FEM-Simulationsrechnungen an Mikrostrukturen

 

Posterdarstellung

Micro System Technologies 90

1st International Conference on
Micro Electro, Opto, Mechanic Systems and Components

ICC Berlin

10.-13. September 1990

 

Abstract

“On September 10-13, 1990, the first international meeting on Microsystem Technologies takes place at the Berlin International Congress Center. Most of the traditional congresses deal with themes that become more and more specific, and only a small part of the scientific world is reflected.

The Micro System Technologies is attempting to take the opposite direction: During the last two decades the development of microelectronics was characterized by a tremendous increase of complexity of integrated circuits.

At the same time the fields of microoptics and micromechanics have been developed to an advanced state of the art by the application of thin film and semiconductor technologies. The trend of the future development is to increase the integration density by combining the microelectronic, microoptic, and micro mechanic aspects to new complex multifunctional systems, which are able to comprise sensors, actuators, analogue and digital circuits on the same chip or on multichip-modules. Microsystems will lead to extensions of the field of microelectronic applications with important technical alterations and can open new considerable markets.

For the realization of economical solutions for microsystems a lot of interdisciplinary cooperation and know-how has to be developed. New materials for sensitive layers, substrates, conducting, semiconducting, or isolating thin films are the basis for the development of new technologies. The increasing complexity leads to increasing interaction among electrical and non-electrical quantities.”

 

 

FEM-Berechnungen

• Radialer Spannungsverlauf an der Oberfläche einer <100>-Siliziummembran unter Druck-Beaufschlagung. Der Verlauf ist von der Einspannung der Membran abhängig. Im Vergleich zum Spannungsverlauf auf einer ebenen Platte wandern durch die schräge Einspannung der {111}-Ebenen die Zug­­spannungsmaxima in den Membran-bereich hinein.
• Spannungs-Druck-Kennlinien von ebenen und strukturierten Silizium­-Membranen. Die strukturierte Boss-Membran weist aufgrund des verstärkten Mittelteils kleinere Membran­-Aus­len­kun­gen auf, sodaß eine verbesserte Linearität erreicht wird.
• Amplitudenspektrum einer Siliziummembran bei zentraler Schwingungsanregung
• Modenspektrum einer Quarz-Doppelstimmgabel. Neben den niederfrequenten Biege-Schwingungen treten mit zunehmender Frequenz überlagerte Schwingungs­zustände (z.B. Torsionsschwingungen) auf.
• Kraft-Frequenz-Kennlinien frequenzanaloger Silizum-Kraftsensoren mit unter­schied­lichen Resonator-Dicken. Die Erhöhung der Kraftempfindlichkeit ist mit einer Verschlechterung der Kennlinienlinearität verbunden.
• Darstellung des frequenzabhängigen Impedanzverlaufes eines Silizium-Piezokera­mik-Bimorphs. Die Schwin­gungsanregung der Silizium-Membran geschieht piezo­elek­­trisch durch die hybrid aufgeklebte Piezokera­mik.

 

Gleichungssysteme

Das statische Gesamtsystem wird beschrieben durch die folgende Gleichung:

[K] * {u} = {F}                      

wobei: [K] : Gesamtsteifigkeitsmatrix, {u} : Knotenverschiebungen, {F} : angreifende Kräfte.

 

Das dynamische Gesamtsystem wird beschrieben durch die folgende Differentialgleichung:

[M]*{a} + [C]*{v} + [K]*{u} = {F(t)}

wobei:

• [M] : Gesamtmassenmatrix,
• [C] : Gesamtdämpfungsmatrix,
• [K] : Gesamtsteifigkeitsmatrix und
• {a} : Knotenbeschleunigungen,
• {v} : Knotengeschwindigkeiten,
• {u} : Knotenverschiebungen, sowie
• {F(t)} : zeitabhängige Anregungskraft.

 

 

Professor Dr.-Ing. Herbert Reichl

Technische Universität Berlin
Forschungsschwerpunkt Technologie der Mikroperipherik

 

Organization

• Organized by AMK Berlin Ausstellungs-Messe-Kongreß GmbH
  
• MESAGO Messe & Kongreß GmbH, Stuttgart

Springer Verlag, Berlin Heidelberg

• Herausgeber: Reichl, Herbert (Editor)
• www.springer.com/de/book/9783642456800
• ISBN 978-3-642-45678-7