SENSORKOSMOS - SENSITEC GMBH
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SensorKosmos
Ausgabe 9 - November 2012
"Curiosity" hinterlässt seine Spuren (Quelle: NASA/JPL-Caltech)
Punktlandung
Quelle: NASA/JPL-Caltech
Die Landung des neuen supermodernen Mars-Rovers „Curiosity“ am Morgen des 6. August 2012 war im Prinzip einfach: Es mussten
lediglich alle Komponenten zu 100 Prozent funktionieren. Und das taten sie. Riesenjubel nicht nur bei der NASA nach monatelanger An-
spannung, sondern auch bei Sensitec, als eines von zwei deutschen Unternehmen, deren Technik die Marsmission maßgeblich unterstüt-
zen. Jetzt sind die Experten gespannt, was es dort zu finden gibt. Nur wenige Minuten nach der Landung erreichten erste von „Curiosity“
auf dem Mars geknipste Fotos die Erde.
Sollte es tatsächlich kleine Sensoren - wurde auf seine entwickelt: für die Steue- fast unmöglich. Zwar sind tauglichkeit unter Beweis
grüne Marsmännchen ge- Mission geschickt, um dort rung, die Räder, den Robo- die eingesetzten Sensoren stellen konnten. In den vor-
ben, dann wird Technologie zwei Jahre lang nach Spuren terarm, die Antenne und für den Einsatz unter ex- herigen Missionen „Spirit“
aus dem Hause Sensitec von Leben zu suchen. Werk- die Kamera. Die miniaturi- tremen Temperaturschwan- und „Opportunity“ fiel die
maßgeglich dazu beitragen, zeuge für seine Analysemis- sierten magnetoresistiven kungen und hohen kosmi- Wahl der NASA auf Sensitec
diese aufzuspüren. Neben sion hat "Curiosity" genü- Sensoren werden benutzt, schen sowie Solar-Strah- Sensoren. „Opportunity“ ver-
der Universität Kiel gehört gend an Bord. Mit seinem um die Winkelstellung (Po- lenbelastungen ausgelegt, richtet bereits seit mehr als
Sensitec gehört zu den zwei Meter langen Roboter- sition) und Aufhängung doch solche Projekte be- 3000 Tagen seine Arbeit auf
beiden auserwählten deut- arm kann er greifen, schau- der Räder, des robotischen deuten auch für den Sensor- Mars und hat in dieser Zeit
schen Lieferanten, deren feln, bohren und sieben. An Arms, des Kamerakopfes hersteller ein aufregendes bereits über 35 km zurück-
Technik auf der Marsober- einem ausfahrbaren Mast und der Kommunikations- Unterfangen. Ihre Funktio- gelegt. Insgesamt befinden
fläche in Aktion ist. Mit sind mehrere Kameras mon- antenne zu detektieren. Die nalität darf bei den gegebe- sich inzwischen 118 MR-
insgesamt 40 Spezialsenso- tiert, zur Orientierung und Bewegungsachsen dieser nen außerordentlichen Um- Sensoren auf Mars – das
ren von Sensitec wurde der Navigation. Mittels Spektro- Baugruppen werden von gebungbedingungen - auf entspricht einem Marktan-
supermoderne Mars-Rover meter und Laser lassen sich elektrischen Motoren ange- Mars herrschen bei Nacht teil der Sensitec-Sensoren
bestückt. Ohne diese Sen- Gesteine auch auf mehrere trieben. In jedem Motor be- -130 °C und +30 °C an einem von 100 % auf Mars.
sorik wäre das Mars-Mobil Meter Entfernung untersu- findet sich ein magnetore- Sommertag - nicht beein-
orientierungslos. Aber nun chen. Weitere Messgeräte sistiver Sensor, der die Posi- trächtigt werden. Da andere Für ein weiteres Raumfahrt-
erst mal zum Hintergrund. beschäftigen sich mit der tion der Motorwelle erfasst. Sensoren dieser Belastung projekt in 2015 zum Merkur
Untersuchung der Mars- nicht standhalten können steuert Sensitec erneut Sen-
Am 26. November 2011 Atmosphäre. Bis zu 300 m Die Animation zeigt die Landung Sollten die Sensoren ver- und aufgrund ihrer minia- sorik bei: die auf dem Giant
startete eines der komple- soll der Rover pro Tag zu- von "Curiosity" (Quelle: NASA/JPL- sagen, würde dies voraus- turisierten Abmessungen, Magnetoresistiven Effekt ba-
Caltech).
