Fachtagung: Simulation mit der Finite-Element-Methode in Feinwerk- und Mikrotechnik, FH München
Optimierung resonanter mikromechanischer Sensoren für mechanische Größen
Der Vortrag geht auf die numerische und experimentelle Untersuchung des statischen und dynamischen Verhaltens resonanter Mikrosensoren ein. Den Schwerpunkt bildet die Simulation frequenzanaloger Druck- und Kraftsensoren auf der Basis resonanter, mikromechanischer Silizium-Bimorphstrukturen, sowie die Charakterisierung der meßgrößenabhängigen Frequenzänderung.
Zur Beschreibung des lastabhängigen dynamischen Verhaltens frequenzanaloger Sensoren wurden FE-Modelle entwickelt und unter Berücksichtigung geometrischer Nichtlinearitäten, insbesondere spannungsversteifender Effekte, Dimensionierungsvorschläge erarbeitet.
Mit Hilfe gekoppelter Feldberechnungen (Multiphysics) wurden die piezoelektrischen Bimorph-Wandler modelliert und das dynamische Verhalten unter Berücksichtigung der elektro-mechanischen Anregung beschrieben, sowie Entwurfsregeln zur anwendungsspezifischen Optimierung abgeleitet. So wurden für unterschiedliche Piezoelektrika (AlN, ZnO, PZT) der Geometrieeinfluß auf den effektiven elektro-mechanischen Kopplungsfaktor simuliert und modenselektive Elektrodenlayouts für resonante Membrandrucksensoren erarbeitet. Weiterhin konnte durch geeignete Strukturierung der Einspannung der Resonatorelemente auftretende Modenkopplungen stark unterdrückt werden.
ITW – FH München
Institut für Technologie- und Wissenstransfer an der Fachhochschule München e.V.
Prof. Dr.-Ing. Dieter Haller