Yapici, Süha Orcun (2009)
Entwickeln und Implementieren einer Kraft- und E-Modulmessung für Mikrostrukturen.
Technische Universität Darmstadt
Studienarbeit, Bibliographie
Kurzbeschreibung (Abstract)
Zusammenfassung:
Am Institut für Elektromechanische Konstruktionen besteht die Möglichkeit, die Auslenkung von Mikrostrukturen in Abhängigkeit von statischen und dynamischen Ansteuersignalen zu messen. Dieser Messplatz (Motion-Analyzer) wird im Rahmen dieser Arbeit um eine Kraft und E-Modulmessung erweitert und eine Abschätzung der Messunsicherheit durchgeführt.
Ausgehend von einer Literaturrecherche zu wissenschaftlichen und kommerziellen Messsystemen, werden verschiedene Messmethoden zur Bestimmung des E-Moduls eingeholt. Durch einen Vergleich auf funktioneller Ebene mit Kraftmessmethoden werden die Gemeinsamkeiten von Kraft- und E-Modulmessungen aufgezeigt. Davon ausgehend wird ein Messkonzept entwickelt, mit dem eine Kraft-Weg-Kennlinie von Mikrostrukturen aufgenommen werden kann.
Durch diese Kennlinie werden sowohl Mikroaktoren mechanisch charakterisiert, als auch das E-Modul von Mikrostrukturen durch eine Zwei-Punkt-Messung bestimmt.
Das entwickelte Messkonzept basiert auf einem am Rand des Motion-Analyzers fixierten Tastarm. Dieser setzt sich aus einem Biegebalken-Kraftsensor und einer angebrachten Tastspitze zusammen. Mit der Tastspitze wird die vom Prüfling ausgehende Kraft erfasst. Das Messsystem ist für Maximalkräfte von 1N ausgelegt. Um Prüflinge auf unterschiedlichen Waferdicken vermessen zu können, wird der Tastarm mit einer Höhenpositionierung ausgestattet. Dadurch kann der Tastarm in einem Höhenbereich von 6mm verstellt werden.
Es können Prüflinge aus allen möglichen Festkörpermaterialien gemessen werden. Erste Messungen zur Bestimmung des E-Moduls von SU-8 werden an 10mm langen Mikrobiegebalken durchgeführt und mit den Ergebnissen aus FEM-Simulationen verglichen. Für das gemessene SU-8 wird ein E-Modul von 2,53GPa bestimmt. Um eine Aussage über die Qualität der Messergebnisse zu machen, wird die Messunsicherheit des entwickelten Messsystems abgeschätzt.
Für Kraft- und E-Modulmessung wird der reduzierte Fehler bestimmt. Er liegt für Kraftmessungen bei f-Kraft = 0,69%. Bei der E-Modulmessung beträgt der Fehler f-E-Modul = 6,38%, dessen Großteil aus der geometrisch ungenauen Prozessierung des Prüflings stammt.
