Forschungsinhalte

Die Forschungsarbeiten des Lehrstuhls können in die Bereiche Technologien, Komponenten und Systeme unterteilt werden:

Technologien:

Für den Entwurf und die Simulation steht eine Rechnerinfrastruktur auf der Basis eines Sun-Computersystems zur Verfügung. Die genutzten Softwareprogramme für den Entwurf sind CADENCE, für die Simulation das Finite-Elemente-Programm ANSYS, sowie für den Datenaustausch zwischen CADENCE und ANSYS das Programm XPLORER (Fa. MEMSCAP). Weiterhin wird für die Systemsimulation das Programmpaket SABER und für die Spritzgießsimulation MOLDFLOW eingesetzt. Neben dem Entwurf und der Simulation von Bauelementen der Mikrosystemtechnik werden auch thermomechanische Simulationen von Packaging-Prozessen (Flip-Chip, Lötverfahren) durchgeführt. Der Simulation von Mikrosystemen kommt eine erhöhte Bedeutung zu, da die technologische Herstellung auf Grund der komplexen Technologie erhebliche Kosten verursacht. Aus diesem Grund können durch eine Vorabsimulation und Optimierung Kosten eingespart werden.

Am Lehrstuhl Mikrosystemtechnik werden neue grundlegende Technologien zur Fertigung von mikrotechnologischen Systemen entwickelt und optimiert. Für die Standard Siliziumtechnik steht ein breites Prozessportfolio zur Verfügung (Photolithographie, Nass- und Trockenätzverfahren, Schichtabscheidung mit PVD- und CVD-Verfahren, Dotierung etc.). Neben der siliziumbasierten Mikromechanik werden auch technologische Prozesse für die mikrotechnische Strukturierung anderer für die Mikrotechnik interessanter Materialien entwickelt. Beispielsweise wurde im Rahmen des DFG SPP 1157 eine vollständige Technologiekette für die Herstellung von Mikrobauteilen in Langasit entwickelt und optimiert. Weitere Schwerpunkte sind die Bearbeitung von Quarz- und Glassubstraten mit flusssäurehaltigen Ätzmedien sowie die Anwendung von photolithographischen Prozessen für die Strukturierung weiterer Substratmaterialien.

Im Bereich der Aufbau und Verbindungstechnik wurden umfangreiche Entwicklungsarbeiten im Bereich der 3D-MID Technologie geleistet, welche den dreidimensionalen Polymerspritzguss sowie die Laseroberflächenaktivierung und chemische Metallabscheidung beinhaltet. Des Weiteren wurden Bestückungs- und Lötprozesse für die dreidimensionale Applikation von elektronischen und mikromechatronischen Bauelementen realisiert.

Ein weiterer Schwerpunkt ist der Keramikspritzguss. Hierbei wurden Verfahren entwickelt, um Funktionskeramiken wie beispielsweise PZT, in nahezu beliebiger dreidimensionaler Struktur, z. B. für Sensoranwendungen, herstellen zu können.

Der vierte technologische Schwerpunkt ist der Bereich der Zuverlässigkeitsanalyse. Eine eingehende methodische Untersuchung der Zuverlässigkeit von Baugruppen ist bei der Entwicklung von neuen Fertigungstechnologien und dem Einsatz von neuartigen Materialien unabdingbar. Nur über diesen Weg lässt sich der Wert der gewonnenen Erkenntnisse abschätzen und der Weg einer weiteren Optimierung festlegen. Am Lehrstuhl Mikrosystemtechnik kommen dabei die Methoden der Umweltsimulation zum Einsatz. Dies beinhaltet ein breites Portfolio an unterschiedliche Prüfmethoden und –verfahren, wie zum Beispiel Temperaturschockverfahren, Klimalagerungen, Korrosions- und Delaminationstest sowie Vibrationstest mit verschiedenster Anregung. Damit lassen sich nahezu alle Umweltbedingungen effektiv nachbilden und ihr Einflüsse auf eine Baugruppe untersuchen.

Komponenten

Am Lehrstuhl Mikrosystemtechnik wurden verschiedene mikrotechnische Komponenten für systemische Anwendungen entwickelt. Beispiele sind verschiedene membranbasierte piezoresistive Sensoren, die als Kraft-, Druck- oder für die Vermessung von thermomechanischem Stress eingesetzt werden. Weiterhin wurden verschieden resonante Strukturen realisiert. Dabei ist in Bezug auf das hier beantragte Projekt besonders die Realisierung von PZT-Schichten auf Siliziumsubstraten mittels Schablonendruck und Elektrophorese und die im DFG SPP 1157 hergestellten hochtemperaturgeeigneten Resonatoren in Langasit zu benennen. Neben den Sensorkomponenten werden am Lehrstuhl auch schaltungstechnische Komponenten sowie Sensorelektronik entwickelt.

Systeme

Auf der Basis der entwickelten piezoresistiven Stresssensoren wurde ein Messsystem zur Charakterisierung von thermomechanischen Spannungen beim Chipaufbau entwickelt. Damit können Prozesse der Aufbau- und Verbindungstechnik objektiv in Bezug auf durch sie eingebrachte mechanische Belastungen auf das aktive Bauteil bewertet werden. Weiterhin wird für den Bereich Automotive gemeinsam mit Prof. Kasper (Institut für Mobile Systeme der Otto-von-Guericke-Universität Magdeburg) ein geregelter Gasfederdämpfer entwickelt, der durch ein piezoelektrisches Ventil gesteuert wird. Dieses piezoelektrische Ventil besteht aus einem am Lehrstuhl entwickelten spritzgegossenen dreidimensionalen Piezoelement als Antriebseinheit.