Integrierte Drucksensoren in Keramischer Multilayerbauweise

Abstract:
LTCC (Low Temperature Cofired Ceramic) ist eine vielfach angewandte Mikrotechnologie zur Herstellung von hochintegrierten, zuverlässigen, HF-geeigneten und temperaturstabilen Mehrlagensubstraten für die Aufbau- und Verbindungstechnik der Elektronik. Die Hauptanwendungsgebiete liegen in den Bereichen mobile Kommunikation, Automotive, Luft- und Raumfahrt sowie Medizintechnik. Die Mehrlagigkeit befähigt die LTCC-Technik darüber hinaus zur Integration von nichtelektrischen 3-D-Strukturen (z.B. von Kanälen, Membranen oder Cantilever). In Kombination mit der dem Material inhärenten linearen Spannung-/Dehnungscharakteristik erfüllt LTCC damit alle Voraussetzungen für die Integration von Strukturen für die mechanische Sensorik, z.B. für Drucksensoren. Die Arbeit beschreibt verschiedene Aspekte der Entwicklung und Charakterisierung piezoresistiver LTCCbasierter Drucksensoren. Dafür werden Fragen der Werkstoffauswahl (Dickschichtwiderstände, LTCC) als auch Fragen des Sensordesigns diskutiert. Die Arbeit beschreibt ein neues Sensordesign, das im Gegensatz zu klassischen Konzepten die vollständige mechanische Entkopplung der Sensorzellen von äußeren Substratbereichen ermöglicht. In diesem Falle wird die Sensorzelle von dünnen Cantilevern gehalten, in die außerdem Mikrokanäle zur Druckanbindung der Sensorzelle eingebettet sind. Mittels des beschriebenen Konzeptes konnten Drucksensoren aufgebaut werden, die äußerst geringe Linearitätsund Hysteresefehler aufweisen und sehr alterungsstabil sind.