Design, Herstellung und Charakterisierung von hochprazisen Beschleunigungssensoren, gefertigt mittels HARMS Technologie und integrierter Elektrodenabstandsverringerung

摘要

In dieser Arbeit wird der Entwurf, die konkrete Realisierung sowie die experimentelle Charakterisierung eines mikromechanischen, hochauflosenden und differentiell arbeitenden Beschleunigungssensors mit einem Messbereich von uber 20 g vorgestellt. Der Entwurf basiert auf einem zeitoptimierten durchgangigen Entwurfskonzept zur Entwicklung neuer komplexer kapazitiver Mikrostrukturen, um den nicht wirtschaftlichen hohen Rechenaufwand einer reinen FE-Simulation bei Neuentwicklungen zu verringern. Der Schwerpunkt liegt dabei auf der automatisierten FE-Verhaltenssimulation des mechanischen Gesamtsystems zur fruhzeitigen Erkennung von Designschwachen, was zu einer effektiven Verkurzung der Konzeptphase fuhrt. Durch eine harmonische Analyse konnte das dynamische Verhalten in Abhangigkeit von Fertigungstoleranzen und Abweichungen der Realstruktur vom Entwurf analysiert werden. Eine Steigerung der Empfindlichkeit wird durch die Reduktion des Elektrodenabstandes der Differentialkapazitaten nach der Fertigung erreicht. Die Abstandsverringerung erfolgt mittels elektrostatischer Zustellung, danach wird die Struktur durch das Verfahren des Lasermikroschweissens permanent fixiert. Eine Charakterisierung der gefertigten Sensoren erfolgte im Frequenzbereich fur unterschiedliche Drucke. Die gemessenen Amplituden-Frequenzgange zeigen eine sehr gute Ubereinstimmung mit dem berechneten Systemverhalten.