LTCC-kompatible Sensorschichten und deren Applikation in LTCC-Drucksensoren:
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Templin
Detert
2002
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Inhaltsverzeichnis
1 Einleitung 1
1 1 Motivation 1
1 2 Zielstellung 3
2 Wissenschaftlich-technischer Kenntnisstand 5
2 1 Low Temperature Cofired Ceramics 5
211 LTCC-Folien 7
2111 Technologie 7
2112 Werkstoffbetrachtungen 7
212 LTCC-Mehrlagensysteme 8
2121 Technologie 8
2122 Schwindung 9
213 Derzeitige Applikationsfelder für LTCC-Mehrlagensysteme:
LTCC-Verdrahtungsträger 11
214 Neue Applikationsfelder für LTCC-Mehrlagensysteme: LTCC-
Mikrosysteme 13
2141 Modulare Mikrosysteme in LTCC-Technologie 13
2142 LTCC-Mikrofluidsysteme 16
2143 LTCC-Drucksensoren 17
2 2 Transmitterschichten 20
221 Piezoresistive Schichten 20
2211 Darstellung und Prozessierung von DSW 20
2212 Leitungsmechanismen 22
2213 Temperaturverhalten 23
2214 Dehnungsempfindlichkeit 25
2215 Rauschen 27
2216 Alterung 28
2217 Dickschichtwiderstände auf LTCC 29
222 Piezoelektrische Schichten 30
2221 Anwendung und Einordnung von Piezoelektrika 30
2222 Piezoelektrische Kenndaten 32
ii
Inhaltsverzeichnis
22 2 3 Bleizirkonattitanat (PZT - Pb(ZrxTii x)03) 34
2224 Niedrigsinterndes PZT 37
2225 PZT-Dickschichten (auf LTCC) 38
3 LTCC-kompatible Transmitterschichten 41
3 1 Piezoresistive Schichten 42
311 Elektrische Charakterisierung 44
3111 Flächenwiderstand/T emperaturverhalten 44
3112 Dehnungsempfindlichkeit 48
3113 Rauschen 50
3114 Alterungsverhalten 51
312 Analytische Untersuchungen 52
3121 Rasterelektronenmikroskopie 52
3122 Energiedispersive Röntgenanalyse 55
3123 Röntgendiffraktometrie 57
3124 Thermomechanische Analyse 59
313 Zusammenfassung 61
3 2 Piezoelektrische Schichten 64
321 Optimierung der PZT-Dickschichten 66
3211 Optimierung der Siebdruckeigenschaften 66
3212 Optimierung der piezoelektrischen Eigenschaften 67
322 Elektrische/Elektromechanische Charakterisierung 69
323 Analytische Untersuchungen 72
3231 Rasterelektronenmikroskopie 72
3232 Feldemissions-Rasterelektronenmikroskopie 74
3233 Energiedispersive Röntgenanalyse 75
3234 Röntgendiffraktometrie 76
3235 Thermomechanische Analyse 77
324 Zusammenfassung 78
4 Drucksensoren in LTCC-Technologie 82
4 1 Meßprinzipien und Sensorkenngrößen 82
411 Angewandte Meßprinzipien 82
4111 Piezoresistives Meßprinzip 83
4112 Resonant-piezoelektrisches Meßprinzip 84
Inhaltsverzeichnis
ÜL
412 Sensorkenngrößen It DIN/EN 16086 86
4 2 LTCC-Membranstrukturen 87
421 Herstellungstechnologie/Geometrievarianten/Materialauswahl 88
422 Membranmorphologie 89
423 Einspannung/Gehäuse 91
424 Berstdruck 93
4 3 Simulationsrechnungen 95
431 Allgemeine Aussagen basierend auf FE-Simulationen 95
432 Layout/Simulation piezoresistiver Drucksensoren 100
433 Layout/Simulation resonant-piezoelektrischer Sensoren 103
4 4 LTCC-Drucksensoren mit piezoresistiven Dickschichten 105
441 Statische Sensorkenngrößen 106
4411 Offset, Empfindlichkeit, Linearität, Hysterese 106
4412 Temperaturverhalten 108
442 Dynamische Langzeitstabilität 110
443 Zusammenfassung 112
4 5 LTCC-Drucksensoren mit piezoelektrischen Dickschichten 114
451 Statische Sensoreigenschaften 116
4511 Grundresonanzfrequenz, Empfindlichkeit, Linearität,
Hysterese 116
4512 Temperaturverhalten 118
452 Dynamische Langzeitstabilität 120
453 Zusammenfassung 121
4 6 Vergleich piezoresistives/resonant-piezoelektrisches Meßverfahren123
5 Zusammenfassung 125
Literaturverzeichnis 133
Anhang 146
A Abkürzungen und Formelzeichen 146
B Experimentelles 150
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