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Prozessentwicklung zur Herstellung elektrothermischer Mikroaktoren

Schmidt, Sebastian :
Prozessentwicklung zur Herstellung elektrothermischer Mikroaktoren.
Technische Universität Darmstadt
[Haus-, Projekt- oder Studienarbeit], (2007)

Kurzbeschreibung (Abstract)

Zusammenfassung:

Aufgabe dieser Studienarbeit ist die Entwicklung eines Prozesses, der die Herstellung elektrothermischer Mikroaktoren aus Nickel auf 4“ Siliziumwafern ermöglicht. Die Erzeugung dieser Mikrostrukturen soll durch galvanische Abformung des Nickels in einer tiefenlithographisch strukturierten Photoresistform realisiert werden.

Die Studienarbeit gliedert sich in drei aufeinander aufbauende Aufgabenbereiche. Der erste Aufgabenbereich ist die Konzeption eines Herstellungsprozesses zur Erzeugung beweglicher Nickelstrukturen unter der Verwendung der Mikrotechnikverfahren UV-Tiefenlithographie und galvanisches Beschichten. Hierbei werden sechs unterschiedliche Prozessvarianten erarbeitet. Nach umfangreicher Informationsbeschaffung wird durch Bewertung der einzelnen Prozessvarianten eine Variante ausgewählt und weiterverfolgt.

Im zweiten Teil wird eine Zusammenstellung von möglichen Startschichtmaterialien angefertigt. Die Startschicht ist erforderlich, da die elektrische Leitfähigkeit der Siliziumwafer zu gering ist. Dies ist allerdings Voraussetzung für das galvanische Beschichten. Vergleichend mit den sich aus dem Herstellungsprozess ergebenden Anforderungen an die Startschicht werden zwei Materialien ausgewählt. Neben dem gängigen Startschichtmaterial Gold wird Kupfer auf seine Tauglichkeit hin überprüft.

Der dritte Aufgabenbereich ist die Überprüfung der Eignung des Photoresists AR-N 4400-50 der Fa. Allresist für den entwickelten Prozess. Dieser Negativresist stellt laut Herstellerangaben eine attraktive Alternative zur Strukturerzeugung in der Mikrosystem- und LiGA-Technik zum gängigen SU-8 dar. Er bietet sogar den großen Vorteil, dass er sich im Gegensatz zu SU-8, nach seiner thermischen Vernetzung wieder einfach naßchemisch entfernen lässt. Somit würde sich dieser Photolack hervorragend zur Abformung metallischer Mikrostrukturen eignen.

Mehrere Testreihen des Resists auf Kupfer- und Goldstartschichten zeigen allerdings große Schwierigkeiten in der Prozessierung. So ist eine erfolgreiche Entwicklung für Schichtdicken des AR-N 4400-50 von etwa 80 µm und höher nicht mehr möglich. Dies äußert sich in einer, nach der Entwicklung beständigen Restschicht der unvernetzten Bereiche des Photoresists, die ein vollständiges Freilegen der gewünschten Strukturen verhindert.

Da sich für den Prozess, durch die herzustellenden Aktorgeometrien bestimmt, geforderte Schichtdicken von mindestens 200 µm ergeben wird der Photoresist AR-N 4400-50 für die vorliegende Aufgabe als ungeeignet eingestuft.

Als Alternative wird der Negativresist SU-8 auf seine Eignung für den Herstellungsprozess getestet. Hierbei ergeben sich in ersten Testreihen mit Kupfer- und Goldstartschichten positive Ergebnisse. Jedoch lassen sich auch Probleme bei der Haftung des SU-8 zu den Startschichten ausmachen. Eine umfangreiche Überprüfung der Tauglichkeit des Resists, sowie eine abschließende Durchführung der erarbeiteten Prozessvariante kann im zeitlichen Umfang nicht realisiert werden. Intensive Literaturrecherchen zeigen aber eine grundsätzliche Eignung des SU-8 auf.

Typ des Eintrags: Haus-, Projekt- oder Studienarbeit
Erschienen: 2007
Autor(en): Schmidt, Sebastian
Titel: Prozessentwicklung zur Herstellung elektrothermischer Mikroaktoren
Sprache: Deutsch
Kurzbeschreibung (Abstract):

Zusammenfassung:

Aufgabe dieser Studienarbeit ist die Entwicklung eines Prozesses, der die Herstellung elektrothermischer Mikroaktoren aus Nickel auf 4“ Siliziumwafern ermöglicht. Die Erzeugung dieser Mikrostrukturen soll durch galvanische Abformung des Nickels in einer tiefenlithographisch strukturierten Photoresistform realisiert werden.

