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Description
Ohne Mikroelektromechanische Systeme (MEMS) ist die moderne Welt nicht funktionsfähig. In jedem elektronischen Gerät wie Smartphone, Autoelektronik, medizinischen Geräten, Wearables etc. befinden sich Sensoren und Aktuatoren. Da immer mehr Funktionalität auf kleinstem Raum realisiert werden soll, bietet die PowderMems -Technologie eine Vielzahl an Möglichkeiten zur Miniaturisierung.
Das PowderMEMS-Verfahren des Fraunhofer ISIT ermöglicht die Integration nahezu beliebiger Materialien in planaren Substraten wie Silizium, Glas, Keramik und PCB. PowderMEMS bietet diverse Vorteile: eine große Auswahl an Materialien, Strukturdicken von mehreren hundert Mikrometern bei hoher lateraler Präzision, niedrige Prozesstemperaturen und thermische Beständigkeit, die eine reinraumkompatible Weiterbearbeitung der Komponenten erlauben. Eine offene Porenstruktur ermöglicht auch mikrofluidische Anwendungen.
Die vielzähligen Freiheitsgrade des PowderMEMS-Verfahrens ermöglichen die Erzeugung von funktionalen Mikrostrukturen für eine große Spanne von Anwendungsfeldern. Diese sind in den Bereichen MEMS-Sensorik und –Aktorik, Mikrofluidik, Energy Harvesting sowie Mikroelektronik. zu finden z.B. MEMS-Gassensoren, MEMS-Drucksensoren oder Energie- Harvesting: Energieautarke Sensorik an schwer zugänglichen Orten z.B. Getrieben, Startergeneratoren, Kurbelwellen, Bohrköpfen etc.
Das Verfahren basiert auf der Agglomeration von mikrofeinem Pulver z.B. NbFeB (Partikeln) mittels Atomlagenabscheidung (ALD). Zuerst wird eine Form, beispielsweise Mikrokavitäten in einem Siliziumsubstrat, mit losem Pulver gefüllt. Die Partikel werden dann durch eine ALD-Abscheidung bei niedrigen Temperaturen untereinander zu mechanisch stabilen Strukturen verbunden. Dabei dringen die Gase der ALD-Abscheidung durch die gesamte Partikelansammlung und bilden um jedes Partikel eine Schicht von mehreren zehn Nanometern dicke. In der Folge sind die Partikel über die gesamte Tiefe der Mikrokavitäten (bis zu ca. 700 µm) zu einem porösen dreidimensionalen Körper verbunden. Die resultierenden PowderMEMS-Strukturen sind schrumpfungsfrei, mechanisch stabil und thermisch beständig. Strukturabmessungen zwischen 30 Mikrometern und mehreren Millimetern lassen sich mit hoher Präzision auf Substratebene realisieren.
Im Vortrag werden die Technologie und die begleitenden analytischen Untersuchungen bei der Entwicklung von MEMS- Bauteilen mit Hilfe der Metallographie, FIB- und TEM-Präparation, EDX-Analyse sowie Computertomographie erläutert.