xesten Projekte der Raum- rücklegen können. Seine sichtlich das Ende des Mars- entschied sich die NASA für sierenden GMR-Sensoren
fahrt: Der Marsrover "Cu- Räder sind voll schwenkbar; ein marsianisches Jahr oder projektes bedeuten, denn MR-Sensoren von Sensitec. sollen die mechanische
riosity", etwa so groß wie er kann sich also auch auf 687 Erdentage soll die Mis- „Curiosity“ könnte sich Die Entscheidung beein- Blende in einem Spektrome-
ein Kleinwagen - verpackt der Stelle drehen. Theore- sion "Neugier" dauern. Die dann weder bewegen, len- flusst haben dürfte auch die ter auf BepiColombo steu-
in einer Hochtechnologie- tisch soll das Gefährt sogar komplette Sensorik des Ro- ken noch Panoramabilder Tatsache, dass Sensorik von ern. Die Ankunft ist für 2022
Schale und vollgestopft mit 45-Grad-Steigungen bewäl- vers für die beweglichen schießen und die Kommu- Sensitec bereits in anderen geplant. (esl)
Motoren, Computern und tigen können. Mindestens Teile wurde von Sensitec nikation mit der Erde wäre Marsprojekten ihre Mars-
Produkt-News
„Velvet Revolution" - kleine Änderung, große Wirkung
Neue MR-Sensorgeneration mit verbesserten Eigenschaften, auch in winzigen Gehäusen für SMD-Montage
Genauer, schneller, klein- für die Herstellung von
er…. Manche Ziele für sehr dünnen metallischen
Sensoren sind halt Dauer- Schichten im Sensorchip
brenner. Es ist eine laufende angewandt, um deutlich
Entwicklungsaufgabe für verbesserte Leistungseigen-
Sensitec die Produkte weiter schaften zu realisieren. Die
zu verbessern und auch für Empfindlichkeit der Sensor-
neue Anwendungsbereiche chips konnte erhöht werden,
leicht zugänglich zu ma- mit dem Nutzen für den
chen. Anwender, dass die Tole-
ranz des Sensors gegenüber
Neben einer Vielzahl an In- Änderungen im Luftspalt Bild 1: Typische Messanordnung eines FIXPITCH® Sensors zur Bild 2: Typische Messanordnung eines FIXPITCH® Sensors zur
dustrieanwendungen hat zwischen Maßverkörperung inkrementellen Winkelmessung inkrementellen Wegmessung
Sensitec inzwischen über und Sensor merklich ver-
60 Millionen Sensoren für jektpartnern wie Bosch, ein marktgerechtes Technik-Info
bessert wurde. Weiterhin
Automobil-Anwendungen Fraunhofer IZM, Binder Preis-Leistungs-Verhält-
ist es gelungen, die ohne-
auf einem herausragenden Elektronik, AEMtec und an- nis zu gewährleisten.
hin schon hervorragende Wie wurden diese Neuerungen technisch realisiert?
Qualitätsniveau hergestellt. deren wurde zwischen 2007
Genauigkeit der Längensen- Sensitec ist es gelungen,
Diese hochvolumige Ferti- und 2011 an Herstellungs- Hier die technischen Details...
soren nochmals zu steigern. die neue Sensorfamilie
gung führt zu (und zwingt und Aufbautechniken für
extrem klein bauende Sen- (sowie weitere Chiptypen) Zur Herstellung von MR-Sensoren wird ein Trägerma-
zu) einer kontinuierlichen Die neuen Sensoren verfü-
sormodule gearbeitet. In in extrem kompakten LGA- terial benötigt, auf dem die Schichten und Strukturen
Verbesserung von Ferti- gen über die gleiche Geo-
diesem sehr erfolgreichen Gehäusen (Land Grid Array) des Sensordesigns aufgebracht werden. Als Trägersub-
gungsprozessen und -tech- metrie sowie identische
Projekt entwickelte Sensitec unterzubringen. Zunächst strat wird typischerweise ein Siliziumwafer verwendet.
nologien. Anordnung der Bondpads
neue Häusungstechnolo- wurden 4 unterschiedliche Dieser eignet sich besonders, da die für die Strukturie-
(zwecks Kontaktierung) zur
In einem groß angeleg- gien für MR-Sensorchips. Gehäusegrößen entworfen: rung und Herstellung benötigten Anlagen größtenteils
Vorgänger-Baureihe, mit
ten Projekt hat Sensitec die Kleinste mit Abmessun- auch in der Halbleiterindustrie eingesetzt werden und
der Folge, dass die neuen
während der letzten zwei Sensoren sehr einfach in somit passend für Siliziumsubstrate ausgestattet sind.