Die Studienarbeit gliedert sich in drei aufeinander aufbauende Aufgabenbereiche. Der erste Aufgabenbereich ist die Konzeption eines Herstellungsprozesses zur Erzeugung beweglicher Nickelstrukturen unter der Verwendung der Mikrotechnikverfahren UV-Tiefenlithographie und galvanisches Beschichten. Hierbei werden sechs unterschiedliche Prozessvarianten erarbeitet. Nach umfangreicher Informationsbeschaffung wird durch Bewertung der einzelnen Prozessvarianten eine Variante ausgewählt und weiterverfolgt.

Im zweiten Teil wird eine Zusammenstellung von möglichen Startschichtmaterialien angefertigt. Die Startschicht ist erforderlich, da die elektrische Leitfähigkeit der Siliziumwafer zu gering ist. Dies ist allerdings Voraussetzung für das galvanische Beschichten. Vergleichend mit den sich aus dem Herstellungsprozess ergebenden Anforderungen an die Startschicht werden zwei Materialien ausgewählt. Neben dem gängigen Startschichtmaterial Gold wird Kupfer auf seine Tauglichkeit hin überprüft.

Der dritte Aufgabenbereich ist die Überprüfung der Eignung des Photoresists AR-N 4400-50 der Fa. Allresist für den entwickelten Prozess. Dieser Negativresist stellt laut Herstellerangaben eine attraktive Alternative zur Strukturerzeugung in der Mikrosystem- und LiGA-Technik zum gängigen SU-8 dar. Er bietet sogar den großen Vorteil, dass er sich im Gegensatz zu SU-8, nach seiner thermischen Vernetzung wieder einfach naßchemisch entfernen lässt. Somit würde sich dieser Photolack hervorragend zur Abformung metallischer Mikrostrukturen eignen.

Mehrere Testreihen des Resists auf Kupfer- und Goldstartschichten zeigen allerdings große Schwierigkeiten in der Prozessierung. So ist eine erfolgreiche Entwicklung für Schichtdicken des AR-N 4400-50 von etwa 80 µm und höher nicht mehr möglich. Dies äußert sich in einer, nach der Entwicklung beständigen Restschicht der unvernetzten Bereiche des Photoresists, die ein vollständiges Freilegen der gewünschten Strukturen verhindert.

Da sich für den Prozess, durch die herzustellenden Aktorgeometrien bestimmt, geforderte Schichtdicken von mindestens 200 µm ergeben wird der Photoresist AR-N 4400-50 für die vorliegende Aufgabe als ungeeignet eingestuft.

Als Alternative wird der Negativresist SU-8 auf seine Eignung für den Herstellungsprozess getestet. Hierbei ergeben sich in ersten Testreihen mit Kupfer- und Goldstartschichten positive Ergebnisse. Jedoch lassen sich auch Probleme bei der Haftung des SU-8 zu den Startschichten ausmachen. Eine umfangreiche Überprüfung der Tauglichkeit des Resists, sowie eine abschließende Durchführung der erarbeiteten Prozessvariante kann im zeitlichen Umfang nicht realisiert werden. Intensive Literaturrecherchen zeigen aber eine grundsätzliche Eignung des SU-8 auf.

Freie Schlagworte: Elektromechanische Konstruktionen, Mikro- und Feinwerktechnik, Aktor elektrothermisch, Herstellung Mikroaktoren, LIGA Lithografie Galvanoformen, Negativ Resist CAR 44, SU-8
Fachbereich(e)/-gebiet(e): Fachbereich Elektrotechnik und Informationstechnik
Fachbereich Elektrotechnik und Informationstechnik > Institut für Elektromechanische Konstruktionen
Hinterlegungsdatum: 31 Aug 2011 10:19
Zusätzliche Informationen:

EMK-spezifische Daten:

Lagerort Dokument: Archiv EMK, Kontakt über Sekretariate,

Bibliotheks-Sigel: 17/24 EMKS 1636

Art der Arbeit: Studienarbeit

Beginn Datum: 23-10-2006

Ende Datum: 06-03-2007

Querverweis: Projektseminar 18.122.4.2 W05, 18.122.4.2 W06, 17/24 EMKM 1593

Studiengang: Elektrotechnik und Informationstechnik (ETiT)

Vertiefungsrichtung: Mikro- und Feinwerktechnik (MFT)

Abschluss: Diplom (MFT)

ID-Nummer: 17/24 EMKS 1636
Gutachter / Prüfer: Eicher, Dipl.-Ing. Dirk ; Greiner, Dipl.-Ing. Felix ; Schlaak, Prof. Dr.- Helmut Friedrich
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