Dokumentation Mikrotechnik
Ausgabe Nr. 9 – November 1992
Institut für Mikro- und Informationstechnik (IMIT)
der Hahn-Schickard-Gesellschaft e.V. (HSG)
Wilhelm-Schickard-Straße 10, Villingen-Schwenningen
Entwurf – Simulation – Resonatoren
Entwurf
Bei der Realisierung von mikromechanischen Komponenten und Systemen, sind neben der für die Bauelementfunktion technologisch zu realisierenden Funktionsprinzipien auch die prozeß-technischen Randbedingungen wie z.B. Fertigungstoleranzen und Schichteigenschaften bereits in der Entwurfsphase zu berücksichtigen.
Simulation
Reale mikromechanische Komponenten zeigen aufgrund der Miniaturisierung und der hohen Integration eine Wechselwirkung verschiedener physikalischer Einflußgrößen, die zu einer Überlagerung und damit zu unerwünschten Störeinflüssen führen können. Zusätzlich stellt man durch zunehmend komplexer werdende Strukturgeometrien und Materialzusammensetzungen erhöhte Anforderungen an den mikromechanischen Entwurf, die den Einsatz entsprechender rechnergestützter Entwurfs- und Simulationsverfahren bedingen.
Zur Zeit existieren keine kommerziell erhältlichen, durchgehenden Entwurfswerkzeuge, die die vielfältigen Modellierungsanforderungen beim Entwurf von mikromechanischen Systemen abdecken. In der Praxis kommen daher analytische und numerische Berechnungsmethoden (z.B. Finite-Elemente-Methode) zum Einsatz, von denen einige Beispiele in dieser Ausgabe enthalten sind.
Resonatoren
Mikromechanisch hergestellte Resonatoren lassen sich als frequenzstabilisierendes Element (Schwingquarz, Quarzkristall siehe Abbildung) in Oszillatorschaltungen, aber auch als mikromechanische Teststrukturen zur Bestimmung von Materialeigenschaften mikrotechnisch hergestellter Dünnschichtsysteme infolge ihrer Frequenzempfindlichkeit einsetzen.
Eine weitere wichtige Anwendung sind resonante mikromechanische Sensoren, welche durch ihr frequenzanaloges Ausgangssignal für die Präzisionsmessung verschiedener physikalischer Größen (z.B. Kraft, Druck, Temperatur) verwendet werden können.
Im Rahmen eines BMFT–Verbundprojekts hat das IMIT in erfolgreicher Zusammenarbeit mit klein- und mittelständischen Firmen die Prozeßtechnologien in Silizium und Quarz für die Herstellung mikromechanischer, frequenzanaloger Sensoren für verschiedene Meßgrößen entwickelt.
Dipl.-Phys. Thomas Fabula
Anmerkung
Die “Dokumentation Mikrotechnik” enthält Zusammenfassungen und Bewertungen von jeweils 20 wichtigen Arbeiten aus der Mikrotechnik, die in der mikrotechnischen und wissenschaftlichen Literatur veröffentlicht wurden. Das Dienstleistungszentrum Mikrosystemtechnik des HSG-IMIT ist Herausgeber dieses monatlich erscheinenden Literatur-Dienstes.
Microtechnology Documentation
Design – Simulation – Resonators
In the realization of micromechanical components and systems, not only the functional principles to be technologically realized for the component function, but also the process-related boundary conditions such as manufacturing tolerances and layer properties have to be taken into account already in the design phase.
Due to miniaturization and high integration, real micromechanical components exhibit an interaction of various physical influencing variables, which can lead to superposition and thus to undesirable interference effects. In addition, increasingly complex structural geometries and material compositions place increased demands on micromechanical design, which require the use of appropriate computer-aided design and simulation methods.
At present, no commercially available, end-to-end design tools exist that cover the diverse modeling requirements in the design of micromechanical systems. Therefore, analytical and numerical calculation methods (e.g. finite element method) are used in practice, some examples of which are included in this issue.
Micromechanically fabricated resonators can be used as frequency-stabilizing elements (oscillating quartz, quartz crystal see figure) in oscillator circuits, but also as micromechanical test structures to determine material properties of micro-engineered thin film systems due to their frequency sensitivity.
Another important application is resonant micromechanical sensors, which can be used for precision measurement of various physical quantities (e.g. force, pressure, temperature) due to their frequency-analog output signal.
Within the framework of a BMFT joint project, IMIT has developed the process technologies in silicon and quartz for the production of micromechanical, frequency-analog sensors for various measured quantities in successful cooperation with small and medium-sized (SME) companies.
Literature Service
The “Microtechnology Documentation” contains summaries and reviews of each of 20 important papers in micro-mechanical technology published in the microtechnology and scientific literature. The Microsystems Engineering Service Center of the HSG-IMIT is the publisher of this monthly literature service.
The “Dokumentation Mikrotechnik” is an information service that has been published for several years. The monthly issues contain a summary and brief reviews of 20 important papers each from microtechnology and related fields published in the microtechnical and scientific literature. For this purpose, the scientific staff of the HSG-IMIT constantly evaluates current national and international literature in the fields of microengineering. The aim of this service is to offer subscribers selected and pre-processed literature. In each issue – after an introductory section on a specific topic – specific technologies and problem areas are discussed in terms of their industrial applications.
