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HöchstSchock-Befund-Fühler-Anlage Fabriziert auf Flexibler Substratfläche

durch Dr. Narendra Lakamraju

Narendra Lakamraju, Sameer M. Venugopal, Stephen M. Phillips und David R Allee, Staat Arizona-Universität
Entsprechender Autor: naren@asu.edu

Themen Umfaßt

Zusammenfassung
Einleitung
Auslegung
     Berechnungen
     Simulationen
Fälschung
     ProzessFluss
     Silikon OpferÄtzung
Testergebnisse
Schlussfolgerungen

Zusammenfassung

Kontinuierliche Aussetzung des Personals zu den Explosionsdruckwellen bekannt, um internen Schaden zu verursachen, der zu nicht wieder gutzumachend Schaden, wenn er nicht früh und folglich den, Bedarf entdeckt wird führen kann, Fühler zu konstruieren, die Schockinformationen entdecken, aufzeichnen und anzeigen können. Wir stellen Arbeit mit dem Ergebnis der Auslegung und der Fälschung von passiven Schockfühlern auf flexibler Substratfläche für erhöhte Portabilität erhöhte Funktionalität dar.

Einleitung

Geschlossen-Köpfiges Gehirntrauma ist schwierig, beide auf dem Gebiet, in dem schnelle Entscheidungen gefordert werden, sowie in einer Krankenhausumgebung zu bestimmen und zu behandeln, in der frühe Entscheidungen die langfristige Prognose für Bergung und Rehabilitation auswirken können. Bereichentscheidungen sind entscheidend, da passende Sofortmaßnahme für Behandlung einen großen Effekt auf die langfristige Prognose haben kann. Außerdem sind Kenntnisse des Baumusters und der Schwere der traumatischen Gehirnverletzung gestützt kritisch wichtig, wenn man die passenden langfristigeren Rehabilitationsstrategien entwickelt und vorschreibt. Nicht ignoriert zu werden ist die psychologische Bedeutung des In der Lage seins, realistische Erwartungen zum Patienten und seine oder Familie und Pflegekräfte zur Verfügung zu stellen1,2.

Eine breit ausgefahrene, kosteneffektive Lösung, zum des genauen kumulativen Höchstexplosionsdosismaßes bereitzustellen ist effektiv, wenn sie direkt bessere Patientenversorgung zur Verfügung stellt und wenn sie die Entwicklung eines genauen Experiment-basierten Baumusters für die Modi und die Schwere der traumatischen Gehirnverletzung wegen der spezifischen Baumuster, der Größen und der Dauer der Explosionsdosis aktiviert. Das technologische Grundprinzip ist, die neuen Innovationen in der flexiblen Substratflächenelektronik und die Displaytechnologien wirksam einzusetzen, indem es einen MEMS ähnlichen Fühlerfälschungsprozeß für das Ermittlen der Explosion (Druck) integriert. Prozessintegrierungsfühler, Elektronik und Bildschirmanzeigen einer einzelnen Stapelfälschung stellen das preiswerteste erforderliche für Breitschuppe Ausfahren zur Verfügung.

Das Fühlerwarnschild muss in der Natur passiv sein, den Bedarf an einer konstanten Stromversorgung zu beseitigen, die Informationen aufzuzeichnen3. Integration eines Bildschirmanzeigeelements zum Warnschild aktiviert Triageschneckenklee, Traumatische Gehirnverletzung auf dem Gebiet zu lesen (TBI) und vielleicht zu bestimmen.

Diese Fühleranlage kann in der Bergbauanwendung auch verwendet werden, um die Menge des Schocks zu entdecken erfahren vom Personal. Eine geänderte Version der Anlage kann auch verwendet werden, um die Festigkeit einer Zelle abzumessen, die kontinuierlichen Druckwellen und Bergbau vielleicht zu verhindern von Unfällen ausgesetzt wird. Warnschilder, die die Intensität von den Druckwellen messen, die Gebäude während der Demolierungen in den besetzten Bereichen haften, können nützliche Daten in Richtung zur besseren Regelung und zu den annehmbaren Schockstufen zur Verfügung stellen. Intensität von den Wellen, die von den Audioquellen ausströmen, kann ohne den Gebrauch von teurem Gerät und Installation gemessen werden. Diese Informationen können verwendet werden, um sichere Audiostufen für Zuhörer zu bestimmen und den Gehörschaden wegen der lauten Geräusche zu verhindern.

