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Vergleich von Gehäusungen für Mikrorelais im Hinblick auf Kosten und Langzeitstabilität

Yang, Yu :
Vergleich von Gehäusungen für Mikrorelais im Hinblick auf Kosten und Langzeitstabilität.
Technische Universität Darmstadt
[Haus-, Projekt- oder Studienarbeit], (2009)

Kurzbeschreibung (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.

Typ des Eintrags: Haus-, Projekt- oder Studienarbeit
Erschienen: 2009
Autor(en): Yang, Yu
Titel: Vergleich von Gehäusungen für Mikrorelais im Hinblick auf Kosten und Langzeitstabilität
Sprache: Deutsch
Kurzbeschreibung (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.

Freie Schlagworte: Elektromechanische Konstruktionen, Mikro- und Feinwerktechnik, Gehäusung Mikrorelais, Kostenschätzung, Langzeitstabilität, ProE Mechanika
Fachbereich(e)/-gebiet(e): Fachbereich Elektrotechnik und Informationstechnik
Fachbereich Elektrotechnik und Informationstechnik > Institut für Elektromechanische Konstruktionen
Fachbereich Elektrotechnik und Informationstechnik > Institut für Elektromechanische Konstruktionen > Mikrotechnik und Elektromechanische Systeme
Hinterlegungsdatum: 05 Sep 2011 14:03
Zusätzliche Informationen:

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)

ID-Nummer: 17/24 EMKS 1719
Gutachter / Prüfer: Staab, Dipl.-Ing. Matthias ; Schlaak, Prof. Dr.- Helmut Friedrich
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