Development of a low-temperature hermetic packaging technology for vibrating MEMS devices
Titreşimli MEMS cihazları için düşük sıcaklıkta hermetik bir paketleme teknolojisi geliştirilmesi
- Tez No: 900378
- Danışmanlar: PROF. DR. HALUK KÜLAH
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği, Electrical and Electronics Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2024
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Orta Doğu Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 111
Özet
MEMS veya mikro işleme teknolojisi, mekanik bileşenlere sahip entegre sistemlerin minyatürleştirilmesini mümkün kılmış ve medikal implantlar da dahil olmak üzere çeşitli endüstrilerde uygulama alanı bulmaktadır. Biyomedikal uygulamalarda, MEMS tabanlı sensörler, tamamen implante edilebilir koklear implantlar (FICI) için umut vaad eden bir çözüm haline gelmiştir. Kurşun zirkonat titanat (PZT) bazlı piezoelektrik dönüştürücüler ve enerji toplayıcılar, işitme nöronlarını uyaracak güç seviyelerini üretebilme yetenekleri sayesinde FICI sistemleri için idealdir. Ancak bu cihazların kırılgan yapıları gereği çevre koşullarından korunabilmeleri için özel bir paketleme yöntemi gerekmektedir. Ayrıca, PZT malzemesinin piezoelektrik özelliklerini korumak ve Curie sıcaklığında ulaşmaktan kaçınarak depolarizasyonu önlemek için düşük sıcaklıklı bir kapsülleme yöntemi geliştirmek oldukça önemlidir. Bu tez, özellikle FICI sistemlerinde kullanılan piezoelektrik akustik dönüstürücüleri hedef alan, titresimli MEMS cihazları için düşük sıcaklıklı, yüksek verimli bir hermetik paketleme teknolojisinin geliştirilmesini sunmaktadır. Au-In TLP sisteminin MEMS teknolojisine uyarlanmasındaki önemli bir zorluk, yapıştırma işlemi sırasında metaller arası bileşiklerin hızla oluşmasıdır. Bu araştırma, Au-In TLP yapıştırma reçetesini optimize ederek bu sorunu ele almakta ve 91,3 MPa'lık etkileyici bir kesme mukavemetine ve tamamen hermetik bir sızdırmazlığa sahip boşluksuz, sağlam bir paketleme çözümü ile sonuçlanmaktadır. Geliştirilen hermetik paketleme teknolojisi, sensörleri hermetik bir şekilde kapsülleyen, paketin içinde izole bir ortam oluşturan ve mekanik yapıların zarar görmeden serbestçe titreşmesine izin veren, iki silikon kapak ve Au-In TLP yapıştırma yöntemi içermektedir. Kaplanan alanı en aza indirmek ve makro dünyaya elektrik bağlantısı sağlamak için yanal geçitli elektrot tasarımı kullanılmıştır.
Özet (Çeviri)
MEMS, or micro-machining technology, has enabled the miniaturization of integrated systems with mechanical components, finding applications in various industries, including medical implants. In biomedical applications, MEMS-based sensors have become promising solutions for fully implantable cochlear implants (FICI). Lead zirconate titanate (PZT)-based piezoelectric transducers and harvesters, due to their ability to generate the required power levels to stimulate hearing neurons, are ideal for FICI systems. However, the fragile mechanical structures of these devices necessitate a specialized packaging method to protect them from environmental conditions. Additionally, low-temperature encapsulation is crucial for preserving the piezoelectric properties of PZT material by avoiding Curie temperature and preventing depolarization. This thesis presents the development of a low-temperature, hermetic packaging technology for vibrating MEMS devices, specifically targeting piezoelectric acoustic transducers used in FICI systems. A significant challenge in adapting the Au-In TLP system to MEMS technology is the rapid formation of intermetallic compounds during the bonding process. This research addresses this issue by optimizing the Au-In TLP bonding recipe, resulting in a void-free, robust packaging solution with an impressive shear strength of 91.3 MPa and fully hermetic seal. The developed hermetic packaging technology incorporates two silicon caps with Au-In TLP bonding method to hermetically seal the sensor, providing an isolated environment inside the package and allows mechanical structures to vibrate freely without damage. To minimize the footprint and achieve electrical connection to the macroworld, a lateral feedthrough design is utilized.
Benzer Tezler
- Bonding material development at wafer level vacuum packaging for mems devices by transient liquid phase (tlp) method
Mikro elektronik ve mekanik sistemler için geçici sıvı faz yöntemi ile vakum altında silikon disk boyutunda baglama malzemesi geliştirme
EYÜP CAN DEMİR
Yüksek Lisans
İngilizce
2016
Metalurji MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiMetalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. YUNUS EREN KALAY
PROF. DR. TAYFUN AKIN
- Sızdırmazlık cam bileşimlerinin geliştirilmesi, farklı yöntemlerle şekillendirilmesi ve karakterizasyonu
Development of sealing glass compositions, forming with different techniques and their characterization
MELİS CAN ÖZDEMİR YANIK
Doktora
Türkçe
2023
Metalurji Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMalzeme Bilimi ve Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. SÜHEYLA AYDIN
DOÇ. DR. ESİN GÜNAY
- Hermetik kompresörlerde krank yatak tasarımının sürtünme kayıplarına etkisinin incelenmesi
An investigation of the effect of crank shaft bearing design on the frictional losses in hermetic reciprocating compressors
AHMET BURAK TOP
Yüksek Lisans
Türkçe
2012
Makine Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. SEYHAN UYGUR ONBAŞIOĞLU
- Değişken kapasiteli hermetik kompresörlerde termodinamik ve mekanik verimin iyileştirilmesi
Improvement of thermodynamic and mechanical efficiency in variable capacity hermetic compressors
FURKAN AHMET TOK
Yüksek Lisans
Türkçe
2015
Enerjiİstanbul Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. HASAN GÜNEŞ
- Buzdolabı kompresör yataklarında kullanılmak üzere b390 alüminyum alaşımının tribolojik özelliklerinin iyileştirilmesi
Improvement of tribological characteristics of b390 aluminum alloy for use in refrigerator compressor bearings
ABDULLAH ŞENTÜRK
Yüksek Lisans
Türkçe
2021
Metalurji Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMetalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. ONURALP YÜCEL