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Sistema Di Punta del Sensore di Rilevazione di Scossa Da Costruzione sul Substrato Flessibile

da Dott. Narendra Lakamraju

Narendra Lakamraju, Sameer M. Venugopal, Stephen M. "phillips" e David R Allee, Arizona State University
Autore Corrispondente: naren@asu.edu

Argomenti Coperti

Estratto
Introduzione
Progettazione
     Calcoli
     Simulazioni
Montaggio
     Flusso Trattato
     Incissione All'acquaforte Sacrificale del Silicio
Risultati dei Test
Conclusioni

Estratto

L'esposizione Continua del personale alle onde di urto di esplosione è stata conosciuta per causare il danno interno che può piombo a danno irreparabile se non individuato presto e quindi la necessità progettare i sensori che possono individuare, registrare e video le informazioni di scossa. Presentiamo il lavoro con conseguente progettazione e lavorazione dei sensori passivi di scossa sul substrato flessibile per funzionalità migliorata la trasferibilità aumentata.

Introduzione

il trauma del cervello della Chiuso-Testa è difficile da diagnosticare e trattare entrambi nel campo in cui le decisioni rapide sono richieste come pure in un ambiente dell'ospedale in cui le decisioni iniziali possono urtare la prognosi a lungo termine per il ripristino ed il ripristino. Le decisioni del Campo sono cruciali poiché l'azione immediata appropriata per il trattamento può avere un grande effetto sulla prognosi a lungo termine. Inoltre, la conoscenza del tipo e della severità di trauma cranico traumatico continui è estremamente importante nello sviluppare e nella prescrizione delle strategie più a lungo termine appropriate di ripristino. Non essere trascurato è l'importanza psicologica di potere fornire le aspettative realistiche al paziente e la suoi famiglia e badante1,2.

Una soluzione ampiamente spiegata e redditizia per fornire la misura di punta cumulativa accurata della dose di fischio sarà efficace direttamente nella fornitura della cura paziente migliore e nel permettere allo sviluppo ad un di un modello basato a esperimento accurato per i modi e la severità di trauma cranico traumatico dovuto i tipi specifici, le grandezze e le durate di dosi di fischio. La spiegazione razionale tecnologica è di fare leva le innovazioni recenti nell'elettronica flessibile del substrato e le tecnologie di visualizzazione integrando un trattamento del tipo di MEMS di montaggio del sensore per la percezione di fischio (pressione). I sensori d'integrazione trattati, l'elettronica e le visualizzazioni di un montaggio singolo in lotti forniranno il più a basso costo richiesto per distribuzione su vasta scala.

Il tag del sensore dovrà essere passivo in natura eliminare la necessità per un'offerta di potenza costante di registrare le informazioni3. L'Integrazione di un elemento di visualizzazione al tag permetterà all'erba medica della valutazione di leggere e possibilmente diagnosticare il Trauma Cranico Traumatico (TBI) nel campo.

Questo sistema del sensore può anche essere utilizzato nell'applicazione di estrazione mineraria per individuare la quantità di scossa sperimentata dal personale. Una versione modificata del sistema può anche essere usata per misurare l'integrità di una struttura esposta alle onde di urto continue e possibilmente per evitare l'estrazione mineraria degli incidenti. I Tag che misurano l'intensità delle onde di urto che attaccano i beni immobili durante le demolizioni nelle aree occupate possono fornire i dati utili verso migliore controllo ed i livelli accettabili di scossa. L'Intensità delle onde che derivano dalle audio sorgenti può essere misurata senza l'uso di strumentazione costosa e dell'impostazione. Questi informazioni possono essere usate per determinare gli audio livelli sicuri per gli ascoltatori e per impedire il danno uditivo dovuto i rumori forti.

