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Vergleich von Gehäusungen für Mikrorelais im Hinblick auf Kosten und Langzeitstabilität

Yang, Yu (2009):
Vergleich von Gehäusungen für Mikrorelais im Hinblick auf Kosten und Langzeitstabilität.
Technische Universität Darmstadt, [Seminar paper (Midterm)]

Abstract

Zusammenfassung:

Die vorliegende Studienarbeit beschäftigt sich mit der Gehäusung eines bistabilen Mikroaktorsystems (6, 4×3, 8×0,2 mm3), das bereits auf FR4-Substrat prozessiert ist. Drei wesentliche Anforderungen müssen für die Gehäusung erfüllt werden: geringe Kosten, hohe Langzeitstabilität und Kompatibilität zu Einzel- und Matrixanordnung des Aktorsystems.

Vergleicht man die veröffentlichten Gehäusungskonzepte und betrachtet ihre Vorteile und Nachteile zeigt sich, dass Wafer-Level-Packaging für MEMS (Mikro-Elektro-Mechanische-Systeme), die bewegliche Bauelemente enthalten, eine höhere Langzeitstabilität und geringere Kosten als Chip-Level-Packaging oder Multichip-Level-Packaging aufweist. Deswegen wird es bei der in dieser Studienarbeit entwickelten Gehäusung zu Grunde gelegt.

Um die Gehäusung durchzuführen, muss das Thema in vier Teilaufgaben zerlegt werden: Material, Konstruktion, Fertigungstechnologie und Verbindungstechnologie. Im Rahmen der Studienarbeit erweist sich die folgende Lösung am aussichtsreichsten: Das gefräste FR4-Gehäuse (8,4 × 5,8 × 1,5 mm3, Kavitäthöhe mit 0,25 mm) wird durch den Epoxyklebstoff (DELO MK055) mit dem Substrat verbunden, was geringe Kosten und hohe Langzeitstabilität garantiert.

Um die Langzeitstabilität der Gehäusung zu prüfen, werden statische mechanische und thermische Simulationen für die Aktoreinzelanordnung in ProE Mechanica durchgeführt. Die Simulationsergebnisse zeigen, dass die von-Mises-Spannungen der Klebschicht im oben dargestellten Aufbau bei 105 Celsius Grad ca. 30 MPa (Zugfestigkeit von MK 055: 50 MPa) erreichen. Die thermische Stabilität ist dagegen schon bei 35 Celsius Grad nicht mehr gegeben, wenn Leiterbahnen durch die Gehäuseseitenwände geführt werden.

Die Gehäusungskomponenten bestehen hauptsächlich aus Kunststoff. Trotz der nicht hermetischen Eigenschaften kann durch einen eingesetzten Getter oder eingeschlossenes SF6-Gas in der Kavität Feuchtigkeit reduziert werden.

Simulationen für die Matrixanordnung stehen noch aus. Dynamische Analysen und Ermüdungsanalysen sind ratsam durchzuführen, um die Lebensdauer der Gehäusungskomponenten noch genauer abzuschätzen.

Item Type: Seminar paper (Midterm)
Erschienen: 2009
Creators: Yang, Yu
Title: Vergleich von Gehäusungen für Mikrorelais im Hinblick auf Kosten und Langzeitstabilität
Language: German
Abstract:

Zusammenfassung:

Die vorliegende Studienarbeit beschäftigt sich mit der Gehäusung eines bistabilen Mikroaktorsystems (6, 4×3, 8×0,2 mm3), das bereits auf FR4-Substrat prozessiert ist. Drei wesentliche Anforderungen müssen für die Gehäusung erfüllt werden: geringe Kosten, hohe Langzeitstabilität und Kompatibilität zu Einzel- und Matrixanordnung des Aktorsystems.

Vergleicht man die veröffentlichten Gehäusungskonzepte und betrachtet ihre Vorteile und Nachteile zeigt sich, dass Wafer-Level-Packaging für MEMS (Mikro-Elektro-Mechanische-Systeme), die bewegliche Bauelemente enthalten, eine höhere Langzeitstabilität und geringere Kosten als Chip-Level-Packaging oder Multichip-Level-Packaging aufweist. Deswegen wird es bei der in dieser Studienarbeit entwickelten Gehäusung zu Grunde gelegt.

Um die Gehäusung durchzuführen, muss das Thema in vier Teilaufgaben zerlegt werden: Material, Konstruktion, Fertigungstechnologie und Verbindungstechnologie. Im Rahmen der Studienarbeit erweist sich die folgende Lösung am aussichtsreichsten: Das gefräste FR4-Gehäuse (8,4 × 5,8 × 1,5 mm3, Kavitäthöhe mit 0,25 mm) wird durch den Epoxyklebstoff (DELO MK055) mit dem Substrat verbunden, was geringe Kosten und hohe Langzeitstabilität garantiert.

Um die Langzeitstabilität der Gehäusung zu prüfen, werden statische mechanische und thermische Simulationen für die Aktoreinzelanordnung in ProE Mechanica durchgeführt. Die Simulationsergebnisse zeigen, dass die von-Mises-Spannungen der Klebschicht im oben dargestellten Aufbau bei 105 Celsius Grad ca. 30 MPa (Zugfestigkeit von MK 055: 50 MPa) erreichen. Die thermische Stabilität ist dagegen schon bei 35 Celsius Grad nicht mehr gegeben, wenn Leiterbahnen durch die Gehäuseseitenwände geführt werden.

Die Gehäusungskomponenten bestehen hauptsächlich aus Kunststoff. Trotz der nicht hermetischen Eigenschaften kann durch einen eingesetzten Getter oder eingeschlossenes SF6-Gas in der Kavität Feuchtigkeit reduziert werden.

Simulationen für die Matrixanordnung stehen noch aus. Dynamische Analysen und Ermüdungsanalysen sind ratsam durchzuführen, um die Lebensdauer der Gehäusungskomponenten noch genauer abzuschätzen.

Uncontrolled Keywords: Elektromechanische Konstruktionen, Mikro- und Feinwerktechnik, Gehäusung Mikrorelais, Kostenschätzung, Langzeitstabilität, ProE Mechanika
Divisions: 18 Department of Electrical Engineering and Information Technology
18 Department of Electrical Engineering and Information Technology > Institute for Electromechanical Design
18 Department of Electrical Engineering and Information Technology > Institute for Electromechanical Design > Microtechnology and Electromechanical Systems
Date Deposited: 05 Sep 2011 14:03
Additional Information:

EMK-spezifische Daten:

Lagerort Dokument: Archiv EMK, Kontakt über Sekretariate,

Bibliotheks-Sigel: 17/24 EMKS 1719

Art der Arbeit: Studienarbeit

Beginn Datum: 28-04-2009

Ende Datum: 05-10-2009

Querverweis: keiner

Studiengang: Elektrotechnik und Informationstechnik (ETiT)

Vertiefungsrichtung: Mikro- und Feinwerktechnik (MFT)

Abschluss: Diplom (MFT)

Identification Number: 17/24 EMKS 1719
Referees: Staab, Dipl.-Ing. Matthias and Schlaak, Prof. Dr.- Helmut Friedrich
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