Jahre neue Fertigungspro- existierenden Applikationen
zesse, die bei Automo- Es gibt zwei unterschiedliche Verfahren die für den
ausgetauscht werden kön-
bilprodukten entwickelt Sensor notwendigen Materialschichten aus Permal-
nen. Einzig die Bezeichnung
wurden, auf Längensen- loy (eine Nickel-Eisen Legierung) auf dem Substrat
hat sich geändert, um die
soren - die auch für rota- abzuscheiden. Ein Verfahren ist das Aufdampfen der
neuen Sensoren von der
tive Messungen eingesetzt Schichten. Hierbei wird mittels eines Elektronenstrahls
bisherigen Baureihe zu un-
werden - (siehe Bild 1 mit das MR-Material erhitzt, und der austretende Dampf
terscheiden, denn auf den
der Sensoranordnung für Bild 4: Ein Blick ins Innenleben der
schlägt sich auf dem Substratmaterial nieder. Ein an-
ersten Blick unterscheiden Bild 3: Außenansicht der neuen
Drehbewegungen und Bild Gehäuse-Familie neuen Gehäuse-Familie deres Verfahren ist das Sputtern, bei dem Material
sich die Chips kaum vonein-
2 für Linearbewegungen) aus einem Target mittels Ionenstößen ausgeschlagen
ander.
für Industrieanwendungen Die Anforderungen an sol- gen von lediglich 2,6 mm wird. Der Vorteil im Sputterprozess ist ein deutlich
übertragen und damit eine In einem weiteren wich- che Gehäuse sind vielfältig: (Breite) x 3 mm (Länge) x feinkörnigerer (dichterer) Schichtauftrag.
neue Sensor-Generation tigen Schritt hat Sensitec
• Das Gehäuse muss den 1,4 mm (Höhe) - die we- Die im Folgenden erläuterten Zusammenhänge zei-
konzipiert. die Nutzung von Längen-
Sensorchip gegenüber sentlichen Abmessungen gen am Beispiel eines AMR-Sensors, wieso der
sensoren einem größeren
Weiterhin wurde die mechanische und che- sind in Tabelle 1 zusam- Sputterprozess einen Vorteil mit sich bringt. Ein wich-
Markt zugänglich gemacht,
bisherige Baureihe, welche mische Einflüsse schüt- mengefasst. tiger Parameter der AMR-Schicht ist das Verhältnis des
indem die neuen Sensoren
auf Wafer im 4“ (Zoll)-For- zen. MR-Effektes ΔR/R, welches ca. 3 % beträgt. Um dieses
in extrem kompakten SMD- Diese Gehäuse sind SMD-
mat hergestellt wurde, auf Verhältnis zu erreichen, benötigt man beim Aufdampf-
bestückbaren Gehäusen zur • Das gesamte Modul, fähig und machen MR-Sen-
modernere Maschinen, die prozess eine Schichtdicke des Permalloy von ca. 25 nm.
Verfügung gestellt werden. bestehend aus Werk- sortechnologie somit für An-
ein 5“-Format bearbeiten, Im Sputterprozess erreicht man dieses Verhältnis be-
stoff, Aufbau- und wender zugänglich, die über reits bei Schichtdicken von ca. 15 nm.
umgestellt. Wie in der Info- In dem BMBF-geförderten
Verbindungstechnolo- SMD-Bestückungsmöglich-
Box rechts näher erläutert Verbundprojekt „MST-
gien sowie Sensorchip, keiten verfügen, jedoch Weiterhin kann in modernen Sputteranlagen ein ro-
wird ein neues Verfahren Smartsense“ mit Pro-
muss extrem zuverläs- keine COB (Chip-on-board) tierendes Magnetfeld während der Herstellung der
sig sein. Fertigungsmöglichkeiten Schicht in der Prozesskammer angelegt werden.
