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W. Smetana, B. Balluch, G. Stangl, S. Lüftl, S. Seidler:
"Processing procedures for the realization of fine structured channel arrays and bridging elements by LTCC-Technology";
Microelectronics Reliability, 49 (2009), 6; 592 - 599.

This report deals with technological procedures to provide channel partition walls of minimum width inside of Low Temperature Co-fired Ceramics (LTCC) micro fluidic devices demonstrated by means of the fabrication of parallel closely-spaced channels which may act as a specific functional part of a fluidic heat exchanger. Furthermore, the realization of single layer bridging elements inside of channels is discussed.
Such an element may be introduced as a delicate sensor substrate providing adequate thermal insulation and low thermal mass as well. The technological processing steps under consideration start with laser micromachining of green ceramic tapes using Nd-YAG-laser equipment and are followed by a modified low-pressure lamination step comprising the application of appropriate adhesives and the incorporation of polymer sacrificial volume materials (SVMs). Consequently, the increased fraction of involved organics requires an adequate adaptation of the firing process to provide a residue-free burnout.
Great attention is paid to the prevention of channel cross-section distortion and to the integrity of structures, verified by optical inspection of microsectioned samples. The optimized processing procedures enable the fabrication of channel arrays with a partition wall thickness as small as 100 lm, while single layer bridging elements may span a channel width of 4 mm.

Dieser Bericht befasst sich mit den technologischen Verfahren zur Herstellung von Kanal-Trennwänden mit minimaler Baubreite im Inneren von Low Temperature Co-fired Ceramics (LTCC) Mikrofluidik-Geräte anhand des Aufbaus von parallelen eng aufeinanderfolgenden Kanäle, die als spezifisch funktionaler Teil eines fluidischen Wärmetauschers dienen können. Weiter wird die Herstellung von Single Layer-Bridging Elementen innerhalb der Kanäle vorgestellt. Ein solches Element kann als feingliedriges Sensorsubstrat verwendet werden, welches eine angemessene thermische Isolation und geringe thermischer Masse hat. Die beschriebenen technologische Verfahrensschritte starten mit der Laser-Mikrobearbeitung von grünen keramische Folien mittels Nd-YAG-Laser-Anlagen anschließend folgt eine modifizierte Niederdruck-Laminierung bei der sowohl geeignete Klebstoffe und Polymer-Opfer-Volumen Materialien (SVM) eingebracht werden. Der erhöhte Anteil an organischen Bestandteilen erfordert eine entsprechende Anpassung des Brennvorgang um ein rückstandsfreies Ausbrennen zu ermöglichen.
Große Sorgfalt ist sowohl auf die Vermeidung von Kanalquerschnittverzerrungen als auch auf die Integrität von Strukturen zu legen, was durch optische Beurteilung von dünngeschnittenen Proben überprüft worden ist. Die optimierten Verarbeitungsverfahren ermöglichen die Herstellung von Kanalfeldern mit einer Trennwanddicke im Bereich von 100 µm, während die einzelnen
Überbrückungselemente eine Kanalbreite von 4 mm überspannen können.

LTCC, micro fluidic devices, ceramics, processing

http://dx.doi.org/10.1016/j.microrel.2009.02.023