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Dienstleistungen

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Produktentwicklung in der Mikrotechnik/ MEMS

Wir sind Experten in der Produktentwicklung in der Mikrotechnik und können für Sie basierend von einfachen Konzeptskizzen Prototypen modellieren, entwickeln und fertigen. Unsere Klienten profitieren regelmäßig von unseren schnellen und qualitative hochwertigen Entwicklungszyklen, und sparen dabei Zeit, Kosten und Risiken.

Wir arbeiten bei der Entwicklung eng mit Ihnen zusammen, um sicherzustellen, daß Ihre Projektziele und Ihr Budget eingehalten werden. Komplexe Entwicklungsaufgaben beispielsweise teilen wir in Teilschritte auf, die jeweils einen Entwicklungsschritt und einen Fertigungsschritt beinhalten können, um die Projektrisiken zu minimieren.

Wir sind industrielle Nutzer der Stanford Nanofabrication Facility und des UC Berkeley Microlab, in welchen wir die Prototypen fertigen. Diese Labore gehören zu den besten der Welt und bieten ein breites Spektrum an Fertigungs- und Testmöglichkeiten, ideal für mikrotechnische Projekte. Die Fertigung der Prototypen wird durch unsere eigenen Ingenieure vor Ort vorgenommen.
Unser Ziel ist es, die Prototypen gegebenenfalls auf eine spätere Massenfertigung vorzubereiten. Wir arbeiten eng mit vielen MEMS Foundries zusammen und können Ihnen bei der technischen und strategischen Auswahl eines Partners helfen.

Unsere detaillierten Fertigungsfähigkeiten können Sie hier einsehen (Englisch)

Modellierung

http://www.amfitzgerald.com/images/Cuplate_poweron_sm.gifWir nutzen die Finite Elemente Methode (FEM) für unsere Analysen von mikrotechnischen Devices, zum Beispiel für Sensitivitätsanalysen, Prozessvariationsanalysen und zur optimalen Vorbereitung von Experimenten. Zusammen mit unseren Fähigkeiten in der Prototypenfertigung können wir die Anzahl der benötigten Prototypen bis hin zu einem fertigen Produkt deutlich verringern. Durch unsere Spezialisierung auf MEMS können wir die besonderen Feinheiten in der Mikrowelt respektieren, die von “normalen” Nutzern von FEM übersehen werden würden.
Wir bevorzugen bei unseren Projekten eine Kombination von Simulationen und Experimenten, um den Produktentwicklungsprozess zu optimieren. Eigenschaften mikrotechnischer Materialien hängen stark von Prozessvariablen ab, so das seine rein theoretische Simulation von mikrotechnischen Bauteilen immer mit Fehlern behaftet ist.
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Wir verwenden ANSYS/Multiphysics 11.0 und MATLAB für unsere Simulationsaufgaben. Einige unserer besonderen Fähigkeiten im Bereich der Modellierung sind:

  • Modellierung zusammenhängender physikalischer Eigenschaften: Elektrostatik, Magnetismus, Strukturmechanik, thermische Effekte; Dielektrische Ladungseffekte
  • Piezoelectrische, anisotropische und nicht-lineare Materialien
  • Dünnschichtdämpfung
  • Thermoelastische Verluste: Vorhersage von Q Faktoren (interne Dämpfung)
  • Kontaktanalyse in FE
  • Eigenspannungen in Dünnschichten
  • Wahrscheinlichkeitstheoretische Analyse

Zuverlässigkeitsanalyse

Wir haben spezielles Wissen in der Bruchmechanik und statistischen Mechanik, um spröde Materialien zu untersuchen. Wir können Ihnen helfen, die Bruchgefahr in Ihren Devices zu verstehen, analysieren, und zu minimieren. Unsere Methodik umfasst sowohl Finite Elemente Analysen, als auch experimentelle Bruchtests.

Die meisten Mikrotechnischen Bauteile verwenden spröde Materialien wie z.B. Silizium oder Glas. Die Auslegung solch spröder Bauteile stellt sehr große Ansprüche an den Designer verglichen mit duktilen Materialien. Spröde Bauteile versagen, wenn die internen Spannungen an einem kritisch Teil des Bauteils die Bruchzähigkeit übersteigt. Da der genaue Ort und die Größe des kritischen Teils fast immer unbekannt sind, kann die kritische Belastung an spröden Bauteilen fast nie deterministisch ermittelt werden. Selbst die Einführung eines Sicherheitsfaktors wie bei duktilen Materialien üblich, führt zu falschen Ergebnissen.

Versagens- und Belastungsgrenzen Vorhersage

  • Haben Sie Probleme mit der Zuverlässigkeit Ihrer Devices?
  • Brechen mikrotechnische Bauteile während der Herstellung
  • Planen Sie eine neue Version ihrer mikrotechnischen Designs?

Wir können Ihnen helfen.

