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Experimentelle Untersuchungen zur Bestimmung des Übertragungsverhaltens eines neuartigen Hochdruckmeßelementes

Volland, Karsten (2002):
Experimentelle Untersuchungen zur Bestimmung des Übertragungsverhaltens eines neuartigen Hochdruckmeßelementes.
Technische Universität Darmstadt, [Seminar paper (Midterm)]

Abstract

Zusammenfassung:

In der hier vorliegenden Arbeit wird das statische Übertragungsverhalten von neuartigen piezoresistiven Silizium-Hochdruckmeßelementen bei der Montage mit unterschiedlichen Klebstoffen untersucht. Die neuartigen Meßelemente bestehen aus zwei Materialien, einem unabgedünnten Siliziumchip und einem Borosilikatglasträger. Durch die unterschiedlichen mechanischen Eigenschaften der beiden Materialien treten bei allseitiger Druckbeanspruchung mechanische Spannungen in der Verbindungsfläche der beiden Materialien auf. Diese bewirken aufgrund des piezoresistiven Effektes eine Widerstandsänderung der in die Oberfläche implantierten Halbleiterwiderstände. In dieser Arbeit werden drei verschiedene Varianten eines neuartigen piezoresistiven Silizium-Meßelementes untersucht.

Zum Aufbau der Muster wurden ein elastomerer Klebstoff und zwei harte Klebstoffe, ein Wachs und ein Epoxydharz verwendet. Die Untersuchung erfolgte mit einem Meßprogramm, das aus drei Teilen besteht. Im ersten Teil wird der Druck drei mal in Folge in 50 % Schritten bis auf Nenndruck erhöht, im zweiten Teil wird der Druck vier mal in Folge in 10 % Schritten bis auf Nenndruck erhöht. Abschließend wird noch ein Langzeitversuch durchgeführt, bei dem der Druck jeweils eine Stunde bei Nenndruck und bei Nullbelastung gehalten wird.

Anhand der Ergebnissen wird deutlich, daß die Grundvariante bestehend aus einem unabgedünnten Silizium-Chip und einem Borosilikatglasträger den geringsten Übertragungsfaktor im Vergleich zu den anderen untersuchten Varianten hat, wobei die Verwendung unterschiedlicher Klebstoffe sich nur gering auf diesen auswirkt. Die Meßelemente der zweiten Variante mit einem durchgebohrten Träger zeigen eine deutliche Erhöhung des Übertragungsfakors im Vergleich zur Grundvariante. Die Muster der zweiten Variante zeigen bei Verwendung eines weichen Klebstoffes im Vergleich zu den hart geklebten einen deutlich kleineren Übertragungsfaktor. Das Verhalten der Meßelemente der Variante mit einem abgedünnten Silizium-Chip (Plattendicke = 375µm) und einem durchgebohrten Träger, liegen um eine Größenordnung höher als die Ergebnisse der vorherigen Varianten.

Item Type: Seminar paper (Midterm)
Erschienen: 2002
Creators: Volland, Karsten
Title: Experimentelle Untersuchungen zur Bestimmung des Übertragungsverhaltens eines neuartigen Hochdruckmeßelementes
Language: German
Abstract:

Zusammenfassung:

In der hier vorliegenden Arbeit wird das statische Übertragungsverhalten von neuartigen piezoresistiven Silizium-Hochdruckmeßelementen bei der Montage mit unterschiedlichen Klebstoffen untersucht. Die neuartigen Meßelemente bestehen aus zwei Materialien, einem unabgedünnten Siliziumchip und einem Borosilikatglasträger. Durch die unterschiedlichen mechanischen Eigenschaften der beiden Materialien treten bei allseitiger Druckbeanspruchung mechanische Spannungen in der Verbindungsfläche der beiden Materialien auf. Diese bewirken aufgrund des piezoresistiven Effektes eine Widerstandsänderung der in die Oberfläche implantierten Halbleiterwiderstände. In dieser Arbeit werden drei verschiedene Varianten eines neuartigen piezoresistiven Silizium-Meßelementes untersucht.

Zum Aufbau der Muster wurden ein elastomerer Klebstoff und zwei harte Klebstoffe, ein Wachs und ein Epoxydharz verwendet. Die Untersuchung erfolgte mit einem Meßprogramm, das aus drei Teilen besteht. Im ersten Teil wird der Druck drei mal in Folge in 50 % Schritten bis auf Nenndruck erhöht, im zweiten Teil wird der Druck vier mal in Folge in 10 % Schritten bis auf Nenndruck erhöht. Abschließend wird noch ein Langzeitversuch durchgeführt, bei dem der Druck jeweils eine Stunde bei Nenndruck und bei Nullbelastung gehalten wird.

Anhand der Ergebnissen wird deutlich, daß die Grundvariante bestehend aus einem unabgedünnten Silizium-Chip und einem Borosilikatglasträger den geringsten Übertragungsfaktor im Vergleich zu den anderen untersuchten Varianten hat, wobei die Verwendung unterschiedlicher Klebstoffe sich nur gering auf diesen auswirkt. Die Meßelemente der zweiten Variante mit einem durchgebohrten Träger zeigen eine deutliche Erhöhung des Übertragungsfakors im Vergleich zur Grundvariante. Die Muster der zweiten Variante zeigen bei Verwendung eines weichen Klebstoffes im Vergleich zu den hart geklebten einen deutlich kleineren Übertragungsfaktor. Das Verhalten der Meßelemente der Variante mit einem abgedünnten Silizium-Chip (Plattendicke = 375µm) und einem durchgebohrten Träger, liegen um eine Größenordnung höher als die Ergebnisse der vorherigen Varianten.

Uncontrolled Keywords: Elektromechanische Konstruktionen, Mikro- und Feinwerktechnik, Drucksensor Bauformen, Klebstoffauswahl, Übertragungsfunktion, Übertragungsverhalten statisch
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 > Measurement and Sensor Technology
Date Deposited: 31 Aug 2011 10:04
Additional Information:

EMK-spezifische Daten:

Lagerort Dokument: Archiv EMK, Kontakt über Sekretariate,

Bibliotheks-Sigel: 17/24 EMKS 1501

Art der Arbeit: Studienarbeit

Beginn Datum: 21-01-2002

Ende Datum: 30-07-2002

Querverweis: 17/24 EMKS 1515

Studiengang: Elektrotechnik und Informationstechnik (ETiT)

Vertiefungsrichtung: Mikro- und Feinwerktechnik (MFT)

Abschluss: Diplom (MFT)

Identification Number: 17/24 EMKS 1501
Referees: Stavroulis, Dipl.-Ing. Stefanos and Werthschützky, Prof. Dr.- Roland
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