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Mikrospritzguss für thermisch robuste MEMS

Bauteile in der Mikroelektronik und in MEMS sind immer höheren mechanischen und thermischen Belastungen ausgesetzt. Ein Gemeinschaftsprojekt untersuchte Möglichkeiten, wie Mikrobauteile aus Kunststoff den Einsatz von MEMS erweitern können.

Bild 1. Sensorstrukturen für Neigung und Beschleunigung

Hochwertige Maschinen und Anlagen arbeiten oft mit auf den jeweiligen Anwendungsfall zugeschnittenen Sensoren, unter anderem mit Beschleunigungs- und Neigungssensoren. Diese Sensoren besitzen elastisch gelagerte Kammstrukturen mit sehr feinen Spalten (Bild 1). Die Spaltmaße ändern sich durch die Gewichtskraft (Neigungssensor) oder bei Beschleunigung infolge von Trägheit (Beschleunigungssensor). Ausgewertet wird eine derartige Änderung über die Kapazität. Diese siliziumbasierten Sensoren werden oft direkt auf die Leiterplatte geklebt. Die sehr unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten α der Werk- stoffe generieren bei Temperaturänderungen thermomechanischen Stress und damit eine Verschiebung der Strukturen. Dadurch driften die Messwerte, oder es kommt sogar zu einem Systemausfall. Typische Werte
für α liegen bei: 3E-6 K-1 für Silizium, 7E-6 K-1 für Keramik und (15-17)E-6 K-1 für Harze, Klebmaterial und Leiterplattenwerkstoffe.

 

Spritzgegossener Smart Interposer
Der Beitrag stellt den Entwurf und die Fertigung eines spritzgegossenen Mikroformteils (›Smart Interposer‹) vor, welches die resultierenden thermomechanischen Belastungen der durchschnittlichen α-Werte am mikromechanischen Siliziumsensor ›auffängt‹ und eliminiert und damit Messfehler und ein Versagen vermeidet. Eine derartige Smart-Interposer-Lösung zur Reduzierung thermomechanischer Spannungen in MEMS beschäftigt sich mit einer aktuellen und technisch wichtigen Problemstellung der Aufbau- und Verbindungstechnik (AVT, englisch: Packaging). Trotz vielfältiger Entwicklungsaktivitäten existierte bisher keine Lösung, um die Deformationen im Sensorelement ohne Baseplate zu vermeiden [1]. Das Formteil ist
für das Mikrospritzgießen konzipiert, zum einen weil als Werkstoff Kunststoff eingesetzt werden soll, zum anderen aufgrund der Freiheiten in der geometrischen Gestaltung sowie der zu erwartenden hohen Stück-zahlen. [...]

 

Hersteller:
Kunststoff-Zentrum in Leipzig GmbH
04229 Leipzig
Tel. +49 341 4941-0
Fax +49 341 4941-555
www.kuz-leipzig.de

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