Fertigung und Erprobung eines Mikro-Wirbelstromsensors zur Abstandsmessung

Sensorfertigung

Bei der Entwicklung und Fertigung des Wirbelstromsensors in Dünnfilmtechnik kommt eine Kombination aus unterschiedlichen dünnfilmtechnischen Prozessen, wie Beschichtungs-, Photolithographie- und Abtragsprozesse, zum Einsatz.

Für den richtigen Sensoraufbau müssen optimale Eigenschaften des magnetischen Materials erzielt werden. Unabhängig von den Sensorstrukturen wird zuerst eine Untersuchung der Sensorschichten vorgenommen. Die optimale NiFe- Zusammensetzung wurde bei Untersuchungen der magnetischen Eigenschaften der hergestellten Schichten ermittelt und für den Aufbau festgelegt. Da als Beschichtungsverfahren die galvanische Abscheidung gewählt wurde, sind die magnetischen Eigenschaften und die Zusammensetzung vom Abscheidematerial und von den Prozessparametern abhängig. Der Einfluss der Abscheidungsgeschwindigkeit wurde mit Hilfe von VSM-Messungen (magnetische Eigenschaften) und EDX-Analysen (Zusammensetzung) bewertet, woraus die optimalen Prozessparameter für den Herstellungsprozess festgelegt wurden.

Beim Aufbau des Wirbelstromsensors wurden drei Photolacksorten mit unterschiedlichen Schichtdicken und Auflösungen verwendet: zwei davon für galvanische Prozesse und der dritte Photoresist zur Einbettung. Für die Herstellung höherer Strukturen wurde der Photoresist AZ 9260 mit einer Auflösung von 4 bis 5 µm eingesetzt (siehe Tabelle 7.1).

Tabelle 7.1: Eingesetzte Photoresists

Resist	Viskosität [mm^2/s], bei 25°C	Wellenlängenbereich der höchsten Lichtempfindlichkeit [nm]	Nominale Schichtdicke [µm]
AZ 5214	24	310-420	1,15-1,6
AZ 9260	440	310-440	5,0-7,2
SU-8 2005	350	350-400	3-10
SU-8 25	2.525	350-400	15-40

Für die Spulen-, Leiter- und Viaherstellung wird der Photolack AZ 5214 verwendet. Dieser Photoresist besitzt eine hohe spektrale Empfindlichkeit und eine Auflösung, die bis in den Mikrometerbereich reicht. Neben der Positivstrukturierung kann dieser Photoresist auch für die Negativstrukturierung (durch einfache Bildumkehr) verwendet werden (sogenannter Reversal-Prozess).

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