Mikromechanik und Aufbautechnik zur Realisierung eines MEMS Aktuators für Festplattenspeicher-Schreib-Leseköpfe:
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Shaker
2012
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INHALTVERZEICHNIS
ABKUERZUNGEN UND FORMELZEICHEN V
ZUSAMMENFASSUNG VII
1 EINLEITUNG 1
1.1 SLIM-KONZEPT 3
1.2 ZIEL DER ARBEIT 4
1.3 LITERATUR Z U KAPITEL 1 4
2 STAND DER TECHNIK 7
2.1 AKTUATOREN ZUR NACHFUHRUNG DER SUSPENSION 11
2.1.1 ELEKTROMAGNETISCHER AKTUATOR 11
2.1.2 PIEZOELEKTRISCHE AKTUATOREN : 12
2.2 AKTUATOREN ZUR NACHFUHRUNG DES SLIDERS 16
2.2.1 PIEZOELEKTRISCHE MIKROAKTUATOREN 17
2.2.2 ELEKTROSTATISCHE MIKROAKTUATOREN 20
2.2.3 ELEKTROMAGNETISCHER MIKROAKTUATOR 24
2.2.4 THERMOMECHANISCHE MIKROAKTUATOREN 26
2.3 AKTUATOREN ZUR NACHFUHRUNG DES S/L-ELEMENTS 29
2.3.1 PIEZOELEKTRISCHER MIKROAKTUATOR 30
2.3.2 ELEKTROSTATISCHE MIKROAKTUATOREN 31
2.3.3 THERMOMECHANISCHER MIKROAKTUATOR 36
2.4 ZUSAMMENFASSUNG 38
2.5 LITERATUR Z U KAPITEL 2 4 0
3 DESIGN UND SIMULATION DER MIKROMECHANISCHEN
KOMPONENTE DES MEMS AKTUATORS 45
3.1 ANALYTISCHE BESTIMMUNG DES STATISCHEN U N D DYNAMISCHEN VERHALTENS
DER MIKROMECHANISCHEN KOMPONENTE 4 6
3.1.1 VERTIKALE AUSLENKUNG DER PLATTFORM DURCH EINE BIEGELAST UND BE
STIMMUNG DER FEDERKONSTANTE DES MIKROMECHANISCHEN FEDER/MASSESYSTEMS 46
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IMAGE 2
II
INHALTVERZEICHNIS
3.1.2 DYNAMISCHES VERHALTEN DES MIKROMECHANISCHEN FEDER/MASSESYSTEMS 49
3.1.3 ANALYTISCHE BERECHNUNG DER K,; FF UND FRES 50
3.2 FEM-SIMULATION 5 4
3.2.1 SIMULATION DER LATERALEN FEDERKONSTANTE 54
3.2.2 SIMULATION DES DYNAMISCHEN VERHALTENS 57
3.2.3 TORSIONSCHARAKTERISTIK DES MIKROMECHANISCHEN SYSTEMS 60
3.3 ZUSAMMENFASSUNG 62
3.4 LITERATUR Z U KAPITEL 3 63
4 TECHNOLOGISCHE REALISIERUNG DER MIKROMECHANISCHEN
KOMPONENTE DES MEMS AKTUATORS 65
4.1 UEBERSICHT UEBER DEN FERTIGUNGSABLAUF DER MIKROMECHANISCHEN KOMPONENTE
6 6
4.2 MIKROMECHANISCHE KOMPONENTE MIT VERTIKALEN ELEKTRISCHEN KONTAKTEN
- DETAILLIERTE PROZESSBESCHREIBUNG 6 9
4.2.1 REALISIERUNG DER MAGNETISCHEN RUECKSCHLUESSE ! 69
4.2.2 ERZEUGUNG VON KAVITAETEN MIT VERTIKALEN SEITENWAENDEN FUER DIE
ELEKTRISCHEN KONTAKTE 71
4.2.3 REALISIERUNG DER LEITERBAHNEN UND VERTIKALEN KONTAKTE (BONDPADS)
73
4.2.4 STRUKTURIERUNG DER MIKROBLATTFEDERN UND ERZEUGUNG DER
JUSTIERMARKEN
FUER DIE NACHFOLGENDEN PROZESSE 75
4.2.5 ENTFERNEN DES TRAEGERSUBSTRATS 76
4.2.6 FREILEGEN DER MIKROBLATTFEDERN UND SAEGEN DER MIKROMECHANISCHEN
KOMPONENTEN IN STREIFENFORM 78
4.2.7 PROBLEME BEI DER TECHNOLOGISCHEN REALISIERUNG DER MIKRO
MECHANISCHEN KOMPONENTE MIT VERTIKALEN ELEKTRISCHEN KONTAKTEN 81
4.3 MIKROMECHANISCHE KOMPONENTE MIT NICHT SENKRECHTEN ELEKTRISCHEN
KONTAKTFLAECHEN (1. REDESIGN-PHASE) 83
4.3.1 REALISIERUNG VON KAVITAETEN MIT NICHT SENKRECHTEN SEITENWAENDEN 84
4.3.2 ABSCHEIDUNG UND STRUKTURIERUNG DER METALLISIERUNG 87
4.3.3 OPTIMIERTER PROZESS ZUM ENTFERNEN DES TRAEGERSUBSTRATS UND
FREILEGEN
DER MIKROBLATTFEDERN 88
4.3.4 ABSCHEIDUNG VON SPANNUNGSKOMPENSATIONSSCHICHTEN 89
4.3.5 ERGEBNISSE DER 1. REDESIGN-PHASE 92
IMAGE 3
INHALTVERZEICHNIS III
4.4 MIKROMECHANISCHE KOMPONENTE MIT REDUZIERTER PLATTFORMMASSE
(2. REDESIGN-PHASE) 95
4.5 ZUSAMMENFASSUNG 97
4.6 LITERATUR Z U KAPITEL 4 9 8
5 MESSTECHNISCHE CHARAKTERISIERUNG 101
5.1 CHARAKTERISIERUNG DER ELEKTROMAGNETISCHEN KOMPONENTE 101
5.1.1 ENTWICKLUNG EINES MIROKRAFTSENSORS ZUR MESSUNG DER ELEKTRO
MAGNETISCHEN FELDKRAEFTE 101
5.1.2 KALIBRATION DER MIKROKRAFTSENSOREN UND MESSUNG ELEKTROMAGNETISCHER
KRAEFTE 105
5.2 ERMITTLUNG DES DYNAMISCHEN VERHALTENS DER MIKROMECHANISCHEN
KOMPONENTE MITTELS L D V 109
5.2.1 MESSMETHODE 109
5.2.2 BESTIMMUNG DER 1. UND 2. RESONANZFREQUENZ DER MIKROMECHANISCHEN
KOMPONENTEN 111
5.3 ZUSAMMENFASSUNG 114
5.4 LITERATUR Z U KAPITEL 5 115
6 AUFBAUTECHNIK DES MEMS AKTUATORS 117
6.1 ELEKTROMAGNETISCHE KOMPONENTE 117
6.2 DISTANZELEMENT (SPACER) 119
6.3 AUFBAU DER AKTUATORKOMPONENTEN 121
6.4 REALISIERUNG EINES SLIM-PROTOTYPS 126
6.5 ZUSAMMENFASSUNG 130
6.6 LITERATUR Z U KAPITEL 6 130
7 DISKUSSION UND AUSBLICK 133
7.1 DISKUSSION 133
7.2 AUSBLICK 135
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