Oven controlled package for MEMS devices
Tezin Türü: Yüksek Lisans
Tezin Yürütüldüğü Kurum: Orta Doğu Teknik Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, MAKİNE MÜHENDİSLİĞİ ANABİLİM DALI, Türkiye
Tezin Onay Tarihi: 2023
Tezin Dili: İngilizce
Öğrenci: BÜŞRA ERDOĞAN
Asıl Danışman (Eş Danışmanlı Tezler İçin): Kıvanç Azgın
Eş Danışman: Özgür Bayer
Açık Arşiv Koleksiyonu: AVESİS Açık Erişim Koleksiyonu
Özet:Bu tez, paket düzeyinde bir MEMS sensörü için bir sıcaklık kompanzasyon yaklaşımını rapor etmektedir. Araştırma, dahili bir kapalı devre sıcaklık denetleyicisi ile MEMS sensörünün vakum seviyesi paketinin tasarımını, modellenmesini, fabrikasyonunu ve karakterizasyonunu içerir. Tasarımın birincil amacı, MEMS sensörü için sıcaklık kontrollü bir ortam yaratmaktır. Bir sıcaklık kontrol yüzeyi oluşturmak için bir alümina malzeme seçilir. MEMS sensörü alümina tabanın üzerine konumlandırılır. Alümina taban üzerindeki ısıtma elemanları metal serilmesi ile oluşturulurken sıcaklık algılaması termistörler ile sağlanmaktadır. Paket, lehimleme yoluyla bir kapakla kapatılır ve iç boşluğu vakumlamak için bir bakır boru kullanılır. Kıstırma yöntemi, bakır boruyu kapatmak için kullanılır. Mevcut literatürden farklı olarak bu araştırma, sıcaklık kontrolünün yalnızca MEMS sensörü ile sınırlı olmadığını, aynı zamanda sinyal yükseltici devresini de kapsadığını öne sürmektedir. Bu nedenle alümina malzeme üzerinde oluşturulan trans-empedans yükseltici (TIA) devresi paketin arka tarafında, sıcaklık kontrol yüzeyinin karşı tarafında konumlandırılmıştır. Sonuç olarak, sıcaklık kontrol yüzeyi TIA devresi için de kullanıma hazır hale gelir. Sistemin ısıl modelini anlamak ve kapalı çevrim sıcaklık kontrolörü elde etmek için analitik bir model geliştirilmiştir. Analitik modele ek olarak, sonlu elemanlar modeli (FEM) temel birkaç sebep ile oluşturulur. İlki, üretime başlamadan önce sistemin tasarım kontrolü ve ısıtma elemanlarının paketi stabilize edebilmesinin sağlanmasıdır. İkincisi, test verilerini kullanarak ısı transfer katsayısını elde etmek ve bununla sistemin zamana bağlı davranışını analiz etmektir. Son olarak, kapalı döngü sıcaklık kontrolörünü sonlu elemanlar analizinden kullanarak oluşturmaktır. Sıcaklık kontrol yüzeyinin imalatı, trans-empedans yükselteç devresi, tüm elemanların uygulanması ve testleri ODTÜ MEMS Merkezi'nde yapılmaktadır. Test fazında, analitik model ve sonlu elemanlar modeli yaklaşımları kullanılarak MEMS sensörü tanımlanır. Sistem düzeyinde testler, çalışma sıcaklıkları bu aralık içinde tanımlandığından, 5 °C ile 35 °C arasında sıcaklık kontrolü olan ve olmayan bir iklim odasında gerçekleştirilir. 5 °C ile 35 °C arasında, MEMS sensörünün eş fazlı modunun rezonans frekansı, bir fırın kontrolü olmadığında 3120 Hz sapar. Tersine, kapalı devre bir sıcaklık kontrol cihazında rezonans frekansının sapması 380 Hz'dir. Benzer şekilde, sıcaklık kontrolörü olmadan faz dışı modun sapması 3140 Hz iken, sıcaklık kontrolörü ile 154 Hz'dir.