Parametertest

Abb. 1: MSA-400 Micro System Analyzer für Schwingungsanalyse (Zeitbereich, Frequenzbereich und Schwingungsmoden)

Abb. 2: Probecard für kontaktlose elektrostatische Schwingungsanregung von MEMS (bis 1 MHz)

Abb. 3: Software zur Berechnung von MEMS Kennwerten (Abmessungen und/oder mech. Spannung) aus Schwingungsmessdaten

Ein MEMS (engl. micro electro mechanical system) vereint die beiden Domänen Elektrotechnik und Mechanik in einem miniaturisierten, komplexen Bauelement und erweitert die Mikroelektronik dadurch um die faszinierende Welt der Sensoren und Aktoren. Heute zählen Beschleunigungssensoren und Gyroskope zu den bekanntesten MEMS Bauelementen und werden mit Stückzahlen in Millionenhöhe sehr erfolgreich in Serie gefertigt. Die fertigungsbegleitende Messtechnik stellen diese kleinen erfolgreichen Systeme jedoch vor neue Herausforderungen, denn zur Charakterisierung der elektrischen Parameter (Widerstand, Kapazität und Induktivität) kommen mit ihnen auch Parameter der Mechanik hinzu. Dazu zählen insbesondere die geometrischen Abmessungen von Strukturen, Massen, Federsteifigkeiten, Dämpfungen, Resonanzen und Materialparameter, wie Elastizitätsmodul und mechanische Spannungen. Nicht alle dieser Parameter lassen sich gegenwärtig schnell, zerstörungsfrei und präzise genug messen.

Einen interessanten, messtechnischen Zugang zu den Kenngrößen eines mechanischen Systems bietet die Analyse seiner dynamischen Eigenschaften durch Messung von Schwingungsfrequenzgängen und Modenformen. Diese Parameter lassen sich mit einem scannenden Laser Doppler Interferometer (Abb. 1) sehr genau, schnell und berührungslos messen. Über die Lage der Resonanzfrequenzen im Schwingungsspektrum können nachfolgend Informationen über andere Parameter (z.B. der mechanischen Spannung) gewonnen werden. Diese Berechnungen sind so genau, dass sie als Grundlage für die Optimierung und Überwachung von Fertigungsprozessen, und damit der Reduzierung von schlechten Bauteilen außerhalb der Spezifikation, dienen können.

Das Fraunhofer ENAS arbeitet an Methoden, Algorithmen, Hardware (Abb. 2) und Software (Abb. 3) zur Charakterisierung von MEMS mit Verfahren der Schwingungsanalyse und stellt Analysedienstleistungen, sowie die Integration der Verfahren in den Fertigungsablauf bereit.