durch Hitze „aneinandergebacken“ werden. Dabei entsteht Feldspat, der sich mit Säure wegätzen lässt – das restliche Substratmaterial bleibt übrig. Das Forschungsteam stellte fest, dass man das Glaskeramik-Material auf diese Weise mit einer komplizierten Porenstruktur im Nano-Maßstab versehen kann, wodurch sich lokal die Eigenschaften des Materials verändern.

Die Durchlässigkeit eines Materials für elektrische Felder wird als „elektrische Permittivität“ bezeichnet. „Vor der Säurebehandlung messen wir eine Permittivität von sieben bis acht – durch die Nanoporen sinkt die Permittivität um bis zu 30% - und das mit geringstem technologischem Aufwand und in konventionellen Tapesystemen, die gar nicht für diesen Ätzprozess hergestellt wurden. Das ist beachtlich“, sagt Dr. Achim Bittner.

Bittner untersuchte diesen Effekt bereits vor mehreren Jahren, nun entwickelte sein Kollege Frank Steinhäußer in Zusammenarbeit mit der österreichischen Galvanik-Firma Happy Plating die Technik weiter und erzielte dabei sehr vielversprechende Ergebnisse. Die weiteren Herstellungsschritte für die Antennenplatine wurden von deutschen Partnern durchgeführt. So wurden die Glaskeramiken von der Firma MSE aus Material von der Fa. Kerafol gesintert. Die Hochfrequenzsimulationen sowie das Design der Antenne wurden an der Universität Erlangen-Nürnberg sowie von der Fa. Astyx durchgeführt.

Die neue Ätz-Technik kann man punktgenau einsetzen, sodass die Glaskeramik an unterschiedlichen Stellen unterschiedliche Eigenschaften erhält. Das kann beispielsweise bei Arrays aus mehreren Antennen sehr nützlich sein, die zusammengeschaltet werden, um eine elektromagnetische Welle in eine ganz bestimmte Richtung zu senden. Außerdem wird man die Technik in Zukunft als Diagnosemethode einsetzen, um mehr über das Verhalten des Glaskeramikmaterials zu erfahren und sie weiterhin grundlegend verbessern zu können.

Weitere Informationen:

http://www.tuwien.ac.at/aktuelles/news_detail/article/9551/

Dr. Florian Aigner | Technische Universität Wien

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Energie und Elektrotechnik:

nachricht Wie Protonen durch eine Brennstoffzelle wandern
22.06.2017 | Empa - Eidgenössische Materialprüfungs- und Forschungsanstalt

nachricht Omicron Diodenlaser mit höherer Ausgangsleistung und erweiterter Garantie
20.06.2017 | Omicron - Laserage Laserprodukte GmbH

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Energie und Elektrotechnik >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Can we see monkeys from space? Emerging technologies to map biodiversity

An international team of scientists has proposed a new multi-disciplinary approach in which an array of new technologies will allow us to map biodiversity and the risks that wildlife is facing at the scale of whole landscapes. The findings are published in Nature Ecology and Evolution. This international research is led by the Kunming Institute of Zoology from China, University of East Anglia, University of Leicester and the Leibniz Institute for Zoo and Wildlife Research.

Using a combination of satellite and ground data, the team proposes that it is now possible to map biodiversity with an accuracy that has not been previously...

Im Focus: Klima-Satellit: Mit robuster Lasertechnik Methan auf der Spur

Hitzewellen in der Arktis, längere Vegetationsperioden in Europa, schwere Überschwemmungen in Westafrika – mit Hilfe des deutsch-französischen Satelliten MERLIN wollen Wissenschaftler ab 2021 die Emissionen des Treibhausgases Methan auf der Erde erforschen. Möglich macht das ein neues robustes Lasersystem des Fraunhofer-Instituts für Lasertechnologie ILT in Aachen, das eine bisher unerreichte Messgenauigkeit erzielt.

Methan entsteht unter anderem bei Fäulnisprozessen. Es ist 25-mal wirksamer als das klimaschädliche Kohlendioxid, kommt in der Erdatmosphäre aber lange nicht...

Im Focus: Climate satellite: Tracking methane with robust laser technology

Heatwaves in the Arctic, longer periods of vegetation in Europe, severe floods in West Africa – starting in 2021, scientists want to explore the emissions of the greenhouse gas methane with the German-French satellite MERLIN. This is made possible by a new robust laser system of the Fraunhofer Institute for Laser Technology ILT in Aachen, which achieves unprecedented measurement accuracy.

Methane is primarily the result of the decomposition of organic matter. The gas has a 25 times greater warming potential than carbon dioxide, but is not as...

Im Focus: How protons move through a fuel cell

Hydrogen is regarded as the energy source of the future: It is produced with solar power and can be used to generate heat and electricity in fuel cells. Empa researchers have now succeeded in decoding the movement of hydrogen ions in crystals – a key step towards more efficient energy conversion in the hydrogen industry of tomorrow.

As charge carriers, electrons and ions play the leading role in electrochemical energy storage devices and converters such as batteries and fuel cells. Proton...

Im Focus: Die Schweiz in Pole-Position in der neuen ESA-Mission

Die Europäische Weltraumagentur ESA gab heute grünes Licht für die industrielle Produktion von PLATO, der grössten europäischen wissenschaftlichen Mission zu Exoplaneten. Partner dieser Mission sind die Universitäten Bern und Genf.

Die Europäische Weltraumagentur ESA lanciert heute PLATO (PLAnetary Transits and Oscillation of stars), die grösste europäische wissenschaftliche Mission zur...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

Von Batterieforschung bis Optoelektronik

23.06.2017 | Veranstaltungen

10. HDT-Tagung: Elektrische Antriebstechnologie für Hybrid- und Elektrofahrzeuge

22.06.2017 | Veranstaltungen

„Fit für die Industrie 4.0“ – Tagung von Hochschule Darmstadt und Schader-Stiftung am 27. Juni

22.06.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Radioaktive Elemente in Cassiopeia A liefern Hinweise auf Neutrinos als Ursache der Supernova-Explosion

23.06.2017 | Physik Astronomie

Dünenökosysteme modellieren

23.06.2017 | Ökologie Umwelt- Naturschutz

Makro-Mikrowelle macht Leichtbau für Luft- und Raumfahrt effizienter

23.06.2017 | Materialwissenschaften