Auslegung

Das Fühlerwarnschild besteht aus einem Fühler, der an ein elektrophoretisches Bildschirmanzeigeelement angeschlossen wird. Der Fühler hat einen Kondensator wie Zelle mit einer zusammenklappbaren Membran, die über einer örtlich festgelegten Elektrode verschoben wird. Der Abstand zwischen den Membranen und der Stärke der flexiblen Membran werden verwendet, um den Einsturzpunkt zu steuern. Wenn eine Druckwelle die bewegliche Membran schlägt, lenkt sie über den Abstand zwischen die Elektroden ab und nimmt Kontakt mit der örtlich festgelegten Elektrode auf. Nach der Herstellung Kontakt der Elektrode, verhindern Kräfte Vans Der Waals und/oder Kasimirs, dass die Membran zurück zu seiner Ausgangsstellung sich bewegt. Die Änderung im Widerstand zwischen den zwei Elektroden wird dann verwendet, um einen Einsturz zu entdecken und das Bildschirmanzeigeelement durch ein Widerstandnetz zu aktivieren.

Berechnungen

Einsturzdruck für einen Fühler hängt mit der Stärke der Membran zusammen und zwischen sperrt, Radius des Fühlers und dem Eigentum des Metalls wie in (1) gezeigt.

ω (R) = [ω0 {1 - (vormontiert)2}] ----- (1)

Wo ω0 der Ausschlag in der Mitte der Membran ist, ist a der Radius des Fühlers. Der Ausschlag in der Mitte des Membran ω0 wird durch (2) gegeben,

ω0 = (P •A)4/(64 • D) ----- (2)

Wo P ist, ist der Pressdruck und das D die Biegesteifigkeit der Membran (3).

D = (E • t)2/12 [1-μ2] ----- (3)

E ist das Elastizitätsmodul, ist t die Stärke der Membran und μ ist Poissons Verhältnis4.

Um die Komplexität des Fälschungsprozesses und die Anzahl von den Masken zu verringern, die für Fälschung benötigt werden, ist der Radius des Fühlers und der Abstand zwischen den Membranen örtlich festgelegt und die Stärke der Membran, die unterschieden wird um verschiedene Empfindlichkeit zu erzielen. Auch die vierte Ordnungsabhängigkeit der Druckempfindlichkeit zum Radius des Fühlers verlangt die ultra feine Ätzungsregelung, die den Fühlerradius definiert, der zu erhöhte Kosten führt. Der Abstand zwischen den Membranen wird bei 0.5µm eingestellt, wird Radius des Fühlers bis 70µm eingestellt und Stärke des Aluminiumfilmes wird von 0.6µm bis 1µm unterschieden, um sich die Empfindlichkeit von 100kPa zu 450kPa zu unterscheiden.

Simulationen

Die Auslegungen werden auf Funktionalität und Operation unter Verwendung Coventorware®, ein Simulationshilfsmittel geprüft, das für MEMS-Simulation allgemein verwendet ist. Fig. 1 und Fig. 2 Showsimulationen des Fühlers vor und nach Betätigung. Das Baumuster wird im Zschwerpunkt übertrieben, um Sonderkommando zu zeigen. Distanzadresse der Membran wegen eines Drucks wird in den Abbildungen gezeigt und Ergebnisse von den Simulationen sind in Übereinstimmung mit berechneten Werten.

Abbildung 1. Baumuster des Fühlers mit Ätzungslöchern in der Mitte vor Aktivierung.
Abbildung 2. Baumuster, das Ausschlag in der Fühlermembran nach Aktivierung zeigt.

Simulationen helfen auch beim Konstruieren und bei der Prüfung von verschiedenen Konfigurationen und von Materialien auf die Spitzenmembran. Reihe Fühler werden parallel angeschlossen, um Empfindlichkeit des Warnschildes zu verbessern und bei der Fehlertoleranz von den gelegentlichen fehlerhaften Fühlern zu helfen.

Fälschung

Die Fühlerwarnschilder werden unter Verwendung der StandardDÜNNFILM-Transistorprozesse (TFT) fabriziert, um Kompatibilität mit VLSI-Prozessen sicherzustellen und Fälschungskosten zu verringern. Die Fühler werden auf einer flexiblen Substratfläche fabriziert, um Conformality mit der Befestigungsfläche sicherzustellen, die die Rückseite eines Sturzhelms oder der Schulteränderung am objektprogramm sein kann. Alle Prozesse, die für die Fälschung der Einheiten verwendet werden, sind die niedrigen Temperaturen, zum der Integrität der Substratfläche zu schützen.

ProzessFluss

Erster Schritt in der Fälschung der Fühler bezieht mit ein, die flexible Polyäthylen naphthalate (STIFT) Substratfläche zu einem Trägersubstrat zu kleben5. Der Masseverbindungsprozeß wird unter Verwendung eines eigenen Mittels durchgeführt, das alle Verarbeitungsschritte aushalten kann, die an der Substratfläche durchgeführt werden.

