Sistema Máximo del Sensor de la Detección de la Descarga Eléctrica Fabricado en el Substrato Flexible

por el Dr. Narendra Lakamraju

Narendra Lakamraju, Sameer M. Venugopal, Stephen M. Phillips y David R Allee, Universidad de Estado de Arizona
Autor Correspondiente: naren@asu.edu

Temas Revestidos

Extracto
Introducción
Diseño
     Cálculos
     Simulaciones
Fabricación
     Flujo De Proceso
     Grabado De Pistas Sacrificatorio del Silicio
Resultados de la Prueba
Conclusiones

Extracto

La exposición Contínua de personales a las ondas expansivas de la explosión se ha sabido para causar el daño interno que puede llevar al daño irremediable si no detectado temprano y por lo tanto la necesidad de diseñar los sensores que pueden detectar, registrar y visualizar la información de la descarga eléctrica. Presentamos el trabajo dando por resultado el diseño y la fabricación de los sensores pasivos de la descarga eléctrica en el substrato flexible para las funciones aumentadas portabilidad crecientes.

Introducción

el trauma del cerebro de la Cerrado-Carga es difícil diagnosticar y tratar ambos en el campo donde se requieren las decisiones rápidas, así como en un ambiente del hospital donde las decisiones tempranas pueden afectar el pronóstico a largo plazo para la recuperación y la rehabilitación. Las decisiones del Campo son cruciales puesto que la acción inmediata apropiada para el tratamiento puede tener un efecto grande sobre el pronóstico a largo plazo. Por Otra Parte, el conocimiento del tipo y de la severidad de la lesión cerebral traumática continuos es crítico importante en desarrollar y prescribir las estrategias más a largo plazo apropiadas de la rehabilitación. No ser ignorado es la importancia psicológica de poder proporcionar a expectativas realistas al paciente y su familia y cuidadores1,2.

Una solución extensamente desplegada, de poco costo para proporcionar a la medición máxima acumulativa exacta de la dosis del chorro será efectiva en directamente proporcionar a una mejor atención a los pacientes y en la activação del revelado de un modelo experimento-basado exacto para los modos y la severidad de la lesión cerebral traumática debido a los tipos, a las magnitudes y a las duraciones específicos de la dosis del chorro. El análisis razonado tecnológico es leverage las innovaciones recientes en electrónica flexible del substrato y las tecnologías de reproducción de imágenes integrando a MEMS-como el proceso de la fabricación del sensor para detectar del chorro (presión). Los sensores de integración de proceso, la electrónica y las visualizaciones de una única fabricación del tratamiento por lotes proporcionarán a más barato requerido para el despliegue a gran escala.

La etiqueta del sensor necesitará ser pasiva en naturaleza eliminar la necesidad de una fuente de la potencia constante de registrar la información3. La Integración de un elemento gráfico a la etiqueta permitirá a médicos de la clasificación leer y diagnosticar posiblemente la Lesión Cerebral Traumática (TBI) en el campo.

Este sistema del sensor se puede también utilizar en la aplicación de la explotación minera para detectar la cantidad de descarga eléctrica experimentada por los personales. Una versión modificada del sistema se puede también utilizar para calibrar la integridad de una estructura expuesta a las ondas expansivas contínuas y para evitar posiblemente el minado de accidentes. Las Etiquetas que miden la intensidad de las ondas expansivas que adhieren edificios durante demoliciones en áreas ocupadas pueden proporcionar a datos útiles hacia un mejor mando y niveles aceptables de la descarga eléctrica. La Intensidad de las ondas que emanan de fuentes audios se puede medir sin el uso del equipo costoso y del ajuste. Esta información se puede utilizar para determinar los niveles audios seguros para los módulos de escucha y para prevenir el daño auditivo debido a los fuertes ruidos.

Diseño

La etiqueta del sensor consiste en un sensor conectado con un elemento gráfico electroforético. El sensor tiene un condensador como la estructura con una membrana plegable suspendida encima de un electrodo fijo. La separación entre las membranas y el espesor de la membrana flexible se utiliza para controlar la punta del colapso. Cuando una onda de la presión pulso la membrana movible, desvía a través de la separación entre los electrodos y hace el contacto con el electrodo fijo. Sobre la fabricación contacto del electrodo, las fuerzas de Van der Waal y/o de Casimiro evitan que la membrana se mueva de nuevo a su posición original. El cambio en impedancia entre los dos electrodos entonces se utiliza para detectar un colapso y para activar el elemento gráfico a través de una red del resistor.

Cálculos

La presión del Colapso para un sensor se relaciona con el espesor de la membrana, espaciando en medio, el radio del sensor y la propiedad del metal tal y como se muestra en de (1).

ω (r) = [ω0 {1 - (ya montado)2}] ----- (1)

Donde está0 la desviación el ω en el centro de la membrana, a es el radio del sensor. La desviación en el centro del ω de la membrana0 es dada por (2),

ω0 = (p •a)4/(64 • D) ----- (2)

Donde está p la presión y la D aplicadas es la rigidez flexural de la membrana (3).

