In einem Robotergelenk zählt jeder Millimeter. Sensoren müssen dort Bewegungen erfassen, obwohl Antrieb und Mechanik ebenfalls Platz brauchen. Das Fraunhofer-Institut für Integrierte Schaltungen IIS stellt dafür eine Lösung vor: Bei „MicroBias“ sitzt ein winziger Dauermagnet direkt im Silizium eines Sensorchips. Das soll eine zusätzliche Magnetbaugruppe überflüssig machen.
Das Institut will die Technik vom 10. bis 13. November auf der electronica in München zeigen. Nach Angaben von Fraunhofer IIS kann die Kombination aus Sensor und Magnet in einem konkreten Vergleich bei vergleichbarer Messleistung bis auf ein Hundertstel des bisherigen Volumens schrumpfen.
Ein Magnet liefert das Feld für die Messung
Magnetische Bewegungssensoren brauchen ein Magnetfeld, dessen Veränderung sie auswerten können. In einer herkömmlichen Baugruppe sind Sensorchip und Dauermagnet häufig getrennte Teile. Sie müssen zueinander ausgerichtet und gemeinsam untergebracht werden.
Bei MicroBias wandert der Magnet in den Chip. Er erzeugt dort ein sogenanntes Vorspannfeld. Bewegt sich ein geeignetes externes Bauteil in diesem Feld, verändert sich das Feld am Sensor. Ein Hall-Sensor erfasst diese Veränderung und wandelt sie in ein elektrisches Signal um. Aus dem Signal lässt sich die Bewegung oder der Zustand des Bauteils bestimmen.
Der geringe Abstand zwischen Magnet und Sensor ist entscheidend: Das Feld entsteht direkt dort, wo es gebraucht wird. Laut Institut werden die Komponenten auf weniger als einen Mikrometer genau zueinander positioniert. Ein Mikrometer ist ein Tausendstel Millimeter. Die Signalverarbeitung sitzt ebenfalls auf dem Chip.
Was der Größenvergleich aussagt
Fraunhofer nennt für einen vergleichbaren herkömmlichen Magneten ein Volumen von 30 Kubikmillimetern. Ein einzelner Mikromagnet komme dagegen auf rund 0,03 Kubikmillimeter. Selbst zehn solcher Mikromagnete benötigen zusammen nur 0,3 Kubikmillimeter. In diesem Beispiel ist das ein Hundertstel des Volumens des Vergleichsmagneten.
Das Institut verbindet den Vergleich mit einer vergleichbaren Messleistung und nennt außerdem bis zu 99 Prozent weniger Seltenerdmaterial. Diese Angaben beschreiben die genannte Gegenüberstellung und sind keine pauschale Einspargarantie für jedes Sensorprodukt. Welche Auslegung nötig ist, hängt von der jeweiligen Messaufgabe ab.
Von der Fertigung zum möglichen Einsatz
Die Magnete entstehen auf Wafer-Ebene. Ein Wafer ist eine Siliziumscheibe, auf der viele kleine Bauelemente gefertigt werden. Das Fraunhofer-Institut für Siliziumtechnologie ISIT ergänzt dafür sein Verfahren PowderMEMS. Nach seiner Beschreibung des Verfahrens können Mikromagnete in die Fertigung eingebunden werden, statt später einzeln montiert und ausgerichtet zu werden.
Eine Anwendung sieht das Team in Robotergelenken: Eine kompakte Messung der Gelenkbewegung könnte dort Raum für andere Komponenten lassen. Auch Greifsysteme und schwer erreichbare Maschinenteile nennt das Institut als mögliche Einsatzfelder. Es beschreibt diese Anwendungen als Perspektiven, nicht als Nachweis eines flächendeckenden Einsatzes.
Für 3D-Hall-Sensorik ist die Technik laut Fraunhofer IIS bereits verfügbar. Bis zu einer konkreten Lösung gehören jedoch die Auslegung des Magnetsystems und die Entwicklung und Prüfung von Prototypen. Die bevorstehende Messevorstellung zeigt damit eine verfügbare technische Grundlage; wie sie in einem bestimmten Roboter oder einer Maschine funktioniert, muss die jeweilige Anwendung zeigen.
Quellen
- Fraunhofer IIS: MicroBias – Mikromagnete direkt im Chip, 27. Oktober 2026
- Fraunhofer ISIT: PowderMEMS Microfabrication
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