für die Nutzung von Bare Dies bewirkt das Aufwachsen einer MR-Schicht ohne
• Es sollen keine mag- Dies besitzen. Es sind nicht Schichtanisotropie. Durch das Sensordesign (lang,
netischen Werkstoffe nur einzelne Sensorchips schmal und dünne MR-Streifen) ergibt sich die soge-
benutzt werden, die die gehäust, sondern auch nannte Formanisotropie, die die Funktion des AMR-
Funktion des MR-Sen- Chip-Kombinationen, z. B. Sensors ausmacht. Ist die AMR-Streifenlänge deutlich
sorchips beeinflussen Längensensor mit Interpo- größer als die Breite, so gilt näherungsweise für die
können. lations-ASIC. In Bild 3 links Formanisotropie:
ist die Außenansicht und d
• Es sollen Werkstoffe E Form ≅
benutzt werden, die
in Bild 4 das Innenleben b
der neuen Gehäuse-Familie Die Sensorstreifen sind umso empfindlicher, je kleiner
themomechanische
skizziert. Die Anschlüsse des das Verhältnis der Dicke (d) zur Breite des Streifens (b)
Spannungen so weit
MR-Sensorchips sind auf der ist. Die Beeinflussung dünnerer MR-Schichten ohne
wie möglich minimie-
Unterseite der Gehäuse in zusätzlichen kristallinen Anteil (Schichtanisotropie)
ren.
einem schachbrettartigen durch ein Magnetfeld ist größer, somit ist ein AMR-
• Das Gehäuse muss Feld (Land Grid Array) an- Sensor mit gesputterten Schichten empfindlicher.
Bild 5: Viel kleiner geht es nicht: zwei LGA-Bauteile mit extrem kleinen
Abmessungen preisgünstig sein, um gebracht. Bild 5 zeigt zwei
Die LGA-Familie Die neue Chip-Familie
LGA klein LGA groß LGA12 LGA21 Neue Alte Polteilung
Bezeichnung Bezeichnung (in mm)
AL780 LK14 5
AL796 LK16 2
AL798 LK29 1
AL795 LK37 0,5
Tabelle 2: Neue Produktbezeichnungen
Abmessungen (in mm)
2,6 x 3 x 1,4 2,6 x 6 x 1,4 3 x 3 x 1,4 5 x 6 x 1,4
Chip-Typen
AL780
AA745 AL795 AFF756 AL798 + ASIC
GF705 AL796 AFF755* AL796 + ASIC
GF708 AL797 AA747* AL795 + ASIC
AL798 AA745 +ASIC
* = optional verfügbar
Tabelle 1: Abmessungen der LGA-Familie
LGA Bauteile und verdeut- wurden viele Untersuchun- Bild 6 zeigt den Vorteil der weiten Arbeitsabstandsbe-
licht die extrem kleinen gen unternommen, die zu neu eingesetzten Sputter- reich stabil bleibt und ger-
Abmessungen. In manchen einer Optimierung der Plat- technologie im Vergleich inger ist als beim bisheri-
Bild 6: Vergleich Amplitude über Abstand
Anwendungen ist die late- zierung des Chips innerhalb zu dem früher genutzten gen Sensor (LK16) mit der
rale Lage des Sensor-Chips, der Gehäuse und auch der Aufdampfen der Schichten aufgedampften MR-Schicht.