Nach Masseverbindung spritzen eine Dünnschicht des Aluminiums, das ist, abgegeben wird verwendet, um die Grundelektrode zu bilden. Aluminium wird während das Elektrodenmaterial gewählt, während es gute Ätzungsselektivität xenondifluoride (XeF)2 Opferätzungs-Freigabeprozeß anbietet, 6,7 der am Ende durchgeführt wird. 0.5µm, die starkes Silikon ist, spritzen abgegeben, um die Opferschicht zwischen den zwei Elektroden zu bilden. Die Spitzenelektrode wird auch gebildet, indem man eine Spritzung abgegebene Aluminiumschicht kopiert, deren Stärke beschloss, die gewünschte Empfindlichkeit zu erhalten ist. Obwohl die Prüfungen möglicherweise wurden durchgeführt unter Verwendung des Aluminiums filmt andere Materialien wie Metalle mit unterschiedlichem Elastizitätsmodul gewählt werden. Der Abstand zwischen den zwei Elektroden wird erstellt, indem man die gründlichen Ätzungslöcher des wegsilikons ätzt, die über den Bereich des Fühlers gelegt werden. Letzter Schritt in der Fälschung bezieht mit ein, die STIFT-Substratfläche debonding in fabrizierte Einheiten vom Trägersubstrat. Fig. 3, 4 und 5 zeigen den Prozessfluß, der für die Fälschung der Schockfühler verwendet wird. Nachdem die Fühler vom Trägersubstrat debonded, wird ein Streifen des elektrophoretischen Materials befestigt, um die Aktivierung des Fühlers anzuzeigen.

Abbildung 3. Einlage und des Musters Grundelektrode für den Fühler
Abbildung 4. Einlagensilikon-Opferschicht folgte vom Spitzenmetall.
Abbildung 5. Musterspitzenmetall mit Ätzungslöchern und führen Opferätzung durch, um Zelle freizugeben.

Silikon OpferÄtzung

Ein zeitgesteuerter Silikon-2 Ätzungsprozeß XeF gasförmiger wird verwendet, um die Größe des Fühlers zu definieren und den Bedarf an einer zusätzlichen Maske zu beseitigen, die Silikonschicht zu kopieren, die der Reihe nach die Stückkosten des Fühlerwarnschildes senkt.

Eine grundlegende XeF-2 Ätzungsanlage besteht aus einer XeF-2 Quelle, die an ein Ausdehnungsgefäß angeschlossen wird, das der Reihe nach mit der Einheitskammer verbunden wird. XeF2 ist, ein Körper aber hat einen niedrigen Dampfdruck, den Körper zu ändern, um bei Zimmertemperatur zu gasen und Atmosphärendruck zu veranlassen. Um den Ätzungsprozeß zu steuern, wird der Körper zu einem Setdruck in einem Ausdehnungsgefäß erweitern lassen. Das Gas wird dann die Einheitskammer eintragen gelassen, die die Probe anhält. Das Gas wird während einer vorbestimmten Zeit reagieren lassen, die auch als die Schleifenzeit gekennzeichnet ist, nachdem das etchant vollständig herauf die Kammer ist gepumpt heraus und der Prozess verwendet ist, der für eine Setanzahl von Schleifen wiederholt wird. Eine Ätzungskinetik von 2µm/min wird beobachtet, wenn der Reihenentwicklungsdruck auf 2.7mTorr eingestellt wird. Gasförmige Art der etchant Hilfen gleichen das stiction aus, das in den Zellen geläufig ist, die unter Verwendung eines nassen etchant freigegeben werden. Ätzung 8 komprimiert jede 60 Sekunden lang wurde gefunden, um für das Freigeben der Fühler ausreichend zu sein.

Abbildungen von den Fühlern, die auf STIFT-Substratflächen fabriziert werden, werden in Fig. 6 und in der Feige gezeigt. 7. Fig. 6 stellt dar, dass ein Fühler mit Auflagen für Widerstandmaß und Fig. 7 ein integriertes Fühlerwarnschild mit Bildschirmanzeigeelement zeigt.

Abbildung 6. Bild eines fabrizierten Fühlers, der die Fühlerreihe in den Mitte- und Maßauflagen um den Rand zeigt.
Abbildung 7. Fühlerreihe integrierte mit Bildschirmanzeigeelement.

Testergebnisse

Optische und Scannenelektronbilder der Fühler, nachdem Fälschung die Freisetzung von den Membranen bestätigen und helfen, den Fälschungsprozeß weiter zu entwickeln. Bild von Fühlern, bevor und nachdem Aktivierung die Auslegung validieren. Optische Bilder der Fühler werden in der Feige gezeigt. 8.