D = (E • t)2/12 [1-μ2] ----- (3)

E es el Módulo De Young, t es el espesor de la membrana y el μ es la relación de transformación de Poisson4.

Para reducir la complejidad del proceso de la fabricación y el número de máscaras requeridas para la fabricación, el radio del sensor y la separación entre las membranas es fijos y el espesor de la membrana variada para lograr diversas sensibilidades. También, la cuarta dependencia de la orden de la sensibilidad de presión al radio del sensor exige el mando ultra fino del grabado de pistas que define el radio del sensor que lleva a los costos crecientes. La separación entre las membranas se fija en los 0.5µm, el radio del sensor se fija hasta los 70µm y el espesor de la película De Aluminio se varía a partir del 0.6µm hasta el 1µm para variar la sensibilidad de 100kPa a 450kPa.

Simulaciones

Los diseños se prueban para las funciones y la operación usando Coventorware®, una herramienta de la simulación de uso general para la simulación de MEMS. Fig. 1 y Fig. 2 simulaciones de la demostración del sensor antes y después de la actuación. El modelo se exagera en z-AXIS para mostrar al detalle. La Dislocación de la membrana debido a una presión se muestra en las figuras y los resultados de simulaciones están de común acuerdo con valores calculados.

Cuadro 1. Modelo del sensor con los agujeros del grabado de pistas en el centro antes de la activación.
Cuadro 2. Modelo que muestra la desviación en la membrana del sensor después de la activación.

Las Simulaciones también ayudan con el diseño y la prueba de diversos configuraciones y materiales para la membrana superior. El Arsenal de sensores se conecta paralelamente para mejorar la sensibilidad de la etiqueta y para ayudar con tolerancia de avería de los sensores defectuosos al azar.

Fabricación

Las etiquetas del sensor se fabrican usando procesos estándar del Transistor de Película (TFT) Fina para asegurar compatibilidad con procesos del VLSI y para reducir costos de la fabricación. Los sensores se fabrican en un substrato flexible para asegurar conformalidad con la superficie de montaje que puede ser el dorso de un casco o de una corrección de reborde. Todos Los procesos usados para la fabricación de los dispositivos son bajas temperaturas para proteger la integridad del substrato.

Flujo De Proceso

El Primer paso de progresión en la fabricación de los sensores implica el pegar del substrato flexible del naphthalate del Polietileno (PLUMA) a un substrato del portador5. El proceso de la vinculación se realiza usando una pasta propietaria que pueda aguantar todas las fases de tratamiento realizadas en el substrato.

Después de la vinculación, una capa delgada del Aluminio que es chisporrotea depositado se utiliza para formar el electrodo de tierra. Se elige el Aluminio mientras que el material del electrodo mientras que ofrece buena selectividad del grabado de pistas al proceso sacrificatorio del desbloquear2 del grabado de pistas del xenondifluoride (XeF)6,7 que se realiza en el extremo. los 0.5µm que es el silicio grueso chisporrotean depositado para formar la capa sacrificatoria entre los dos electrodos. El electrodo superior también es formado modelando una capa De Aluminio depositada chisporroteo cuyo sea espesor eligió conseguir la sensibilidad deseada. Aunque las pruebas fueron realizadas usando el Aluminio filman otros materiales tales como metales con diverso Módulo De Young pueden ser elegidas. La separación entre los dos electrodos es creada grabando el ácido los agujeros completos del grabado de pistas del silicio ausente puestos a través del área del sensor. El paso de progresión Final en la fabricación implica el debonding del substrato de la PLUMA con los dispositivos fabricados del substrato del portador. La Fig. 3, 4 y 5 muestra el flujo de proceso usado para la fabricación de los sensores de la descarga eléctrica. Después De Que los sensores debonded del substrato del portador una cinta del material electroforético se asocia para indicar la activación del sensor.

Cuadro 3. electrodo de tierra del Depósito y del modelo para el sensor
El Cuadro 4. capa sacrificatoria del silicio del Depósito siguió por el metal superior.
El Cuadro 5. metal superior del Modelo con los agujeros del grabado de pistas y realiza el grabado de pistas sacrificatorio para release/versión la estructura.

Grabado De Pistas Sacrificatorio del Silicio

Un proceso gaseoso2 regulado del grabado de pistas del silicio de XeF se utiliza para definir la talla del sensor y para eliminar la necesidad de una máscara adicional de modelar la capa del silicio que a su vez baja el coste unitario de la etiqueta del sensor.

Un sistema básico2 del grabado de pistas de XeF consiste en una fuente2 de XeF conectada con una cámara de dilatación que a su vez se conecte al compartimiento del dispositivo. XeF2 es un macizo pero tiene una presión de vapor inferior el hacer del macizo cambiar al gas en la temperatura ambiente y la presión atmosférica. Para controlar el proceso del grabado de pistas, el macizo se permite desplegarse a una presión del conjunto en una cámara de dilatación. El gas entonces se permite incorporar el compartimiento del dispositivo que sujeta la muestra. El gas se permite reaccionar por un tiempo predeterminado también designado la duración de ciclo, después de que el etchant se utilice totalmente encima del compartimiento se bombee fuera y el proceso relanzado para un determinado número de ciclos. Un índice del grabado de pistas de 2µm/min se observa cuando la presión de la extensión se fija a 2.7mTorr. La naturaleza Gaseosa de las ayudas etchant vence el stiction común en las estructuras release/versión usando un etchant mojado. el grabado de pistas 8 completa un ciclo cada 60 segundos fue encontrado de largo para ser adecuado para release/versión los sensores.