d. h. der Abstand zwischen Maßgenauigkeit der Ge- im messtechnischen Ver-
Chip und seitlicher Außen- häuse selbst beitragen. gleich an einem typischen Der Nutzen für den Kunden
wand der Gehäuse, sehr magnetischen Maßstab mit besteht darin, dass die Sen-
wichtig. So z. B. bei Längen- Die neue Sensor-Generation 2 mm Polteilung. Es zeigt soren noch unempfindlicher
sensoren, wo der Abstand und die neuen Gehäuse sich deutlich, dass die Am- sind gegenüber Änderungen
zwischen Gehäuse und werden sicherlich das Ein- plitude beim neuen Sensor im Abstand zwischen Sen-
Maßstab möglichst genau satzgebiet für MR-Sensoren (AL796), dessen Schichten sor und Maßverkörperung
eingehalten werden soll. noch weiter ausbauen. Die mit dem Sputterprozess und es können noch bessere
Bei anderen Sensorchips ist verbesserten Leistungs- aufgebracht wurden, über Messgenauigkeiten realisiert
der Abstand zwischen der eigenschaften und die einen weiten Arbeitsab- werden. (rsl)
Oberseite des Chips und der Verfügbarkeit kleinerer standsbereich stabiler, also
Oberseite der Gehäuse sehr Gehäuse eröffnen neue in Sättigung, bleibt. Bild 7
wichtig. Um diesen Anforde- Anwendungen oder ver- verdeutlicht, dass die Posi- Bild 7: Vergleich Fehler über Abstand
rungen gerecht zu werden, bessern bereits bestehende. tionsabweichung über einen
Forschung
Förderprojekt MRCyte – Zellen zählen mit GMR-Sensoren
Neue Wege in der Krebsforschung
Metallschichten, der vor al- sche Durchflusszytometrie. Magnetfeld und magneti- patientennahe Durchfluss-
lem in den Leseköpfen von Die magnetischen Marker sche Führungsstrukturen zytometrie für die Diagnos-
Computer-Festplatten ein- sind Nanopartikel aus Ei- mit Fischgrätmuster, die tik und Therapie ermögli-
gesetzt wird. Sensitec ver- senoxid oder ähnlichen Ma- direkt auf dem Sensorchip chen.
wendet diese Technologie terialien, die sich durch eine aufgebracht werden, reihen
aber auch zur Herstellung spezielle Vorbereitung nur ausschließlich die markier- Siemens hat jetzt einen For-
hochempfindlicher Magnet- an bestimmte Zellen anhän- ten Zellen auf, welche dann schungsverbund aus Unter-
feld-, Längen- und Winkel- gen. eine nach der anderen über nehmen und Universitäten
sensoren für Industrie- und den eigentlichen Sensor rol- zusammengeführt, der in
Automotive-Anwendungen. Von besonderem Interesse len. der Lage ist, die komplexen
sind beispielsweise ver- Aufgabenstellungen von der
Ein neuer Bereich, der von streute Tumorzellen, die im Diese innovative Form der Herstellung eines spezia-
mehreren Forschungsgrup- Blut nachgewiesen werden magnetischen Trennung lisierten GMR-Sensors bis
Bild 1: Laboraufbau zur Untersuchung und Optimierung von GMR-Sensor, pen weltweit (z. B. Uni- sollen, um eine frühzeitige der relevanten von den ir- zum kompletten Messgerät
Mikrofluidik und Auswerteelektronik. Im Verlauf des Projektes wird eine hö-
her integrierte Version entwickelt. (Quelle: Siemens AG) versité Joseph Fourier in Behandlung einer Krebser- relevanten Zellen direkt und dessen Erprobung in
Grenoble, Universität Bie- krankung mit verbesserten im Messgerät bietet einen klinischen Studien abzude-
Ein Forschungsverbund aus GMR-Sensoren nachzuwei- lefeld, INESC MN in Lissa- Erfolgsaussichten zu er- großen Vorteil zur etablier- cken.
