TU Darmstadt / ULB / TUbiblio

Prozess zur Integration metallischer Mikro- und Nanodrähte für magnetoresitive Inertialsensoren

Nakic, Christian :
Prozess zur Integration metallischer Mikro- und Nanodrähte für magnetoresitive Inertialsensoren.
Institut EMK / FG M+EMS
[Masterarbeit], (2011)

Kurzbeschreibung (Abstract)

Diese Arbeit beschreibt die Entwicklung und Fertigung eines neuartigen magnetoresistiven Beschleunigungssensors. Das Feder-Masse-System des Sensors besteht aus einem Mikrodrahtarray mit ca. 2900 Drähten, die an ihrem frei schwingenden Ende mit einander verbunden sind. Auf die entstehende Struktur ist als seismische Masse ein quaderförmiger Massenblock aus der Nickellegierung Ni80/Fe14,5/Mo4/Mn0,5 aufgeklebt. Der Beschleunigungssensor besteht aus einem magnetischen Kreis, der eine Spule, einen magnetoresistiven Sensor und eine Flussführung enthält. Die Flussführung setzt sich aus dem Spulenkern und dem Massenblock zusammen. Zwischen dem fixierten Spulenkern und dem beweglichen Massenblock liegt einbreiter Messspalt, der mit einer Auslenkung des Massenblocks die magnetische Flussdichte im Magnetkreis ändert. Die Dimensionierung des Mikrodrahtarrays und dessen Auslenkung geschieht durch ein mechanisches Modell. Das Sensordesign entsteht durch Simulationen mit dem Programm CST® und Ableiten von Designrichtlinien.

Die Flussführung besitzt eine magnetische Permeabilität vonum das magnetische Streufeld zu minimieren. Der quaderförmige Massenblock besitzt Kantenlängen vonundund eine Höhe von. Die Mikrodrähte des Arrays aus galvanisch abgeschiedenem Nickel besitzen eine Länge von, einen Durchmesser vonund ein Aspektverhältnis von. Die Sensorabmes-sungen vonmalermöglichen den Einbau in ein DIL-Gehäuse. Bei einer Beschleunigung vonentsteht eine laterale Auslenkung von. Die mechanische Resonanzfrequenz des Mikrodrahtarrays liegt bei . Die Spule besitzt 10 Windungen und erzeugt mit einem Wechselstrom ein magnetisches Wechselfeld. Die Amplitude des Stroms ist bis zuwählbar, die am MR-Sensor eine magnetische Flussdichte vonerzeugt. Durch die Beschleunigung ändert sich die Flussdichte um. Der magnetoresistive Magnetfeldsensor GF705 von Sensitec misst die Flussdichte und erzeugt eine Empfindlichkeit von bis zu . Das Erdmagnetfeld wird mit einen Bandpass in der Sensorelektronik gefiltert.

Zur Herstellung des Sensors ist ein Fertigungsverfahren entwickelt und erprobt. Das Feder-Masse-System wird durch das Templatverfahren auf ein FR-4 Substrat mit Kupferstartschicht aufgebracht. Die Drähte entstehen damit durch galvanisches Auffüllen einer Mikroporenfolie senkrecht zum Substrat. Die Kupferschicht wird strukturiert und mit dem klebrigen Photoresists InterVia 3D-P beschichtet. Darauf wird die Mikroporenfolie Makrofol als Galvanoform auf die Klebeschicht laminiert und ein Nickel-Gaklvanikprozess erzeugt die Mikrodrähte. Durch galvanisches Überwachsen der Galvanoform entsteht die Verbindung der Mikrodrähte zum Array. Nach Entfernen der Folie und des Photoresists wird der MR-Sensor durch Flip-Chip-Montage positioniert. Der Spulenkern mit gewickelter Spule wird auf die Kupferschicht gelötet und der Massenblock auf die Überwachsungen des Mikrodrahtarrays aufgeklebt. Das Vereinzeln und Gehäusen des Sensors wird beim Aufbau eines Demonstrators erprobt. Die Prozessparameter werden durch Vorversuche ermittelt.