Progettazione

Il tag del sensore consiste di un sensore connesso ad un elemento di visualizzazione elettroforetico. Il sensore ha un condensatore come la struttura con una membrana pieghevole sospesa sopra un elettrodo fisso. Il gioco fra le membrane e lo spessore della membrana flessibile è usato per gestire il punto di crollo. Quando un'onda di pressione direzione la membrana mobile, devia attraverso il gioco fra gli elettrodi e stabilisce il contatto con l'elettrodo fisso. Rendendo a contatto l'elettrodo, le forze di Van der Waal e/o di Casimir impediscono la membrana muoversi di nuovo alla sua posizione originale. Il cambiamento nell'impedenza fra i due elettrodi poi è usato per individuare un crollo e per attivare l'elemento di visualizzazione attraverso una rete di resistenza.

Calcoli

La Pressione di rottura per un sensore è collegata con lo spessore della membrana, spaziante in mezzo, il raggio del sensore ed i beni del metallo secondo le indicazioni di (1).

ω (r) = [ω0 {1 - (r/a)2}] ----- (1)

Dove il ω0 è la deformazione al centro della membrana, la a è il raggio del sensore. La deformazione al centro del ω della membrana0 è data vicino (2),

ω0 = (P •)4/(di a 64 • D) ----- (2)

Dove P è la pressione e la D applicate è la rigidità flessionale della membrana (3).

D = (E • t)2/12 [1-μ2] ----- (3)

La E è il Modulo Di Young, la t è lo spessore della membrana e il μ è il rapporto di Poisson4.

Per diminuire la complessità del trattamento di montaggio ed il numero delle maschere richieste per montaggio, il raggio del sensore ed il gioco fra le membrane è fissi e lo spessore della membrana diversa per raggiungere le sensibilità differenti. Inoltre, la quarta dipendenza di ordine della sensibilità alla pressione al raggio del sensore richiede il controllo ultra fine incissione all'acquaforte che definisce il raggio del sensore che piombo ai costi aumentati. Il gioco fra le membrane è fissato a 0.5µm, il raggio del sensore è impostato a 70µm e lo spessore della pellicola Di Alluminio è variato da 0.6µm a 1µm per variare la sensibilità da 100kPa a 450kPa.

Simulazioni

Le progettazioni sono provate a funzionalità e ad operazione facendo uso di Coventorware®, uno strumento di simulazione comunemente usato per simulazione di MEMS. Fig. 1 e Fig. 2 simulazioni di manifestazione del sensore prima e dopo l'attuazione. Il modello è esagerato nell'z-asse per mostrare il dettaglio. Lo Spostamento della membrana dovuto una pressione è indicato nella le figure ed i risultati dalle simulazioni sono in accordo i valori calcolati.

Figura 1. Modello del sensore con i fori incissione all'acquaforte nel mezzo prima dell'attivazione.
Figura 2. Modello che mostra deformazione nella membrana del sensore dopo l'attivazione.

Le Simulazioni egualmente aiutano con la progettazione e verificare le configurazioni e dei materiali differenti a membrana superiore. La Schiera dei sensori è connessa parallelamente per migliorare la sensibilità del tag e per aiutare con tolleranza ai guasti dai sensori difettosi casuali.

Montaggio

I tag del sensore da costruzione facendo uso dei trattamenti standard del Transistor di Pellicola (TFT) Sottile per assicurare la compatibilità con i trattamenti di VLSI e per diminuire i costi di montaggio. I sensori da costruzione su un substrato flessibile per assicurare il conformality con la superficie di montaggio che può essere la parte posteriore di un casco o di una toppa di spalla. Tutti I trattamenti usati per la lavorazione delle unità sono basse temperature per proteggere l'integrità del substrato.

Flusso Trattato

Il Primo punto nella lavorazione dei sensori comprende saldare il substrato flessibile del naphthalate del Polietilene (PENNA) ad un substrato dei portafili5. Il trattamento di legame è eseguito facendo uso di un composto privato che può resistere a tutte le fasi di lavorazione eseguite sul substrato.

