Hochminiaturisierte Ermüdungstestplattform zur thermo-mechanischen Charakterisierung und Zuverlässigkeitsbewertung von heterogen- und bottom-up- integrierten nano-funktionalen Komponenten.

• Antragstellerinnen / Antragsteller: Professorin Dr.-Ing. Karla Hiller; Professor Dr.-Ing. Bernhard Wunderle
• Fachliche Zuordnung: Mikrosysteme
• Förderung: Förderung von 2011 bis 2019
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 195215523

Ziel des TP3 in der 2. Phase ist das Design, die technologische Entwicklung, Realisierung und die Charakterisierung einer technologieoffenen, universellen, hochminiaturisierten MEMSErmüdungstestplattform. Diese Plattform soll zur systematischen thermo-mechanischen Belastung von bottom-up heterogen integrierten nanofunktionalen Elementen dienen. Ziel ist die Zuverlässigkeitsbewertung durch realitätsnahe Wechselbelastungstests unter dem Einfluss von Druck, Temperatur und Feuchte. Im MEMS-Maßstab stellt dies einen neuen Ansatz dar. Der Fokus soll zuerst auf mittels DEP selbstassemblierten und mikropositionierten CNTs liegen, später auch auf anderen Nanodrähten bzw. -membranstrukturen aus z.B. Si, BN oder Al. Die 2. Phase zielt konsequent auf die sich nun ergebenden Herausforderungen der Zuverlässigkeitsbewertung im Nanobereich ab. Dazu ist die Kooperation mit den TP1, 2, 4, 5, 6 und 8 notwendig.AP1 umfasst die Konzeption der Ermüdungsplattform und des Apparates der simulativen und experimentellen Methoden zur Zuverlässigkeitsbewertung. Ziel ist die konsistente Integration und rein elektrische Beschaltung und Auslesbarkeit der einzelnen MEMS-Komponenten zu einer dynamisch- mechanischen Prüfeinrichtung, welche alternierende und unterkritische Lasten aufzubringen vermag. Die Einbindung der anderen TP sichert die technologische Integrierbarkeit und Kompatibilität der anvisierten nanofunktionalen Elemente mit der Plattform bei gleichzeitiger maximaler Universalität. Entscheidende Philosophie hierbei ist die 'probenzentrische Herangehensweise': Die Prüfeinrichtung kann, wenn erforderlich, während der MEMS-Prozesse um die assemblierte Probe herum entstehen.AP2 bündelt in Kooperation mit TP2 die Erarbeitung von Designentwürfen, Optimierung mittels FESimulation und die Integration von Multiskalenmodellen der MD in die Designumgebung der MEMS-Ermüdungsplattform und Analyse der Fehlermechanismen (TP1). Entscheidend ist die Betrachtung von Imperfektionen, beispielsweise Defekten und funktionalen Gruppen, aber auch die Struktur-Eigenschaftskopplung und deren Prozessabhängigkeit, insbesondere bezüglich der Eigenschaften von Grenzflächen. Darüber hinaus sind weiterhin Konzepte für eine Zuverlässigkeitsbewertung unter den gegebenen Belastungszuständen zu entwickeln.AP3 beinhaltet die Technologieentwicklung für die Ermüdungsplattform, die Integration der MEMSKomponenten und den Testvorgang der durch TP5, 6 und 8 eingebundenen nanofunktionalen Elemente. Im Vergleich zur 1. Phase werden für die Technologieentwicklung mehr Ressourcen eingeplant, was die Umsetzung der hier geplanten Vorhaben ermöglicht.In AP4 erfolgt die experimentelle Validierung der Ermüdungsplattform und die thermomechanische Charakterisierung der nanofunktionalen Elemente im Vergleich zur Simulation. Moderne fehleranalytische Verfahren wie FIB, REM und TEM kommen zur Bestimmung der Struktur- Eigenschafts-Korrelation bezüglich Material- und Ausfallverhalten zum Einsatz. DIC-Methoden erlauben.

• DFG-Verfahren: Forschungsgruppen
• Teilprojekt zu: FOR 1713: Sensorische Mikro- und Nanosysteme