Sensores de fluxo com EMST

Estamos revolucionando a fabricação de sensores de fluxo com a nossa recém-desenvolvida Ensinger Microsystems Technology (EMST). A EMST possibilita a produção de elementos sensores baseados em PEEK, oferecendo uma alternativa promissora aos substratos tradicionais e ampliando a versatilidade dos sensores. Em conjunto com nosso parceiro Hahn Schickard (Hahn Schickard Gesellschaft für Angewandte Forschung), desenvolvemos um sensor térmico de fluxo baseado em PEEK com detecção de direção, composto por um elemento aquecedor e dois sensores de temperatura. Essa solução aproveita as propriedades favoráveis do material, substratos funcionalizáveis e possibilidades inéditas de integração e personalização.

Tecnologia de fabricação revolucionária: sensores de fluxo baseados em PEEK

Os sensores de fluxo são normalmente fabricados sobre substratos convencionais, como cerâmica ou silício, especialmente em aplicações que exigem técnicas litográficas. Para sensores flexíveis, como sensores de temperatura ou sensores térmicos de fluxo, às vezes são utilizados substratos à base de polímeros, que oferecem algumas vantagens em termos de capacidade térmica, condutividade térmica e isolamento elétrico. No entanto, as soluções poliméricas utilizadas até o momento apresentam desvantagens em relação à resistência química e térmica e, muitas vezes, não suportam os processos litográficos intensivos das aplicações tradicionais.

A EMST oferece uma abordagem totalmente nova. Ao utilizar o TECACOMP PEEK LDS, um plástico de alto desempenho fabricado internamente, somos os primeiros a combinar as excelentes propriedades químicas e térmicas desse material com nossa tecnologia de fabricação recentemente desenvolvida. Nosso wafer à base de PEEK, o TECAWAFER PEEK LDS, permite a produção de sensores térmicos de fluxo de alto desempenho e grande versatilidade — sem a necessidade de ambiente de sala limpa — de forma eficiente, flexível e personalizável, inclusive em pequenas quantidades.

De modo geral, o PEEK apresenta menor condutividade térmica do que substratos à base de cerâmica ou silício, o que aumenta a sensibilidade do sensor. O TECAWAFER PEEK LDS oferece vantagens adicionais: a funcionalização do substrato possibilita o desenvolvimento de soluções personalizadas. Revestimentos que vão além das opções tradicionais, como ouro, níquel e cobre, ampliam as possibilidades de funcionalização e criam soluções totalmente novas para fabricantes de sensores de fluxo.

No que diz respeito à integração, nossa solução baseada em PEEK oferece opções flexíveis de moldagem para integrar sensores de fluxo personalizados de forma harmoniosa às exigências específicas da aplicação. Nossa tecnologia permite um nível incomparável de customização de microssistemas, viabilizando funções, formatos, tamanhos e quantidades exclusivos — mesmo em baixos volumes. Podemos adaptar funções, geometrias, quantidades e dimensões conforme suas necessidades específicas.

Com esse objetivo, unimos nossa expertise à do nosso parceiro Hahn Schickard para desenvolver e fabricar um sensor térmico de fluxo baseado em TECACOMP PEEK LDS.

Funcionalização

Integração

Personalização

Medição precisa de fluxo: sensor térmico de fluxo da Hahn Schickard e da EMST

O desenvolvimento do sensor térmico de fluxo baseado em PEEK pela EMST oferece uma solução promissora para medições precisas de fluxo. Com um sensor compacto contendo um aquecedor centralizado e dois sensores de temperatura, é possível detectar com precisão tanto a direção quanto a taxa de fluxo.

A utilização de materiais de alta qualidade, como níquel-cromo para o aquecedor e níquel para os sensores, aliada a técnicas de fabricação precisas, como usinagem CNC e o processo LPKF-LDS, garante elevada exatidão e confiabilidade do sensor. A multiplicação do layout em um wafer possibilita uma produção em massa eficiente e, consequentemente, uma fabricação de sensores mais econômica em comparação com soluções baseadas em substratos tradicionais. A caracterização subsequente do sensor demonstra uma boa resposta a diferentes taxas de fluxo e confirma sua adequação para aplicações na faixa de medição de 0 a 3 bar.

De modo geral, o desenvolvimento desse sensor térmico de fluxo representa um avanço significativo, oferecendo ampla gama de aplicações tanto na pesquisa quanto na indústria, além de contribuir para medições de fluxo mais precisas e eficientes.

Cadeia de processo do sensor de fluxo

A cadeia de processo inicia-se com o desenvolvimento do elemento sensor baseado no FS02™ da IST AG, que contém um aquecedor centralizado e dois sensores de temperatura para determinar a direção e a taxa de fluxo. Em seguida, o layout do sensor térmico de fluxo é multiplicado por meio da tecnologia EMST baseada em wafer, permitindo a integração de 174 elementos em um único wafer. O processamento subsequente inclui a fabricação de insertos moldados de alta precisão, a estruturação das trilhas condutoras e o revestimento dos elementos sensor e de aquecimento. Após o polimento químico-mecânico e a separação dos elementos sensores, o elemento do sensor de fluxo é conectado e avaliado em uma placa de testes, sendo que as primeiras medições confirmam a funcionalidade do sensor na faixa de medição de 0 a 3 bar.
As estruturas LDS do sensor de fluxo foram fabricadas utilizando o processo LPKF LDS, com substratos termoplásticos contendo aditivos ativáveis por laser. Um laser pulsado na faixa do infravermelho (IR), na escala de nanossegundos, estruturou seletivamente o substrato, criando trilhas condutoras e vias (VIAs).Em seguida, o substrato foi imerso em um banho químico de cobre sem eletrólise, formando cobre eletrolítico nas áreas diretamente estruturadas pelo laser.

Sensores funcionais para aplicações industriais

O desenvolvimento de sensores funcionais para aplicações industriais, como o sensor térmico de fluxo descrito aqui, demonstra o potencial da EMST para tecnologias MEMS na indústria. Ao integrar materiais de alta qualidade, técnicas de fabricação precisas e processos inovadores de revestimento, são criados sensores com elevada exatidão e confiabilidade. Esses sensores não apenas permitem a detecção precisa da direção e da taxa de fluxo, como também possibilitam uma integração eficiente em sistemas industriais, resultando em melhor monitoramento e controle de processos.

"Na Ensinger Microsystems Technology, combinamos materiais inovadores, fabricação de alta precisão e tecnologias inteligentes para criar sistemas de alto desempenho que impulsionam as indústrias."

Dr. Sebastian Bengsch, Inventor e Start-Up Lead da EMST

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