MESYS-Infrastruktur

Finanzierung:

Dieses Projekt wird finanziell unterstützt durch den Fond für regionale Entwicklung der Europäischen Union (EFRE).

Förderung der Infrastruktur für Forschung, Entwicklung und Innovation (InfraFEI)

 

Motivation:

Dieses Projekt dient der Finanzierung der Infrastruktur in der Konrad-Zuse-Straße 1, 03046 Cottbus 

 

Projektdauer: 14.10.2016 - 31.10.2018 (verlängert bis 30.04.2019)

 

Ansatz:

Das InfraFEI-Projekt dient der Projektgruppe Mesoskopische Aktoren und Systeme (MESYS) des Fraunhofer-Institut für Photonische Mikrosysteme IPMS in Zusammenarbeit mit der Professur für Mikro- und Nanosysteme der Brandenburgischen Technischen Universität Cottbus-Senftenberg (BTU C-S) zur gerätetechnischen Unterstützung bei der Erforschung elektrostatischer Mikroaktoren, den sogenannten „Nano Electrostatic Drives“ (NED). Zu Beginn des Berichtszeitraums wurde durch die erfolgreiche Evaluierung der Projektgruppe MESYS das Geschäftsfeld „Monolithisch integrierte Aktor- und Sensorsysteme“ (MAS) am Institutsteil IPMS-ISS in Cottbus gegründet. Das Geschäftsfeld MAS führt die Arbeiten der Projektgruppe MESYS inhaltlich fort.

Die NED-Aktoren sollen in Mikrofluidiksystemen für Mikropumpen, Mikroventile und Mikrodosiersysteme sowie in Mikropositioniersystemen eingesetzt und weiterentwickelt werden.Die damit verbundenen messtechnischen Herausforderungen bedürfen neben der bereits vorhandenen Ausstattung weitere messtechnische Ausrüstungen. Diese werden durch das Investitionsprojekt "MESYS Infrastruktur" finanziert.

 

Ziel: Mit Unterstützung des Projektes wurden folgende Geräte angeschafft:

 

Position 1: „IR-Mikroskop (inkl. Software)“

Das Infrarotmikroskop dient dem Projekt einerseits zur Identifizierung von Defekten, wie z. B. Kurzschlüssen, und andererseits der Beurteilung von Aktorbewegungen und Materialstömungen, also Strukturen und Vorgänge, welche sich an vergrabenen oder gekapselten Orten des Silizium-Chips abspielen. Dazu werden die Pumpen und Ventile elektrisch angesteuert und ihr Wärmebild analysiert. 

 

Position 2: „Mikromanipulatoren“

Die Mikromanipulatoren werden insbesondere zur elektrischen Kontaktierung der Ventile und Pumpen in der Testphase unter dem IR-Mikroskop oder dem Micro-PIV (Micro Particle Imaging Velocimitry) verwendet.

 

Position 3: „Graphic-Processor-Unit (GPU)“

Die Graphic-Processor-Unit dient der Beschleunigung der Fluidik-Simulationen mit der Simulationssoftware ANSYS auf einem Computer. 

 

Position 4: „Micro-PIV“

Das Micro-PIV (Micro Particle Imaging Velocimitry) wird genutzt, um die Geschwindigkeitsverteilung eines strömenden Materials in einem Mikrokanal zu ermitteln. Anhand dieser Daten kann nicht nur die Flussrate bestimmt, sondern insbesondere auch die Kanalgeometrie optimiert werden.

 

Position 5: „Source Measure Unit (SMU)“

Eine Source-Measure-Unit (SMU) misst hoch präzise die elektrische Spannungs-Strom-Kennlinie der Pumpen und Ventile. Dies ermöglicht uns u.a. die Einschätzung von Herstellungsprozessschwankungen und das Auffinden etwaiger elektrischer Schwachstellen und Kurzschlüsse. 