Los Retratos de los sensores fabricados en los substratos de la PLUMA se muestran en Fig. 6 y la Fig. 7. Fig. 6 demostraciones un sensor con las pistas para la medición de la resistencia y Fig. 7 muestra una etiqueta integrada del sensor con el elemento gráfico.

Cuadro 6. Imagen de un sensor fabricado que muestra el arsenal del sensor en las pistas del centro y de la medición alrededor del borde.
El Cuadro 7. arsenal del Sensor integró con el elemento gráfico.

Resultados de la Prueba

Imágenes Ópticas y de la exploración de electrón de los sensores después de que la fabricación confirme el desbloquear de las membranas y ayude a refinar el proceso de la fabricación. Imagen de sensores antes y después de que la activación valida el diseño. Las imágenes Ópticas de los sensores se muestran en Fig. 8.

Cuadro 8. imagen Óptica de arsenal del sensor que muestra los sensores antes y después de la activación.
El Cuadro 9. imagen de SEM y un corte de la BOLA de la demostración del sensor deformó la membrana.

La Fig. 9 muestra una imagen de SEM de un sensor que indica el cambio en membrana antes y después de la activación. Un corte Enfocado del Haz (FIB) de Ión a través de uno de la membrana se realiza para confirmar la separación entre la membrana y el electrodo de tierra. Sobre la verificación del colapso de la membrana, las mediciones de la resistencia a través de los dos electrodos se registran para los diversos sensores y las lecturas se enumeran en el Cuadro 1.

Resistencias del Cuadro 1. para diversos sensores antes y después de la activación.

Mediciones de la Resistencia
Resistencia
100kPa
300kPa
450kPa
Antes de la Activación
9.5MΩ
50MΩ
10.5MΩ
Después de la Activación
15MΩ
14MΩ
16MΩ

Los resultados del Preliminar de los dispositivos fabricados en los substratos flexibles de la PLUMA son muy prometedores y la prueba de dispositivos en un tubo de descarga eléctrica calibrado está en curso en la Investigación del Soldado de Natick del Ejército de los EE. UU., el Revelado, y el Centro en Natick, MA de la Ingeniería.

Conclusiones

Los sensores Pasivos de la presión de la onda expansiva capaces de detectar y de registrar la intensidad de explosiones se han fabricado en los substratos flexibles de la PLUMA. El condensador de MEMS tiene gusto de las estructuras que hacen membranas plegables con los elementos gráficos electroforéticos integrados haber fabricado para detectar y para registrar presiones de 100kPa a 450kPa. Los Datos que resultan de la prueba inicial se están utilizando para refinar el diseño del sensor y para integrar los sensores múltiples para la huella reducida del pie y rango y resolución crecientes.


Referencias

  1. Douglas S. DeWitt y Donald S. Prough, “Chorro-Indujeron la Lesión Cerebral e Hipotensión y Hypoxemia de Posttraumatic,” Págs. 877-887, Junio de 2009.
  2. D. El Encargado, “TBI Militar Durante el Iraq y Afganistán Guerrea,” Traumatismo Craneal Rehabil del J., Vol. 21, Págs. 398-402, 2006.
  3. Ng del T., A.C. Arias, J.H. Daniel, S. Garner, L. Lavery, S. Sambandan y G.L. Whiting. Cinta impresa Flexible del sensor para los diagnósticos de la lesión cerebral traumática suave. Presentado en IDTechEx Imprimió la Electrónica Asia.
  4. S.P. Timoshenko, “Teoría de Placas y de Shelles”, McGraw-Colina, 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 y N. Colaneri, “Visualizaciones Electroforéticas de la Matriz Activa en los Substratos Bajo Fianza Temporales del Acero Inoxidable con 180 [grado] C uno-Si: H TFTs,” SID, Vol. 39, Págs. 422-424, Mayo de 2008, 2008.
  6. L.R. Arana, Mas del N.D., R. Schmidt, A.J. Francisco, M.A. Schmidt y K.F. Jensen, “aguafuerte Isotrópica del silicio en el gas del flúor para MEMS micromachining,” Microingeniería de J Micromech, Vol. 17, Págs. 384-392, 2007.
  7. I. aguafuerte del pulso de la fase de W.T. Chan, de K.B. Brown, de R.P.W. Lawson, de A.M. Robinson, de Yuan MA y de D. Strembicke, “de Gas del silicio para MEMS con difluoride del xenón,” Electrical y Ingeniería Informática, Conferencia Canadiense 1999 de IEEE conectado, Vol. 3, Págs. 1637-1642 vol.3, 1999.

Derechos De Autor AZoNano.com, MANCEF.org

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

Last Update: 14. June 2013 04:44

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