A Seguito di legame, uno strato sottile di Alluminio che è polverizza depositato è usato per formare l'elettrodo inferiore. L'Alluminio è scelto mentre il materiale dell'elettrodo mentre offre la buona selettività incissione all'acquaforte al trattamento sacrificale della versione2 incissione all'acquaforte di xenondifluoride (XeF)6,7 che è eseguito all'estremità. 0.5µm che il silicio spesso è polverizzano depositato per formare il livello sacrificale fra i due elettrodi. L'elettrodo superiore egualmente è costituito dal modello del livello Di Alluminio depositato la polverizzazione di cui lo spessore è ha scelto di ottenere la sensibilità desiderata. Sebbene le prove siano eseguite facendo uso di Alluminio filmi altri materiali quali i metalli con il Modulo Di Young differente possano essere scelte. Il gioco fra i due elettrodi è creato incidendo i fori accurati incissione all'acquaforte del silicio assente collocati attraverso l'area del sensore. La Tappa finale nel montaggio comprende debonding il substrato della PENNA con le unità da costruzione dal substrato dei portafili. Le Fig. 3, 4 e 5 mostrano il flusso trattato usato per la lavorazione dei sensori di scossa. Dopo Che i sensori debonded dal substrato dei portafili un nastro di materiale elettroforetico è fissato per indicare l'attivazione del sensore.

Figura 3. elettrodo inferiore del reticolo e del Deposito per il sensore
La Figura 4. livello sacrificale del silicio del Deposito ha seguito da metallo superiore.
La Figura 5. metallo superiore del Reticolo con i fori incissione all'acquaforte ed esegue incissione all'acquaforte sacrificale per rilasciare la struttura.

Incissione All'acquaforte Sacrificale del Silicio

Un trattamento gassoso2 cronometrato incissione all'acquaforte del silicio di XeF è usato per definire la dimensione del sensore e per eliminare la necessità per una maschera supplementare di modellare il livello del silicio che a sua volta abbassa il costo unitario del tag del sensore.

Un sistema di base2 incissione all'acquaforte di XeF consiste di una sorgente2 di XeF connessa ad una camera di Wilson che a sua volta è collegata alla camera dell'unità. XeF2 è un solido ma ha una pressione di vapore bassa indurre il solido a cambiare a gas alla temperatura ambiente ed alla pressione atmosferica. Per gestire il trattamento incissione all'acquaforte, il solido è permesso espandersi ad una pressione dell'insieme in una camera di Wilson. Il gas poi è permesso entrare nella camera dell'unità che tiene il campione. Il gas è permesso reagire per un tempo predeterminato anche citato come il tempo di ciclo, dopo che il etchant è completamente esaurito la camera è pompato fuori ed il trattamento ripetuto per un numero prestabilito di cicli. Una tariffa incissione all'acquaforte di 2µm/min è osservata quando la pressione di espansione è fissata a 2.7mTorr. La natura Gassosa delle guide etchant sormonta lo stiction comune in strutture rilasciate facendo uso di un etchant bagnato. incissione all'acquaforte 8 cicla ogni 60 secondi di lunghezza è risultata adeguata per il rilascio dei sensori.

Le Maschere dei sensori da costruzione sui substrati della PENNA sono indicate nella Fig. 6 e la Fig. 7. la Fig. 6 manifestazioni un sensore con i cuscinetti per la misura della resistenza e la Fig. 7 mostra un tag integrato del sensore con l'elemento di visualizzazione.

Figura 6. Immagine di un sensore da costruzione che mostra la schiera del sensore nei cuscinetti di misura e del mezzo intorno alla barriera.
La Figura 7. schiera del Sensore ha integrato con l'elemento di visualizzazione.

Risultati dei Test

Immagini di scansione ed Ottiche di elettrone dei sensori dopo che il montaggio conferma la versione delle membrane e contribuisce a raffinare il trattamento di montaggio. Immagine dei sensori prima e dopo l'attivazione convalida la progettazione. Le immagini Ottiche dei sensori sono indicate nella Fig. 8.