Eigenschaften

  • Treffen Sie Vorhersagen, wie weit Sie Ihre Mikrostrukturen  mechanisch belasten können.
  • Finden Sie heraus, an welchen Stellen Ihre Strukturen wahrscheinlich versagen werden und bei welchen Belastungsfällen.
  • Anwendbar für MEMS, Optoelektronik, photovoltaische Zellen und andere spröde Mikrostrukturen.
  • Ihr geistiges Eigentum bleibt geheim – Sie müssen keine Fertigungsprozesse offenlegen.

Nutzen

  • Verkürzen Sie Ihre Designzyklen und sparen Sie Kosten, indem Sie Strukturlimits vorhersagen bevor Sie Ihre finalen Strukturen bauen.
  • Verbessern Sie die Zuverlässigkeit Ihrer Produktion, indem Sie Strukturen erzeugen, die weniger häufig versagen.
  • Erhöhen Sie das Vertrauen in Ihre Spezifikationen.
  • Passen Sie die Leistungsfähigkeit Ihrer Strukturen den Marktwünschen an.

Unsere Versagens- und Grenzbelastungsdienstleistungen sind patentgeschützt und bestehen aus einem zweistufigen Prozess:

Schritt 1

Teststrukturen werden mit denselben Fertigungsprozessen hergestellt wie die finalen Strukturen. Die Oberflächenfestigkeit wird gemäß ASTM C1239-07 und D6372-02 gemessen.

Schritt  2

Eine Simulation basierend auf FEM wird von uns durchgeführt, um die internen Spannungen der gewünschten Strukturen zu ermitteln. Die Ergebnisse werden durch einen patentierten Algorithmus mit den Festigkeitsinformationen verglichen, um Versagensorte und Grenzbelastungen zu ermitteln.

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Abbildung 1: Flußdiagram eines Entwicklungszyklus, der unsere Grenzbelastungsmethode nutzt. Mit dieser Methode sind Zuverlässigkeitsstudien schon vor der Fertigung der finalen Strukturen möglich.

Wie die Zuverlässigkeitsanalyse funktioniert

Kristalline Mikrostrukturen beginnen immer an der Oberfläche zu versagen . Die Oberflächen solcher Strukturen sind schwächer als das Rest wegen mikroskopischer Unreinheiten an der Oberfläche, die durch den Fertigungsprozess erzeugt werden. Deswegen ist es wichtig, den Fertigungsprozess in die Zuverlässigkeitsstudie mit einzubinden.

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Abbildung 2: Oberflächeneigenschaften von geätztem Silizium können sehr große Unterschiede aufweisen, wenn sie mit unterschiedlichen Methoden erzeugt wurden. Diese Unterschiede haben einen großen Einfluss auf die Festigkeit der Bauteile.

Wir quantifizieren den Effekt der Fertigungsprozesse auf die Oberflächenqualität, indem wir Teststrukturen erzeugen und vermessen. Die so gewonnenen Informationen sind spezifisch für eine bestimme Maschine und einen bestimmten Prozess. Unser Verfahren ist so ausgelegt, daß wir für unsere Analyse keinerlei Informationen über die Prozessdetails selbst benötigen.

Basierend auf unser über 10 jährigen Erfahrung mit FEM Simulationen modellieren wir die zu erwartenden Spannungen in den untersuchten Mikrostrukturen. Mit ANSYS Multiphysics  können wir jegliche Art von Belastungen untersuchen: Thermale oder elektrostatische Belastungen, Schock oder Schwingungen. Die Belastungsgrenzen und Versagensorte werden dann vorhergesagt, indem die Spannungssimulationen mit den Festigkeitsinformationen von den Teststrukturen kombiniert werden.


Abbildung 3: Vergleich zwischen vorhergesagten und gemessenen Versagenspunkten für einen Mikrospiegel im Zug- und Torsionsversuch (vgl. auch obenstehendes Foto).

Nächste Schritte

Kontaktieren Sie uns, wenn Sie Interesse an einer Zusammenarbeit haben. Wir suchen momentan Betakunden für diese neuartige Dienstleistung.

Sensorsysteme

Wir entwickeln und fertigen Sensorsysteme für viele unterschiedliche Anwendungen. Egal ob Sie MEMS Sensoren oder traditionelle Sensoren verwenden wollen, oder nicht wissen, welche Sensorsysteme für Ihre Anwendung ideal sind, wir können für Sie computerbasierte Datenerfassungssysteme implementieren, je nach Wunsch mit LabView oder Matlab Schnittstellen.

Technologische Strategieberatung

Bei unserer Arbeit sehen wir täglich, was in der mikrotechnischen Welt vor sich geht. Wir behalten Trends, neue Ideen, Prozesstechnologien, Zulieferer und Investmenttrends im Auge. Wir bieten Ihnen eine fundierte technische Meinung, basierend auf gründlicher Forschung und Datenanalyse.

Unsere langjährige Erfahrung und aktive Rolle in der MEMS Produktentwicklung macht uns einzigartig, um die Machbarkeit, Robustheit und technische Reife von Devices zu beurteilen. Wir helfen unseren Klienten regelmäßig, neue Technologien in allen Detailstufen zu evaluieren.

Link zu Fallstudien (Englisch)