Typ des Eintrags: Masterarbeit
Erschienen: 2011
Autor(en): Nakic, Christian
Titel: Prozess zur Integration metallischer Mikro- und Nanodrähte für magnetoresitive Inertialsensoren
Sprache: Deutsch
Kurzbeschreibung (Abstract):

Diese Arbeit beschreibt die Entwicklung und Fertigung eines neuartigen magnetoresistiven Beschleunigungssensors. Das Feder-Masse-System des Sensors besteht aus einem Mikrodrahtarray mit ca. 2900 Drähten, die an ihrem frei schwingenden Ende mit einander verbunden sind. Auf die entstehende Struktur ist als seismische Masse ein quaderförmiger Massenblock aus der Nickellegierung Ni80/Fe14,5/Mo4/Mn0,5 aufgeklebt. Der Beschleunigungssensor besteht aus einem magnetischen Kreis, der eine Spule, einen magnetoresistiven Sensor und eine Flussführung enthält. Die Flussführung setzt sich aus dem Spulenkern und dem Massenblock zusammen. Zwischen dem fixierten Spulenkern und dem beweglichen Massenblock liegt einbreiter Messspalt, der mit einer Auslenkung des Massenblocks die magnetische Flussdichte im Magnetkreis ändert. Die Dimensionierung des Mikrodrahtarrays und dessen Auslenkung geschieht durch ein mechanisches Modell. Das Sensordesign entsteht durch Simulationen mit dem Programm CST® und Ableiten von Designrichtlinien.

Die Flussführung besitzt eine magnetische Permeabilität vonum das magnetische Streufeld zu minimieren. Der quaderförmige Massenblock besitzt Kantenlängen vonundund eine Höhe von. Die Mikrodrähte des Arrays aus galvanisch abgeschiedenem Nickel besitzen eine Länge von, einen Durchmesser vonund ein Aspektverhältnis von. Die Sensorabmes-sungen vonmalermöglichen den Einbau in ein DIL-Gehäuse. Bei einer Beschleunigung vonentsteht eine laterale Auslenkung von. Die mechanische Resonanzfrequenz des Mikrodrahtarrays liegt bei . Die Spule besitzt 10 Windungen und erzeugt mit einem Wechselstrom ein magnetisches Wechselfeld. Die Amplitude des Stroms ist bis zuwählbar, die am MR-Sensor eine magnetische Flussdichte vonerzeugt. Durch die Beschleunigung ändert sich die Flussdichte um. Der magnetoresistive Magnetfeldsensor GF705 von Sensitec misst die Flussdichte und erzeugt eine Empfindlichkeit von bis zu . Das Erdmagnetfeld wird mit einen Bandpass in der Sensorelektronik gefiltert.

Zur Herstellung des Sensors ist ein Fertigungsverfahren entwickelt und erprobt. Das Feder-Masse-System wird durch das Templatverfahren auf ein FR-4 Substrat mit Kupferstartschicht aufgebracht. Die Drähte entstehen damit durch galvanisches Auffüllen einer Mikroporenfolie senkrecht zum Substrat. Die Kupferschicht wird strukturiert und mit dem klebrigen Photoresists InterVia 3D-P beschichtet. Darauf wird die Mikroporenfolie Makrofol als Galvanoform auf die Klebeschicht laminiert und ein Nickel-Gaklvanikprozess erzeugt die Mikrodrähte. Durch galvanisches Überwachsen der Galvanoform entsteht die Verbindung der Mikrodrähte zum Array. Nach Entfernen der Folie und des Photoresists wird der MR-Sensor durch Flip-Chip-Montage positioniert. Der Spulenkern mit gewickelter Spule wird auf die Kupferschicht gelötet und der Massenblock auf die Überwachsungen des Mikrodrahtarrays aufgeklebt. Das Vereinzeln und Gehäusen des Sensors wird beim Aufbau eines Demonstrators erprobt. Die Prozessparameter werden durch Vorversuche ermittelt.

Freie Schlagworte: Mikro- und Feinwerktechnik Elektromechanische Konstruktionen Beschleunigungsaufnehmer Wandler magnetostriktiv Sensorarray Templatverfahren Mikroporenfolie
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: 09 Jan 2012 13:37
Zusätzliche Informationen:

EMK-spezifische Daten:

Lagerort Dokument: Archiv EMK, Kontakt über Sekretariate,

Bibliotheks-Sigel: 17/24 EMKS 1773

Art der Arbeit: Diplom- Studien-, Bachelor- oder Masterarbeit

Beginn Datum: 12-05-2011

Ende Datum: 12-09-2011

Querverweis: keine

ID-Nummer: 17/24 EMKS1773
Gutachter / Prüfer: Schlaak, Prof. Dr. Helmut F.
Export:

Optionen (nur für Redakteure)

Eintrag anzeigen Eintrag anzeigen