Modellierung gekoppelter Effekte in Mikrosystemen auf ...
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3.2 ELEKTROSTATISCH ANGETRIEBENE MIKROMEMBRANPUMPE 29<br />
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Sensor#1 Sensor#2 Sensor#3 Sensor#4<br />
Stempelbreite 40 41 42 31<br />
Kragenbreite 8 7,5 7 13<br />
1,905 0,04 2,01 0,04 2,13 0,04 1,375 0,04<br />
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Tabelle 3.2: Eigenfrequenzen sowie Streuung der Meßwerte (Standardabweichung) für<br />
die e<strong>in</strong>zelnen Sensoren bestimmt mittels Resonanzmessungen.<br />
frequenz des Sensors wird dadurch verfälscht. Um aussagekräftige Ergebnisse zu erhalten,<br />
muß daher e<strong>in</strong> Kompromiß angestrebt werden, der es erlaubt, möglichst unverfälschte,<br />
aber dennoch meßtechnisch vernünftig auswertbare Meßwerte zu erhalten.<br />
¡<br />
Ist<br />
§<br />
dies<br />
� nicht möglich, muß variiert und mittels Gleichung 3.1 und 3.2 ¡<br />
<strong>auf</strong> den Fall<br />
extrapoliert werden.<br />
Die Kalibrierung der Messung erfolgt auch hier mittels der Referenzstruktur, deren Membran<br />
nicht beweglich ist.<br />
Die gemessenen Eigenfrequenzen der e<strong>in</strong>zelnen Sensoren s<strong>in</strong>d <strong>in</strong> Tabelle 3.2 <strong>auf</strong>gelistet.<br />
Wie erwartet, weisen die Sensoren mit dem schmaleren Kragen, d.h. der größeren mechanischen<br />
Steifheit, die höheren Eigenfrequenzen <strong>auf</strong>.<br />
Die Ergebnisse der dynamischen Charakterisierung der Sensoren ergänzen die statische<br />
Charakterisierung und werden zur Parameterextraktion und -identifizierung sowie zur Kalibrierung<br />
der Simulationen herangezogen.<br />
3.2 Elektrostatisch angetriebene Mikromembranpumpe<br />
Die <strong>in</strong> dieser Arbeit untersuchte Mikromembranpumpe wurde von Zengerle [160, 162]<br />
entwickelt, ihr Aufbau ist schematisch im Querschnitt <strong>in</strong> Abb. 3.10 dargestellt. Sie<br />
wird elektrostatisch angetrieben und repräsentiert e<strong>in</strong> komplexes Mikrosystem, dessen<br />
Betriebsverhalten durch zahlreiche Kopplungen zwischen verschiedenen physikalischen<br />
Domänen bestimmt wird. Die <strong>Modellierung</strong> stellt daher e<strong>in</strong>e Herausforderung sowohl<br />
<strong>auf</strong> Bauelemente- wie auch <strong>auf</strong> Systemebene dar, wobei hier <strong>auf</strong>grund der Komplexität<br />
und der sich daraus ergebenden schwierigen Handhabbarkeit der Simulation <strong>auf</strong> physikalischer<br />
Ebene der Systemaspekt besonders hervortritt. Mikropumpen, wie die hier<br />
vorgestellte, f<strong>in</strong>den unter anderem <strong>in</strong> Mikrodosiersystemen, Umweltanalysesystemen und<br />
mediz<strong>in</strong>ischen Dosiersystemen Verwendung [130, 155].<br />
Das Gesamtsystem besteht aus elektrostatischer Antriebse<strong>in</strong>heit, realisiert durch e<strong>in</strong>e mikromechanische<br />
Membran mit Gegenelektrode, der Pumpkammer, E<strong>in</strong>laß- und Auslaßventil,<br />
im vorliegenden Fall ausgeführt als passive Klappenventile, und den Zu- bzw. Ableitungen.<br />
Es ist aus mehreren Siliziumwafern zusammengesetzt, die mittels anisotroper<br />
Ätztechnik strukturiert werden (für E<strong>in</strong>zelheiten zum Herstellungsprozeß siehe [160]).<br />
Die Außenmaße der Pumpe betragen 7 mm � 7 mm � 2 mm.<br />
Beim Anlegen der Betriebsspannung ( �<br />
¡ 80 V bis 200 V) an die Antriebse<strong>in</strong>heit bewegt