Abbildung 8. Optisches Bild von der Fühlerreihe Fühler vor und nach Aktivierung zeigend.
Abbildung 9. SEM-Bild und ein FLUNKEREI-Schnitt der Fühlervertretung verformte Membran.

Fig. 9 zeigt ein SEM-Bild eines Fühlers, der die Änderung in der Membran vor und nach Aktivierung anzeigt. Ein Fokussierter IonenTräger (FIB)schnitt über einem der Membran wird durchgeführt, um den Abstand zwischen der Membran und der Grundelektrode zu bestätigen. Nach Überprüfung des Membraneinsturzes, werden Widerstandmaße über den zwei Elektroden für verschiedene Fühler aufgezeichnet und die Anzeigen gedruckt in Tabelle 1. aus.

Tabelle 1. Widerstände für verschiedene Fühler vor und nach Aktivierung.

Widerstandmaße
Widerstand
100kPa
300kPa
450kPa
Vor Aktivierung
9.5MΩ
50MΩ
10.5MΩ
Nach Aktivierung
15MΩ
14MΩ
16MΩ

Einleitungsergebnisse von den Einheiten, die auf flexiblen STIFT-Substratflächen fabriziert werden, sind sehr viel versprechend und Prüfung von Einheiten in einem kalibrierten Schockgefäß sind in AMERIKANISCHE Armee-Natick-Soldat-Forschung, Entwicklung u. der Technik-Mitte in Natick, MA laufend.

Schlussfolgerungen

Die Passiven Druckwelledruckfühler, die zum Entdecken und zum Aufzeichnen von Intensität von Explosionen fähig sind, sind auf flexiblen STIFT-Substratflächen fabriziert worden. MEMS-Kondensator mögen Zellen, die zusammenklappbare Membranen mit integrierten elektrophoretischen Bildschirmanzeigeelementen fabriziert haben lassen, um Druck von 100kPa zu 450kPa zu entdecken und aufzuzeichnen. Die Daten, die aus Anfangsprüfung resultieren, werden verwendet, um die Fühlerauslegung weiter zu entwickeln und mehrfache Fühler für verringerten Fußdruck zu integrieren und erhöhte Reichweite und Auflösung.


Bezüge

  1. Douglas S. DeWitt und Donald S. Prough, „Explosion-Induzierte Gehirnverletzung und Posttraumatic Hypotonie und Hypoxemia,“ S. 877-887, Im Juni 2009.
  2. D. Aufseher, „Militär-TBI Während der Irak- und Afghanistan-Kriege,“ J.-Schädeltrauma Rehabil., Vol. 21, S. 398-402, 2006.
  3. T. Ng, A.C. Arias, J.H. Daniel, S. Garner, L. Lavery, S. Sambandan und G.L. Whiting. Flexibles Druckfühlerklebeband für Diagnosen der milden traumatischen Gehirnverletzung. Dargestellt bei IDTechEx Druckte Elektronik Asien.
  4. S.P. Timoshenko, „Theorie von Platten und von Shells“, McGraw-Hügel, 1940.
  5. S.M.O'Rourke, S.M. Venugopal, G.B. Raupp, D.R. Allee, S. Ageno, E.J. Bawolek, D.E. Loy, J.P. Kaminski, C. Moyer, B.O'Brien, K. Long, M. Marrs, D. Bottesch, J. Dailey, J. Trujillo, R. Cordova, M. Richards, D. Toy und N. Colaneri, „Aktive Grundmasse-Elektrophoretische Bildschirmanzeigen auf Vorübergehenden Geklebten Edelstahl-Substratflächen mit 180 [Grad] C dem EinSi: H TFTs,“ SID, Vol. 39, S. 422-424 2008 Im Mai 2008.
  6. L.R. Arana, N.D. Mas, R. Schmidt, A.J. Franz, M.A. Schmidt und K.F. Jensen, „Isotrope Radierung des Silikons im Fluorgas für micromachining MEMS,“ Mikroingenieurwesen J Micromech, Vol. 17, S. 384-392, 2007.
  7. I. Gasphaseimpulsradierung W.T. Chan, K.B. Brown, R.P.W. Lawson, A.M. Robinson, Yuans MA und D. Strembicke, „Des Silikons für MEMS mit Xenon difluoride,“ Elektrischer und Computertechnik, Kanadische Konferenz 1999 IEEE ein, Vol. 3, S. 1637-1642 vol.3, 1999.

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Date Added: Dec 15, 2010 | Updated: Jun 11, 2013

Last Update: 14. June 2013 04:12

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