Passive Elemente

Mikrosystemtechnische Fertigungsverfahren erlauben es Geometrien im Mikrometerbereich sowie Toleranzen im Bereich von einigen 100 nm zu realisieren. Diese vergleichbar hohe Präzision im Vergleich zu konventionellen feinmechanischen Fertigungsverfahren kann auch im Einsatz für makroskopische Strukturen von Nutzen sein.

Hermetisches Packaging

Das hermetische Packaging wird zur Einkapselung von MEMS-Strukturen eingesetzt um diese vor der harschen äusseren Umgebung zu schützen und die Alterung des eingekapselten Sensor/Aktorelements zu reduzieren. Die Kavität wird typisch mit einem inerten Gas gefüllt (bspw. Stickstoff). Über entsprechende Messverfahren kann die Leckrate für das jeweilige Gas bestimmt werden und so eine Aussage über die theoretische Lebensdauer getätigt werden.

Aufbau

Die hermetisch abgedichtete Kavität befindet sich zwischen einemSiliziumsubstrat und einem Glassubstrat. In das Siliziumsubstrat wurden mittels Tiefenätzen (DRIE) Kavitäten und Durchführungen (Vias) geätzt. Die Kavität wurde durch einen thermo-kompressiven Niedertemperaturfügeprozess verschlossen. Hierzu wurden zwei dünne strukturierte Goldflächen aufeineander gepresst und bei einer Temperatur von 300 °C gefügt. Im selben Prozess wurden vertikale elektrische Durchführungen realisiert, die die Kontakte des Mäanders im Inneren der Kavität auf die Aussenseite des Devices führen.

Typische Kennwerte

  • Kontaktwiderstand der Vias:    0.4 ± 0.05 Ω
  • Standard Leckrate:    4.3E-10 atm cm3/s
  • Kavitätendimension:    10 x 10 mm
  • Kavitätentiefe:    200 µm
  • Viadurchmesser:    500 µm
  • Aspektverhältnis der Vias:    1
Hermetisches Package, bestehend aus einem DRIE geätzten Siliziumsubstrat und einem Glassubstrat verbunden durch Gold zu Gold thermo-kompressives Fügen. Sicht auf das Siliziumsubstrat.
REM-Aufnahme der vertikalen elektrischen Durchführung (Via)
Rückseite des Package, mit Sicht auf das Glassubstrat. Der Meander wrid über die Vias elektrisch kontaktiert.

Themoelektrische Generatoren

Thermoelektrische Generatoren (TEG) wandeln Wärme in elektrische Energie um. Sie werden zum Beispiel als Energiequellen für Sensoren an schwer zugänglichen Orten eingesetzt.

Aufbau

Ein TEG besteht aus vielen Thermoelementen, welche in Serie geschaltet sind. Dafür werden elektrisch leitfähige Materialien benötigt, die als Paar einen möglichst hohen thermoelektrischen Effekt aufweisen. Hier kommen unterschiedliche Metalle oder besser noch Halbleitermaterialien in Frage. Diese werden in eine Matrix eingebettet. Für einen TEG sollten dafür einfach strukturierbare Materialien mit niedrigen Wärmeleitkoeffizienten verwendet werden. Im Rahmen bisheriger Untersuchungen entschied man sich für SU8, FR4 und Polyimid.

Am MNT wurden verschiedene Abschlussarbeiten und Projekte zu TEGs durchgeführt.

Typische Kennwerte

  • Substratdicke:    0.2 – 0.51 mm
  • Substratgrösse:    bis 4“ quadratisch
  • Anzahl Thermoelemente:    bis zu 1300
  • Tmax:    200 °C
  • Pmax:    1000 µW 
FR4-TEG mit Packaging
Detailaufnahme des SU8-TEGs