Fraunhofer ENAS stellt auf der nanomicro biz 2015 in Japan erstmalig einen MEMS-Lautsprecher mit einer Membran aus metallischem Glas vor.

Chemnitz, / 21.4.2015

Das Fraunhofer-Institut für Elektronische Nanosysteme ENAS in Chemnitz zeigt auf der nanomicro biz 2015 zum ersten Mal einen MEMS-Lautsprecher, dessen Membran aus metallischem Glas gefertigt wurde. Der in Silizium-Mikrotechnologie auf Waferebene gefertigte Funktionsdemonstrator ist etwa so groß wie ein Fingernagel.

© Fraunhofer ENAS

Ein in Silizium-Mikrotechnologie hergestellter MEMS-Lautsprecher mit einer Membran aus metallischem Glas.

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Ein 3D-integriertes System in a Package (SiP) wurde mittels Dreifachstapel bestehend aus drei Bauelementen (ASIC, Beschleunigungssensor, Power down interrupt generator) auf einer individuell angepassten Leiterplatte realisiert. Die Fertigung der gedruckten Chip-2-Board-Verbindungen erfolgte mittels Aerosol-Jet-Technologie und Silbernanopartikeltinte. Die Linienbreite der gedruckten Verbindungen beträgt 25 µm.

Miniaturisierte Lautsprecher sind heutzutage in allen mobilen Endgeräten wie Smartphones, Tablets und Laptops zu finden. Dieser Markt benötigt Schätzungen zu Folge etwa eine Milliarde Mikrolautsprecher pro Jahr mit weiterhin steigender Tendenz. Die Fertigung der Lautsprecher auf Siliziumwafern bringt markante Vorteile wie eine höhere Genauigkeit und Reproduzierbarkeit sowie kostengünstiger Herstellungs- und Packagingprozesse im Vergleich zur gegenwärtigen Herstellungstechnologie mit sich. Das Fraunhofer ENAS zeigt erstmalig Entwicklungsergebnisse eines in Silizium-Mikrotechnologie gefertigten Lautsprechers. Als Membran des MEMS-Lautsprechers kommt eine dünne Schicht aus metallischem Glas zum Einsatz. Metallische Gläser besitzen auf Grund ihrer amorphen Mikrostruktur herausragende mechanische Eigenschaften im Vergleich zu kristallinen Werkstoffen und können mit Standardprozessen der Mikrotechnologie abgeschieden werden. In Verbindung mit dispensierter Magnetpaste und einer Mikrospule wurde ein elektrodynamischer Aktor aufgebaut, der am Stand A-0 des Fraunhofer ENAS auf der nanomicro biz 2015 vom 22. bis 24. April gezeigt wird. Für die Prozessierung der Spule wurde die am Zentrum für Mikrotechnologien der TU Chemnitz entwickelte Kupfertechnologie eingesetzt.

Neben weiteren Aktoren wie einem Hochfrequenzschalter, einem abstimmbaren Fabry-Pérot-Interferometer oder Aktoren zur aktiven Strömungsbeeinflussung zeigen die Forscher Technologien zur Herstellung und Integration von MEMS (mikro-elektro-mechanischen Systemen).

Fraunhofer ENAS stellt insbesondere Entwicklungsbeispiele der Aerosol-Jet-Drucktechnologie für das Kontaktieren und Bonden von MEMS-Bauteilen vor. Mit dieser kontaktlosen Materialtransfertechnologie kann eine große Vielfalt an Materialien auf zahlreichen Substraten aufgebracht werden, ohne dass konventionelle Maskentechnologie oder anderes Dünnschichtequipment notwendig wird. Für die Kontaktierung von Bauteilen wird leitfähiges Material über dreidimensionale Topographien und Oberflächen gedruckt. Die mit dem Aerosol-Jet-System prozessierten Materialien basieren in den meisten Fällen auf metallischen Nanopartikeln. Ein parallel zum Druckkopf montierter Infrarot-Laser führt direkt nach dem Druck der Materialen in der Maschine einen selektiven Sinterprozess durch. Dabei entstehen Verbindungen mit Linienbreiten von 25 µm wie im beispielsweise im EU-Projekt CoolPod gezeigt.

Im Rahmen des 21. International Micromachine Nanotech Symposium wird Jörg Frömel vom Fraunhofer ENAS diese und weitere aktuelle Forschungsergebnisse in einem Vortrag unter dem Titel „MEMS devices enabled by material innovation” am 22. April 2015 präsentieren.