Die SMU der Serie B2900A von Keysight haben eine breite Spannungs- (210 V) und Strom- (3 A dc und 10,5 A gepulst) Sourcing-Fähigkeit, ausgezeichnete Präzision (mindestens 10 fA/100 nV Sourcing- und Messauflösung) und verfügen über eine überlegene grafische Farb-LCD Benutzeroberfläche. Zusätzlich verbessern mehrere aufgabenorientierte Anzeigemodi die Produktivität erheblich für Prüfung, Debugging und Kennzeichnung. Die B2900A bietet ausgezeichneten Messungs-Durchsatz und unterstützt den konventionellen SMU SCPI-Befehlssatz für einfache Testcode-Migration. Diese Funktionen erhöhen die Produktivität beim Testen und senken die Betriebskosten bei der Integration der SMU in Systeme für Produktionstests. B2900A Messgeräte sind besonders geeignet für Fertigungsprüfungen von Bauteilen (z. B. LEDs, Solarmodule) und werden häufig bei IV-Tests der Herstellung von elektronischen Modulen und Untersystemen eingesetzt. Die Serie B2900A besteht aus vier Modellen: B2901A (888-2355); B2902A (888-2358), B2911A (888-2352) und B2912A (888-2361); sie unterscheiden sich in ihren Messspezifikationen und in der von der Anzahl der jeweils unterstützten SMU Kanäle (1 oder 2). Dies erleichtert die Auswahl der besten Preis/Leistungs-Option für die spezifischen Prüfungsanforderungen des jeweiligen Benutzers.

  • Unterstützt Ein-Kanal Konfiguration
  • Mindest-Quellenauflösung 1 pA/1 μV, Mindest-Messauflösung 100 fA/100 nV
  • Maximale Ausgangsleistung: 210 V, 3 A dc/10,5 A Impuls
  • Arbiträrsignalgenerations- und Digitalisierungsfähigkeiten ab 20 μs-Intervall
  • Integrierte 4-Quadranten-Quell- und Messmöglichkeiten
  • 4,3-Zoll-Farbdisplay unterstützt grafische und numerische Anzeigemodi
  • Anwendungssoftware zur Vereinfachung der PC-basierten Gerätesteuerung
  • Hoher Durchsatz und SCPI-Unterstützung von herkömmlichem SMU Befehlssatz

 

Position 6: „Kapazitätsmessgerät (LCR)“

Das Kapazitätsmessgerät erlaubt die Bestimmung der elektrischen Impedanz der Ventile und Pumpen. Dieser Wert gestattet u.a., Aussagen über die elektronische Ansteuerung der mikrofluidischen Bauelemente zu treffen. 

  • Test Frequenzbereich:10Hz bis 2 kHz (Genauigkeit: ± 0.01%, Auflösung: 4 Digits
  • Testfrequenz ist fortlaufend über gesamten Frequenzbereich oder ein Frequenzpunkt
  • 10 anwendungsspezifische Testparametersets lassen sich speichern und fortlaufend aufrufen
  • Grundgenauigkeit: 0.05% 
  • Maximale Messgeschwindigkeit: 25ms 
  • Kombination von 16 Haupt- und Neben-Parameter-Messungen und zusätzliche Überwachung von zwei Parametern. Maximal können auf dem Display 4 unterschiedliche Parameter gleichzeitig dargestellt werden. 
  • DC-Widerstandsmessung und interne DC-Spannungsquelle mit ± 2,5 V
  • PASS/FAIL Entscheidungen
  • Automatische Pegelkontrolle (Auto Level Control / ALC) 
  • BIN–Funktion bietet 9BIN und 1AUX, insgesamt 10 BIN, entspricht Bauteilesortierung in 10 Klassen 
  • 10 Stufen für Testabfolgen, wobei 10 Testparametersätze wie Frequenz, Spannung und Strom eingestellt und gespeichert werden können. 
  • Farb-LCD-Display: 8,9 cm-Diagonale, (3,5 Zoll)
  • Standard Interface: RS-232C, USB-Speicher und Handler-Interface

 

Position 7: „Mikrofluidik Ausstattung“

Bei der mikrofluidischen Ausstattung handelt es sich um Geräte und Sensoren für die kontrollierte Bereitstellung der zu pumpenden oder zu steuernden Medien (Flüssigkeiten und Gase). Die Sensoren dienen zur Bestimmung von Flussraten und Drücke.

Dieser Sensor-Leser erreicht eine 11 Bits-Auflösung mit einer Abtastrate von bis zu 100 kHz und einem Sub-Auflösungsrauschen für Genauigkeitsstufen bei Sensormessungen bis zu 0,05% der vollen Skala und Reaktionszeiten bis zu 0,1 ms.

