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Software zum Entwurf von Silizium Chips für piezoresistive Druckmeßelemente

Naß, Thorsten (2003):
Software zum Entwurf von Silizium Chips für piezoresistive Druckmeßelemente.
Technische Universität Darmstadt, [Seminar paper (Midterm)]

Abstract

Zusammenfassung:

Die Aufgabe dieser Studienarbeit ist die Entwicklung einer Software, die dem Entwicklungs-Ingenieur sowohl bei der Durchführung des Entwurfs von piezoresistiven Silizium-Druckmesselementen, als auch bei deren Auswertung unterstützen soll. Der Entwurf soll mit Hilfe analytischer Ansätze (Grobentwurf) und mit FEM-Simulationen (Feinentwurf) durchführbar sein. Anhand der Auswertung der Entwurfsergebnisse soll eine Aussage über das statische Übertragungsverhalten des entworfenen Silizium-Chips getroffen werden.

Der Entwurfsprozess wird dabei in drei Schritten realisiert.

1. Bestimmung und Darstellung der Durchbiegung und der mechanischen Spannungen der Druckmessplatte,

2. Bestimmung und Darstellung der relativen Widerstandsänderungen der dotierten Halbleiterwiderstände und

3. Bestimmung und Darstellung des Ausgangsverhaltens des Druckmesselements.

Zur Durchführung des Entwurfsprozesses werden bei der entwickelten Software sowohl in der Praxis eingesetzte analytische Ansätze, als auch FEM- Simulationsergebnisse, aus einer vorangegangenen Studienarbeit, verwendet.

Mit den verwendeten analytischen Ansätzen können die Durchbiegung und die mechanischen Spannungen einer runden, quadratischen und rechteckigen festeingespannten Druckmessplatte bestimmt werden. Zur Überprüfung der Genauigkeit der verwendeten analytischen Ansätze besteht die Möglichkeit, die damit erzielten Entwurfsergebnisse mit denen, welche mit den FEM-Simulationsergebnissen erreicht werden, zu vergleichen. Als Ergebnisse des Entwurfsprozesses können die Verläufe der Durchbiegung bzw. der mechanischen Spannungen sowie die Verläufe der relativen Widerstandsänderungen der dotierten Halbleiterwiderständen und die Ausgangsspannung des entworfenen Druckmesselements betrachtet werden. Anhand des Ausgangsverhaltens ist eine Aussage über das statische Übertragungsverhalten möglich.

Ein neuer Aspekt, der in dieser Arbeit untersucht wurde, betrifft die Bestimmungsmöglichkeit des optimalen Chipdesigns für ein vorgegebenes statisches Übertragungsverhalten. Diesbezüglich wurde ein Verfahren implementiert, welches für einen vorgegebenen Druckmesselement-Entwurf, durch Variation von Entwurfsparametern, dasjenige Chipdesign ermittelt, welches das geforderte statische Übertragungsverhalten optimal erfüllt.

Zur Vereinfachung der Durchführung von FEM-Simulationen mit dem Programm ANSYS wurde eine Eingabemaske entwickelt, mit der eine ANSYS-Simulationsdatei erzeugt werden kann. Mit dieser können FEM-Simulationen für eine quadratische Druckmessplatte durchgeführt werden.

Item Type: Seminar paper (Midterm)
Erschienen: 2003
Creators: Naß, Thorsten
Title: Software zum Entwurf von Silizium Chips für piezoresistive Druckmeßelemente
Language: German
Abstract:

Zusammenfassung:

Die Aufgabe dieser Studienarbeit ist die Entwicklung einer Software, die dem Entwicklungs-Ingenieur sowohl bei der Durchführung des Entwurfs von piezoresistiven Silizium-Druckmesselementen, als auch bei deren Auswertung unterstützen soll. Der Entwurf soll mit Hilfe analytischer Ansätze (Grobentwurf) und mit FEM-Simulationen (Feinentwurf) durchführbar sein. Anhand der Auswertung der Entwurfsergebnisse soll eine Aussage über das statische Übertragungsverhalten des entworfenen Silizium-Chips getroffen werden.

Der Entwurfsprozess wird dabei in drei Schritten realisiert.

1. Bestimmung und Darstellung der Durchbiegung und der mechanischen Spannungen der Druckmessplatte,

2. Bestimmung und Darstellung der relativen Widerstandsänderungen der dotierten Halbleiterwiderstände und

3. Bestimmung und Darstellung des Ausgangsverhaltens des Druckmesselements.

Zur Durchführung des Entwurfsprozesses werden bei der entwickelten Software sowohl in der Praxis eingesetzte analytische Ansätze, als auch FEM- Simulationsergebnisse, aus einer vorangegangenen Studienarbeit, verwendet.

Mit den verwendeten analytischen Ansätzen können die Durchbiegung und die mechanischen Spannungen einer runden, quadratischen und rechteckigen festeingespannten Druckmessplatte bestimmt werden. Zur Überprüfung der Genauigkeit der verwendeten analytischen Ansätze besteht die Möglichkeit, die damit erzielten Entwurfsergebnisse mit denen, welche mit den FEM-Simulationsergebnissen erreicht werden, zu vergleichen. Als Ergebnisse des Entwurfsprozesses können die Verläufe der Durchbiegung bzw. der mechanischen Spannungen sowie die Verläufe der relativen Widerstandsänderungen der dotierten Halbleiterwiderständen und die Ausgangsspannung des entworfenen Druckmesselements betrachtet werden. Anhand des Ausgangsverhaltens ist eine Aussage über das statische Übertragungsverhalten möglich.

Ein neuer Aspekt, der in dieser Arbeit untersucht wurde, betrifft die Bestimmungsmöglichkeit des optimalen Chipdesigns für ein vorgegebenes statisches Übertragungsverhalten. Diesbezüglich wurde ein Verfahren implementiert, welches für einen vorgegebenen Druckmesselement-Entwurf, durch Variation von Entwurfsparametern, dasjenige Chipdesign ermittelt, welches das geforderte statische Übertragungsverhalten optimal erfüllt.

Zur Vereinfachung der Durchführung von FEM-Simulationen mit dem Programm ANSYS wurde eine Eingabemaske entwickelt, mit der eine ANSYS-Simulationsdatei erzeugt werden kann. Mit dieser können FEM-Simulationen für eine quadratische Druckmessplatte durchgeführt werden.

Uncontrolled Keywords: Elektromechanische Konstruktionen, Mikro- und Feinwerktechnik, Drucksensoren Piezoresistiv, Entwurfsparameter Drucksensor, Finite Elemente Programm ANSYS, Halbleiterchip-Entwicklung, Spannung mechanische, 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 10:08
Additional Information:

EMK-spezifische Daten:

Lagerort Dokument: Archiv EMK, Kontakt über Sekretariate,

Bibliotheks-Sigel: 17/24 EMKS 1515

Art der Arbeit: Studienarbeit

Beginn Datum: 27-05-2002

Ende Datum: 18-03-2003

Querverweis: 17/24 EMKS 1482

Studiengang: Elektrotechnik und Informationstechnik (ETiT)

Vertiefungsrichtung: Mikro- und Feinwerktechnik (DMFT)

Abschluss: Diplom (MFT)

Identification Number: 17/24 EMKS 1515
Referees: Stavroulis, Dipl.-Ing. Stefanos and Werthschützky, Prof. Dr.- Roland
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