Simulationsmodelle und Teststrukturen zur Bewertung des Einflusses der Aufbau- und Verbindungstechnik auf Funktionskennwerte mikromechanischer Beschleunigungssensoren
(Deutsch)
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In der vorliegenden Arbeit wird eine Methode zur Untersuchung der Einflüsse der Aufbautechnik und Verbindungstechnik auf die Funktionskennwerte mikromechanischer Beschleunigungssensoren beschrieben. Dabei werden Teststrukturen entwickelt, welche die Spannungen bzw. Verformungen auf dem Sensorsubstrat erfassen können. Um eine Vergleichbarkeit zu gewährleisten, basieren diese auf den selben Sensorprozessen und geometrischen Abmaßen, wie die zu untersuchenden Sensorelemente. Des Weiteren wird ein zweistufiger Modellierungsansatz verfolgt, der in einem ersten Schritt die Belastungen des Sensors auf strukturmechanischer Ebene durch FE-Simulationen des Packagingprozesses beschreibt. Dazu werden Methoden zur Bestimmung und Modellierung viskoelastischer Kunststoffmaterialdaten eingesetzt. Im Anschluss werden aus den so ermittelten Verformungen die Kennwertveränderungen des Sensors berechnet. Dies erfolgt über ein Modell der mechanischen Verschiebungen im Sensorkern in Verbindung mit aus elektrostatischer Finite-Elemente-Simulation hergeleiteten pseudoanalytischen Verhaltensmodellen der kapazitiven Elementarzellen (Offsettool). Zur Charakterisierung der Teststrukturen und zur Verifikation der Simulation wurden ein Druckkammerversuch, ein Vier-Punkt-Biegeversuch und beispielhafte Packagingvarianten eingesetzt.
Simulationsmodelle und Teststrukturen zur Bewertung des Einflusses der Aufbau- und Verbindungstechnik auf Funktionskennwerte mikromechanischer Beschleunigungssensoren