  • Abtastrate bis 10 kHz
  • Auflösung: 11 Bits (2048 cts)
  • 3 Bereiche: 0-1 V, 0-5 V, 0-10V
  • Kompatibel mit anderen Elveflow-Instrumenten
  • Messgeräusch unter Auflösung
  • Rauschunterdrückung mit einem 60-Grad-Tiefpassfilter 3. Ordnung

 

Position 8: „Hochvoltansteuerungen“

Die elektrostatischen NED-Antriebe der Pumpen und Ventile arbeiten mit höheren Steuerspannungen, so dass zu ihrem experimentellen Betrieb eine steuerbare Hochvoltansteuerung genutzt wird. 

 

Position 9: „FPGA- / DSP–Station“

Die FPGA- / DSP-Station dient im Projekt dem Austesten einer Ansteuerelektronik, bevor sie als Siliziumstruktur in die Mikropumpe bzw. ins Mikroventil integriert wird. 

 

Position 10: „DAQ-Einheiten“

Data-Aquisitions-Einheiten (DAQ-Einheiten) werden zur computergestützten Signalerzeugung und zur Datenerfassung bei einer Vielzahl von Experimenten benutzt. 

  • 8 Analogeingänge (14 bit Auflösung, 20 kS/s), 2 Analogausgänge (14 bit, 5 kS/s pro Kanal), 13 Digital-I/O-Leitungen
  • Lizenz für interaktives Messprogramm DAQExpress™
  • Geringes Gewicht und Busbetrieb für mobile Handhabung; USB-Kabel enthalten
  • Einfaches Verbinden von Sensoren und Signalen mithilfe von Schraubklemmanschlüssen
  • OEM-Ausführung erhältlich
  • Hinweis: Die Modelle USB-6002 und USB-6003 bieten höhere Abtastraten und Auflösungen.
  • Unterstützt ANSI C, C# .NET, VB .NET, LabVIEW, LabWindows™/CVI und Measurement Studio

 

Position 11: „Waferlevel-Prober-Station“

Die Waferlevel-Prober-Station wird eine Spezialanfertigung sein, welche uns ermöglicht, die Mikromanipulatoren (Position 2 in der Tabelle) flexibel am Mikroskop einzusetzen. Sie steht für die Bauelementecharakterisierung auf Waferlevelniveau zur Verfügung.

 

Position 12: „Reinraumzelt mit Ausrüstung“

Im Projekt erfolgen Messungen an offenen Silizium-Chips, welche gegen Umwelteinflüsse empfindlich sind, z. B. gegenüber Staubpartikeln. Das Reinraumzelt ermöglicht es, diese Umwelteinflüsse zu minimieren bzw. zu kontrollieren. 

  • Außenmaße: 2.460 x 1.860 x 2.650 mm (L x B x H)
  • Innenmaße: 2.400 x 1.800 x 2.200 mm (L x B x H)
  • Die Konstruktion besteht aus eloxierten Reinraum-Aluminiumprofilen, mit umlaufend 4 Ständerprofilen auf Stellfüßen, freitragend und selbststehend
  • 3 St. in die Decke eingelegte kompakte EC-Filter-Fan-Units 1.140 x 540 mm mit H14-Hochleistungsfilter für gleichmäßige Durchströmung des Zeltes
  • Die restliche Deckenfläche ist mit weißen, allseitig umleimten, Melaminplatten verschlossen
  • 4 St. gekapselte Unterbauleuchten mit je 28 W T5
  • Umlaufend PVC-Lamellenvorhänge, 1,0 mm dick, transparent, antistatisch, oben mit Klettband am Gestell befestigt, unten Bleiband, Vorhänge enden ca. 200 mm über dem Boden für Luftauslass
  • Umlaufend Kranzbleche, Farbe weißaluminium (RAL 9006), Deckenkonstruktion mit Trägerblechen aus verzinktem Stahlblech verstärkt
  • Der stufenlose Drehzahlsteller (Poti 0-10V) der FFU's und der Lichtschalter befinden sich an einem der Ständerprofile

Position 13: „Schwingungsgedämpfter Tisch“

Der schwingungsgedämpfte Tisch minimiert Erschütterungen und damit den Störeinfluss auf Bewegungsmessungen der Aktoren in der Mikropumpe und dem Mikroventil mit dem Micro-PIV und dem IR-Mikroskop.