mehreren Unternehmen und sen. bon etc.) untersucht wird möglichen. Das Blut wird ten optischen Durchfluss-
Universitäten untersucht und das Interesse der Sie- in einem so genannten zytometrie, dafür muss die Das Bundesministerium für
– gefördert durch das Bun- Der Giant Magnetoresi- mens AG geweckt hat, ist Mikrofluidik-Chip mit den Blutprobe nämlich aufwän- Bildung und Forschung för-
desministerium für Bildung stance oder zu deutsch "Rie- der Nachweis von magne- Markern zusammenge- dig in einem Labor aufbe- dert dieses zukunftsträchti-
und Forschung – die Mög- senmagnetowiderstand", tisch markierten Zellen mit bracht und durch feine Ka- reitet werden. Die magne- ge Vorhaben unter dem För-
lichkeit, spezifische Zellen in abgekürzt mit GMR, ist ein GMR-Sensoren, hier speziell näle über den GMR-Sensor tische Durchflusszytometrie derkennzeichen 13N12013-
unbehandeltem Blut mittels Effekt in nanometerdünnen die sogenannte magneti- geleitet. Ein inhomogenes könnte somit erstmalig eine 13N12020 für drei Jahre. (rl)
Produkte
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Durch die Verwendung RS Components. Ab No- Entwicklungsingenieuren Frequenzumrichter, Ser-
neuester AMR-Sensor- und vember 2012 sind Strom- zu erfüllen, kam der Wunsch voregler, geberlose Rege-
Prozesstechnologie sind die sensoren von Sensitec auch für eine Zusammenarbeit lung, Solarwechselrichter,
Stromsensoren der Baurei- Bestandteil des Lieferpro- mit Sensitec im Bereich Stromversorgung in der
he CDS4000 ab sofort nicht gramms von RS Compo- Stromsensorik auf. Von die- Schweißtechnik, Treiber für
nur zu günstigeren Preisen nents. RS Components, ser Kooperation verspricht Laserdioden, Stromversor-
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Messen
12. Symposium | MR-Sensors and Magnetic Microsystemss
Veranstaltungen
Am 19. und 20. März 2013 veranstaltet Sensitec das 12. Symposium "MR-Sensors and Magnetic Microsystems". Die
Vorbereitungen laufen bereits und Anmeldungen (online oder per Fax) sind ab Januar 2013 möglich. Vorab erhalten
Sie einen Auszug aus dem Programm (Änderungen vorbehalten), mit den Themen, die bei der Tagung im Vorder- electronica
grund stehen werden: München
13. - 16. 11.2012
Thema Referent Institution/Firma
Halle A2.322
TeMoRy: A robust storage cell based on TMR Prof. B. Hillebrands TU Kaiserslautern
3D AMR magnetometer for space applications P. Brown Imperial College London
12. Symposium
MR-Sensors and Magnetic Microsystems New generation of length sensors Dr. Rolf Slatter Sensitec GmbH
SPS/IPC/Drives
Tagungsleiter: Scalable GMR-based absolute encoder kit B. Strietzke Lenord + Bauer Nürnberg
Dr. Joachim Hölzl for large hollow-shaft drives 27. - 29.11.2012
joachim.hoelzl@sensitec.com High performance signal processing Halle 4A-125
E. Nicholl Analog Devices
solutions for MR sensors
Termin und Ort: Methods of current measurement in Eine kostenfreie Dauerkarte
Dr. S. Beinicke LTi-Drives GmbH
Stadthalle Wetzlar frequency converters für die SPS/IPC/Drives erhalten
19. und 20. März 2013 Off road machines and their unique Sie bei der Registierung mit
Dr. J. Lenz et. al. John Deere
needs for precision sensing der Nummer 120632417 auf
Interessiert an einer Teilnahme? MR sensor for the portable www.mesago.de/sps/tickets.
M. Lei iSentek
Weitere Informationen sowie die Anmeldeunterla- device technology
gen zum Symposium sind in Kürze abrufbar unter Applying consumer electronics for single
Dr. O. Hayden Siemens AG Herausgeber:
www.sensitec.com. Ein regelmäßiger Blick auf unsere cell detection
Homepage www.sensitec.com lohnt sich auf jeden Non-destructive testing using
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Fall. magnetoresistive sensors
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Gerne senden wir Ihnen eine persönliche schriftliche operation of precision and high frequency Dr. R. Dupont Levicron GmbH 35633 Lahnau-Waldgirmes
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Einladung zum Symposium zu. Bitte schicken Sie dazu motor spindles Tel. +49 (0)6441 9788-0
per Mail Ihre Kontaktdaten an NiFe-Materials for sensor applications University of Applied Science Fax +49 (0)6441 9788-17
Prof. M. Saumer
Kaiserslautern
ellen.slatter@sensitec.com. Hybrid integration by means of batch www.sensitec.com
A. Steinke CiS GmbH sensitec@sensitec.com
process compatible technological modules
Wir freuen uns auf Ihr Kommen. The new EU-Framework Programme Redaktion: Ellen Slatter
N. Gibbert-Doll Hessen Agentur GmbH
Horizon 2020
Patents: blessing or curse?
Dr. H. Flocke IC-Haus
Layout:
360° measurement at shaft circumference E. Guthörl Sensitec GmbH P.AD. werbeagentur
www.p-ad.de
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