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Optimierung einer mikrotechnisch gefertigten abstimmbaren Filterkomponente und Integration in einen Standard-WR10-Hohlwellenleiter

Dassinger, Florian (2010):
Optimierung einer mikrotechnisch gefertigten abstimmbaren Filterkomponente und Integration in einen Standard-WR10-Hohlwellenleiter.
Technische Universität Darmstadt, [Diploma Thesis or Magisterarbeit]

Abstract

Zusammenfassung:

Ziel dieser Diplomarbeit ist die Optimierung und Fertigung einer Filterkomponente für Hohlwellenleiter. Es handelt sich dabei um einen neuartigen Ansatz, der auf seine Machbarkeit untersucht werden soll. Mit Hilfe von zwei beweglichen Blenden, die in einen Hohlleiter verfahren werden, wird ein abstimmbarer Irisfilter realisiert. Die Bewegung der Blenden erfolgt über zwei thermische Kniehebelaktoren. Als Funktionswerkstoff dient der Photoresist SU-8. Das Einsatzgebiet des Filters sind standardisierte WR-10 Rechteck-Hohlwellenleiter mit einer Größe von 2,54 mm x 1,27 mm. Diese finden bei der Übertragung des sogenannten W-Bands von 75 GHz bis 110 GHz Anwendung. Die Filterfrequenz hängt direkt von der Position der Blenden ab. Um eine reproduzierbare Positionierung zu gewährleisten, wird eine thermische Regelung eingesetzt. Aufgrund der Linearität der thermischen Ausdehnung, kann über die Temperatur der Aktoren die Position der Blende eingestellt werden. Für die Beheizung der Kniehebelaktoren werden mehrere elektrothermische Wandlungsprinzipien verglichen. Der Einsatz eines selbst gefertigten Heizmäanders aus Nickel erweist sich dabei als vorteilhaft. Er kann in den mikrotechnischen Fertigungsprozess integriert- und dadurch nahe am Aktor platziert werden. Für die praktische Umsetzung der Filterkomponente werden im Rahmen dieser Arbeit zwei vollständige Maskensätze entworfen und drei prozessiert. Die endgültige Version des Filters wird in zwei UV-Lithografie (UV-LiG)- und einem SU-8 Dickschichtprozess gefertigt. In Prozess 1 werden auf dem FR-4 Substrat galvanisch die Nickelheizmäander abgeschieden. Über diese wird in Prozess 2 eine Opferschicht aus Kupfer galvanisch strukturiert. Im Prozess 3 werden schließlich die 1,27 mm hohen SU-8 Strukturen hergestellt. Dies ist jedoch, aufgrund der filigranen Wandelemente, mit einem konventionellen SU-8 Prozess nicht möglich. Die Kniehebelaktoren und Wandelemente werden daher getrennt voneinander prozessiert und anschließend mit Hilfe eines Steck-Prinzips zusammengefügt. Die Optimierung und Fertigung der Filterkomponente ist somit vollständig abgeschlossen. Für die Integration in einen WR-10 Hohlwellenleiter wird eine Einspannvorrichtung entworfen und in der Werkstatt des Instituts EMK gefertigt. Eine Charakterisierung des Filters steht noch aus.

Item Type: Diploma Thesis or Magisterarbeit
Erschienen: 2010
Creators: Dassinger, Florian
Title: Optimierung einer mikrotechnisch gefertigten abstimmbaren Filterkomponente und Integration in einen Standard-WR10-Hohlwellenleiter
Language: German
Abstract:

Zusammenfassung:

Ziel dieser Diplomarbeit ist die Optimierung und Fertigung einer Filterkomponente für Hohlwellenleiter. Es handelt sich dabei um einen neuartigen Ansatz, der auf seine Machbarkeit untersucht werden soll. Mit Hilfe von zwei beweglichen Blenden, die in einen Hohlleiter verfahren werden, wird ein abstimmbarer Irisfilter realisiert. Die Bewegung der Blenden erfolgt über zwei thermische Kniehebelaktoren. Als Funktionswerkstoff dient der Photoresist SU-8. Das Einsatzgebiet des Filters sind standardisierte WR-10 Rechteck-Hohlwellenleiter mit einer Größe von 2,54 mm x 1,27 mm. Diese finden bei der Übertragung des sogenannten W-Bands von 75 GHz bis 110 GHz Anwendung. Die Filterfrequenz hängt direkt von der Position der Blenden ab. Um eine reproduzierbare Positionierung zu gewährleisten, wird eine thermische Regelung eingesetzt. Aufgrund der Linearität der thermischen Ausdehnung, kann über die Temperatur der Aktoren die Position der Blende eingestellt werden. Für die Beheizung der Kniehebelaktoren werden mehrere elektrothermische Wandlungsprinzipien verglichen. Der Einsatz eines selbst gefertigten Heizmäanders aus Nickel erweist sich dabei als vorteilhaft. Er kann in den mikrotechnischen Fertigungsprozess integriert- und dadurch nahe am Aktor platziert werden. Für die praktische Umsetzung der Filterkomponente werden im Rahmen dieser Arbeit zwei vollständige Maskensätze entworfen und drei prozessiert. Die endgültige Version des Filters wird in zwei UV-Lithografie (UV-LiG)- und einem SU-8 Dickschichtprozess gefertigt. In Prozess 1 werden auf dem FR-4 Substrat galvanisch die Nickelheizmäander abgeschieden. Über diese wird in Prozess 2 eine Opferschicht aus Kupfer galvanisch strukturiert. Im Prozess 3 werden schließlich die 1,27 mm hohen SU-8 Strukturen hergestellt. Dies ist jedoch, aufgrund der filigranen Wandelemente, mit einem konventionellen SU-8 Prozess nicht möglich. Die Kniehebelaktoren und Wandelemente werden daher getrennt voneinander prozessiert und anschließend mit Hilfe eines Steck-Prinzips zusammengefügt. Die Optimierung und Fertigung der Filterkomponente ist somit vollständig abgeschlossen. Für die Integration in einen WR-10 Hohlwellenleiter wird eine Einspannvorrichtung entworfen und in der Werkstatt des Instituts EMK gefertigt. Eine Charakterisierung des Filters steht noch aus.

Uncontrolled Keywords: Elektromechanische Konstruktionen, Mikro- und Feinwerktechnik, Aktor elektrothermisch, Hochfrequenzfilter, Hohlwellenleiter, Mikroelektromechanische Systeme MEMS, SU-8
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: 31 Aug 2011 10:23
Additional Information:

EMK-spezifische Daten:

Lagerort Dokument: Archiv EMK, Kontakt über Sekretariate,

Bibliotheks-Sigel: 17/24 EMKD 1749

Art der Arbeit: Diplomarbeit

Beginn Datum: 01-06-2010

Ende Datum: 30-11-2010

Querverweis: keiner

Studiengang: Elektrotechnik und Informationstechnik (ETiT)

Vertiefungsrichtung: Mikro- und Feinwerktechnik (MFT)

Abschluss: Diplom (MFT)

Identification Number: 17/24 EMKD 1749
Referees: Kohlstedt, Dipl. Phys Anika and Schlaak, Prof. Dr.- Helmut Friedrich
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