Erarbeitung einer Fertigungstechnologie und Charakterisierungsmethodik für die Herstellung hochsensitiver Vibrationssensoren unter Nutzung des Mikroschweißprozesses

Die vorliegende Arbeit beschreibt einen neuartigen Ablauf zur Herstellung eines Vibrationssensors auf Waferebene. Die Besonderheit des Sensors liegt in der Reduktion des Spaltmaßes der kapazitiven Elektroden im Anschluss an die Strukturerzeugung. Dies gelingt unter Nutzung des Mikroschweißprozess von Siliziumelementen. Hierbei sieht die innovative Fertigungstechnologie eine Strukturhöhe von 100 μm vor. Zusätzlich wird die Erarbeitung einer Struktur für die Durchführung eines Mikrozugversuchs auf Waferebene beschrieben. Dieser dient der Bestimmung der maximal ertragbaren Zugkraft mikromechanischer Schweißverbindungen und ermöglicht die fertigungsbegleitende Prozesskontrolle. Auf Basis der Messwerte lassen sich Rückschlüsse auf die Geometrie der Schweißstruktur ableiten als auch ein zerstörungsfreies Modell für die Vorhersage der Verbindungsfestigkeit entwickeln. Die Ergebnisbewertung umfasst die qualitative als auch quantitative Charakterisierung der Mikroschweißverbindung sowie die Bewertung des Vibrationssensors in Form eines Funktionsdemonstrators.The Ph.D. thesis focuses on a novel approach for the fabrication of a MEMS accelerometer on wafer level. The technology relies on the micro welding process of silicon, which is utilized for fixing one component of the capacitive electrode system at a deflected position. Consequently, the gap width of the variable capacitor is reduced below 1 µm for a structure height of 100 µm. The silicon micro welding process is reviewed and investigated. By utilizing a micro tensile test, the maximum bearable load is deduced for different welding geometries. Following these results, a model for predicting the strength of the micro welding site is introduced, allowing for non destructive process monitoring. Finally, the characteristics of the MEMS accelerometer are measured on wafer level and chip level after hermetic packaging respectively