Figura 8. immagine Ottica della schiera del sensore che mostra i sensori prima e dopo l'attivazione.
La Figura 9. immagine di SEM e un taglio di MENTIRE della rappresentazione del sensore ha deformato la membrana.

La Fig. 9 mostra un'immagine di SEM di un sensore che indica il cambiamento in membrana prima e dopo l'attivazione. Un taglio Messo A Fuoco (FIB) del Raggio Ionico attraverso uno della membrana è eseguito per confermare il gioco fra la membrana e l'elettrodo inferiore. Sopra la verifica del crollo della membrana, le misure della resistenza attraverso i due elettrodi sono registrate per vari sensori e le letture sono quotate in Tabella 1.

Resistenze della Tabella 1. per i sensori differenti prima e dopo l'attivazione.

Misure di Resistenza
Resistenza
100kPa
300kPa
450kPa
Prima dell'Attivazione
9.5MΩ
50MΩ
10.5MΩ
Dopo l'Attivazione
15MΩ
14MΩ
16MΩ

I risultati di Preliminare dalle unità da costruzione sui substrati flessibili della PENNA molto stanno promettendo e le prove delle unità in un tubo di scossa calibrato sono in corso alla Ricerca, allo Sviluppo, & a Costruire del Soldato di Natick dell'Esercito Americano Il Centro in Natick, MA.

Conclusioni

I sensori Passivi di pressione dell'onda di urto capaci di rilevazione e di registrazione dell'intensità delle esplosioni da costruzione sui substrati flessibili della PENNA. Il condensatore di MEMS gradisce le strutture che fanno da costruzione le membrane pieghevoli con gli elementi di visualizzazione elettroforetici integrati per individuare e registrare le pressioni da 100kPa a 450kPa. I Dati che derivano dalla prova iniziale stanno usandi per migliorare la progettazione del sensore e per integrare i sensori multipli per la stampa diminuita del piede ed intervallo e risoluzione aumentati.


Riferimenti

  1. Douglas S. DeWitt e Donald S. Prough, “da Trauma Cranico Indotto da fischio ed Ipotensione Post - traumatica e Hypoxemia,„ Pp. 877-887, Giugno 2009.
  2. D. Custode, “TBI Militare Durante l'Irak e le Guerre di Afghanistan,„ Trauma Capo Rehabil del J., Volume 21, Pp. 398-402, 2006.
  3. NG del T., A.C. Arias, J.H. Daniel, S. Garner, L. Lavery, S. Sambandan e G.L. Whiting. Nastro stampato Flessibile del sensore per i sistemi diagnostici del trauma cranico traumatico delicato. Presentato a IDTechEx Ha Stampato l'Elettronica Asia.
  4. S.P. Tymošenko, “Teoria delle Zolle e degli Shell„, McGraw-Hill, 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 e N. Colaneri, “Visualizzazioni Elettroforetiche della Matrice Attiva sui Substrati Tenuti Da Adesivo Temporanei dell'Acciaio Inossidabile Con 180 [grado] un-Si di C: H TFTs,„ SID, Volume 39, Pp. 422-424, Maggio 2008, 2008.
  6. L.R. Arana, Mas del N D., R. Schmidt, A.J. Franz, M.A. Schmidt e K.F. Jensen, “incisione Isotropa del silicio in gas del fluoro per MEMS che micromachining,„ Microingegneria di J Micromech, Volume 17, Pp. 384-392, 2007.
  7. I. incisione di impulso di fase gassosa di W.T. Chan, di K.B. Brown, di R.P.W. Lawson, DI MATTINA di Robinson, di Yuan MA e di D. Strembicke, “Del silicio per MEMS con il difluoruro del xeno,„ Electrical e Ingegneria Informatica, Conferenza Canadese 1999 di IEEE sopra, Volume 3, Pp. 1637-1642 vol.3, 1999.

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

Last Update: 14. June 2013 04:16

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