Congress contributions

Low Temperature Cofired Ceramics, also referred to as LTCC, are interesting materials for the realisation of MEMS in the mesoscale, i.e. dimensions in the range of 100 [my]m up to millimetres. By laminating of several layers to one green part, complex three-dimensional structures are achievable. The typical pattern width of conventional used techniques like punching or laser cutting amounts to approx. 100 [my]m. These techniques usually cut the tape's thickness completely, therefore only structures with a depth of integral multiples of the tape's thickness can be produced and the precision depends on the tolerance of the doctor blade process. Microembossing adds to the variety of technologies for processing LTCC tapes. Structure dimensions of 50 [my]m can be realised easily. In addition to previous studies, focused on the aspect to produce conductor paths of high ampacity by embossing, the present work introduces an embossing technique to achieve fluidic channels with dimensions in the [my]m range under the use of conventional technologies. The embossing step, as a parallel procedure, can be easily integrated in the LTCC process chain. Embossing can be carried out either as the first step or after pre-processing like punching and via filling. The main process parameters are temperature, dwell time and the die's pressure. The embossing has been carried out at a temperature of 57˚C, using a die's pressure of 120 MPa and a dwell time of 5 minutes. Under this conditions, DuPont's 951 GreenTape AX has been moulded with an embossing die made of silicon. Figure 1 depicts profile scans of the mould and the embossed ceramic in the green stage. The lateral dimensions are impressed accurately. In z-dimension the embossed height is reduced to approx. 92 % of the mould's depth. The reason of this derivation might be the elastic deformation of the tape material. The embossed structures have been covered with one layer of DuPont's GreenTape 951 AT, which has a thickness of 114 [my]m in the green stage. No fugitive phases or any other additives have been used. The primary structures height has been reduced of approx. 10 [my]m by the lamination step. The samples have been sawn to examine the channels geometry after sintering. Figure 2 depicts a cross section and a longitudinal section of a channel. The channels have rectangular cross sections and dimensions of 35 [my]m × 35 [my]m. The dimensions of the mould are 50 [my]m in lateral direction and 65 [my]m in z-direction, respectively. In combination with electrical assembling, complex packages for pressure sensors, fluidic devices or BIO MEMS can be produced by this technique. A technique to produce micro fluidic channels in low temperature cofired ceramics (LTCC) is presented. The materials offer a high potential for chip integration and feature inert character as well as temperature resistance. To avoid contaminations, no fugitive phases or other additives have been used for the manufacturing of channels with rectangular cross sections. Fluidic interconnections for pressure sensors or chemical analysis devices can be produced with this method. In combination with other techniques, complex packaging for MEMS fluidic integrations or BIO MEMS can be realised.

Die zunehmende Miniaturisierung von Bauelementen verursacht auch im Bereich der Fertigungsverfahren und Werkstoffentwicklung einen enormen Forschungsbedarf. Immer geringere Abmessungen gepaart mit höheren Ansprüchen an mechanische, tribologische oder elektrische Eigenschaften stehen dabei im Widerspruch zu massenmarkttauglichen Produkten mit preiswerten Herstellungsverfahren. Einen Kompromiss bietet die moderne Mikrogalvanoformung, auch Lithographisch-Galvanische Abformung (LIGA) genannt. - Um das LIGA-Verfahren effizienter zu gestalten, konzentriert sich die derzeitige Forschung auf die Fragestellung der schnelleren galvanischen Auffüllung von Mikrostrukturen. Zu diesem Zweck ist es wünschenswert eine Konvektion zu erzeugen, die nicht nur im äußeren Elektrolytvolumen, sondern auch in der Nähe der Abscheideoberfläche der zurückgesetzten Elektroden, dass heißt bis innerhalb der Mikrostruktur, wirkt. Diese Arbeit beschäftigt sich mit der Wirkung eines starken homogenen magnetischen Feldes bis maximal 5 Tesla auf die Stofftransportvorgänge an ebenen und mikrostrukturierten Elektroden. Die Untersuchung des magnetohydrodynamischen (MHD) Effektes erfolgte über die Grenzstrommessungen mit verschiedenen Modellelektrolyten. Die in Abhängigkeit von der Magnetfeldstärke gemessenen Grenzströme wurden mit Messungen an der rotierenden Scheibe verglichen. Mit Hilfe eines sauren Kupferelektrolyten wurden Strömungsplastiken auf ebenen Substraten erzeugt, um die Richtung der magnetfeldinduzierten Hydrodynamik zu zeigen. Über die Stärke des sich einstellenden Grenzstromes und das COTTRELL-Verhalten wurde eine Abschätzung der Diffusionsschichtdicke vorgenommen. An den Mikrostrukturen konnte dabei eine Abnahme der Diffusionsschichtdicke kleiner als die Resisthöhe von 500[my]m festgestellt werden.