Entwurf und Realisierung eines elektromagnetischen 3-Positionen MEMS Aktuators

Ferromagnetische Dünnfilme weisen typischerweise anisotrope magnetische Eigenschaften auf. Die Optimierung der Schichten erfordert deshalb die Messung der B-H-Kurve längs der leichten und der schweren Achse. Ein neuartiges Konzept für diese Messung basiert auf einem Mikrosensor-Aktuator-System, das aus zwei Magnetfeldsensoren und einem Linearaktuator für die genaue Positionierung der Sensoren besteht. Das Ziel der vorliegenden Arbeit ist die Entwicklung des dafür erforderlichen 3-Positionen MEMS Aktuators, der eine bidirektionale Auslenkung der Sensoren um ± 375 µm ± 2 µm, bezogen auf die Nullposition, ermöglicht.Der Aktuator besteht aus den Komponenten Läufer-, Stator- und Sensorchip (letzterer war nicht Gegenstand der durchgeführten Entwicklung). Die Sensorplattform des Läuferchips wird durch ein Mikrofedersystem geführt und durch elektromagnetische Antriebskräfte (Reluktanzkräfte) ausgelenkt, um den Sensorchip in die gewünschte Messposition zu bewegen. Für die Energieversorgung und Auslese der beiden Magnetfeldsensoren auf der Sensorplattform des Läuferchips werden sechs Leiterbahnen benötigt, die über das Federsystem geführt werden müssen. Die für die Erzeugung der elektromagnetischen Antriebskräfte notwendigen Mikrospulen auf dem Statorchip sind als zweilagige Spulen mit 20 bzw. 40 Windungen ausgeführt. Für die technologische Realisierung des Läuferchips und des Statorchips finden 100 mm (100) Si-Wafer mit einer Dicke von 300 µm Anwendung. Die Mikrofederstrukturen werden mittels DSE (Deep Silicon Etch) hergestellt, die Au-Leiterbahnen und Spulen durch galvanische Au-Abscheidung. Im nachfolgenden Assemblingprozess werden der Läuferchip und der Statorchip mittels Kleber miteinander verbunden. Die Abmessungen des vollständigen Aktuators sind: 11.000µm x 7000 µm x 800µm (L x B x H).Der entwickelte MEMS Linearaktuator stellt einen bisher einmaligen elektromagnetischen 3-Positionen Aktuator mit vergleichsweise großem Stellweg dar. Die Ergebnisse liefern einen interessanten Ansatz für die Anwendung und Weiterentwicklung dieses neuartigen MEMS Bauteils.