| Typ des Eintrags: | Studienarbeit |
|---|---|
| Erschienen: | 2009 |
| Autor(en): | Yapici, Süha Orcun |
| Art des Eintrags: | Bibliographie |
| Titel: | Entwickeln und Implementieren einer Kraft- und E-Modulmessung für Mikrostrukturen |
| Sprache: | Deutsch |
| Referenten: | Staab, Dipl.-Ing. Matthias ; Schlaak, Prof. Dr.- Helmut Friedrich |
| Publikationsjahr: | 3 April 2009 |
| Zugehörige Links: | |
| Kurzbeschreibung (Abstract): | Zusammenfassung: Am Institut für Elektromechanische Konstruktionen besteht die Möglichkeit, die Auslenkung von Mikrostrukturen in Abhängigkeit von statischen und dynamischen Ansteuersignalen zu messen. Dieser Messplatz (Motion-Analyzer) wird im Rahmen dieser Arbeit um eine Kraft und E-Modulmessung erweitert und eine Abschätzung der Messunsicherheit durchgeführt. Ausgehend von einer Literaturrecherche zu wissenschaftlichen und kommerziellen Messsystemen, werden verschiedene Messmethoden zur Bestimmung des E-Moduls eingeholt. Durch einen Vergleich auf funktioneller Ebene mit Kraftmessmethoden werden die Gemeinsamkeiten von Kraft- und E-Modulmessungen aufgezeigt. Davon ausgehend wird ein Messkonzept entwickelt, mit dem eine Kraft-Weg-Kennlinie von Mikrostrukturen aufgenommen werden kann. Durch diese Kennlinie werden sowohl Mikroaktoren mechanisch charakterisiert, als auch das E-Modul von Mikrostrukturen durch eine Zwei-Punkt-Messung bestimmt. Das entwickelte Messkonzept basiert auf einem am Rand des Motion-Analyzers fixierten Tastarm. Dieser setzt sich aus einem Biegebalken-Kraftsensor und einer angebrachten Tastspitze zusammen. Mit der Tastspitze wird die vom Prüfling ausgehende Kraft erfasst. Das Messsystem ist für Maximalkräfte von 1N ausgelegt. Um Prüflinge auf unterschiedlichen Waferdicken vermessen zu können, wird der Tastarm mit einer Höhenpositionierung ausgestattet. Dadurch kann der Tastarm in einem Höhenbereich von 6mm verstellt werden. Es können Prüflinge aus allen möglichen Festkörpermaterialien gemessen werden. Erste Messungen zur Bestimmung des E-Moduls von SU-8 werden an 10mm langen Mikrobiegebalken durchgeführt und mit den Ergebnissen aus FEM-Simulationen verglichen. Für das gemessene SU-8 wird ein E-Modul von 2,53GPa bestimmt. Um eine Aussage über die Qualität der Messergebnisse zu machen, wird die Messunsicherheit des entwickelten Messsystems abgeschätzt. Für Kraft- und E-Modulmessung wird der reduzierte Fehler bestimmt. Er liegt für Kraftmessungen bei f-Kraft = 0,69%. Bei der E-Modulmessung beträgt der Fehler f-E-Modul = 6,38%, dessen Großteil aus der geometrisch ungenauen Prozessierung des Prüflings stammt. |
| Freie Schlagworte: | Elektromechanische Konstruktionen, Mikro- und Feinwerktechnik, Elastizitätsmodul Messung, Kraftmessung statisch, Kraft-Weg Kennlinie, Mikrostruktur, Motion-Analyzer |
| ID-Nummer: | 17/24 EMKS 1699 |
| Zusätzliche Informationen: | EMK-spezifische Daten: Lagerort Dokument: Archiv EMK, Kontakt über Sekretariate, Bibliotheks-Sigel: 17/24 EMKS 1699 Art der Arbeit: Studienarbeit Beginn Datum: 20-10-2008 Ende Datum: 03-04-2009 Querverweis: 17/24 EMKS 1635 Studiengang: Elektrotechnik und Informationstechnik (ETiT) Vertiefungsrichtung: Mikro- und Feinwerktechnik (MFT) Abschluss: Diplom (MFT) |
| Fachbereich(e)/-gebiet(e): | 18 Fachbereich Elektrotechnik und Informationstechnik 18 Fachbereich Elektrotechnik und Informationstechnik > Institut für Elektromechanische Konstruktionen (aufgelöst 18.12.2018) 18 Fachbereich Elektrotechnik und Informationstechnik > Mikrotechnik und Elektromechanische Systeme |
| Hinterlegungsdatum: | 05 Sep 2011 14:00 |
| Letzte Änderung: | 05 Mär 2013 09:53 |
| PPN: | |
| Referenten: | Staab, Dipl.-Ing. Matthias ; Schlaak, Prof. Dr.- Helmut Friedrich |
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