There is 1 related live offer.

5% Off SEM, TEM, FIB or Dual Beam

Пиковая Система Датчика Обнаружения Удара Изготовленная на Гибком Субстрате

Др. Narendra Lakamraju

Narendra Lakamraju, Sameer M. Venugopal, Стефан M. Phillips и Дэвид R Allee, Государственный Университет Аризоны
Соответствуя автор: naren@asu.edu

Покрытые Темы

Конспект
Введение
Конструкция
     Вычисления
     Имитации
Изготовление
     Поток Процесса
     Etch Кремния Жертвенный
Результаты Теста
Заключения

Конспект

Была знаны, что причиняет Непрерывная выдержка персонала к ударным волнам взрыва внутреннее повреждение которое может вести к неисправимому ущербу если не обнаружено раньше и следовательно потребности конструировать датчики, то которые могут обнаружить, записать и показать данные по удара. Мы представляем работу приводящ к в конструкции и изготовлении пассивных датчиков удара на гибком субстрате для увеличенной функциональности увеличенной удобоносимостью.

Введение

травма мозга Закрыт-Головки трудно для того чтобы диагностировать и обработать оба в поле где быстрые решения необходимы, так же, как в окружающей среде больницы где предыдущие решения могут плотно сжать долгосрочный прогноз для спасения и реабилитации. Решения Поля критические в виду того что соотвествующие срочные меры для обработки могут иметь большое влияние на долгосрочном прогнозе. Сверх Того, знание типа и суровости травматичного вытерпели ушиба мозга, котор критически важно в начинать и предписывать соотвествующие более долгосрочные стратегии реабилитации. Быть проигнорированным психологическая важность мочь снабдить реалистические ожиданности пациент и его или её семейство и попечители1,2.

Широко раскрынное, рентабельное разрешение для предусмотрения точного кумулятивного пикового измерения дозы взрыва будет эффективно в сразу обеспечивать более лучшую терпеливейшую внимательность и в включать развитие точной эксперимент-основанной модели для режимов и суровости травматичного ушиба мозга должного к специфическим типам, величинам и продолжительности дозы взрыва. Технологическое рассуждение leverage недавние рационализаторства в гибкой электронике субстрата и технологии по воспроизведению изображений путем интегрировать a MEMS-как процесс изготовления датчика для воспринимать взрыва (давления). Датчики, электроника и дисплеи одиночного изготовления серии отростчатые интегрируя обеспечат самое недорогое необходимое для раскрытия широк-маштаба.

Бирке датчика будет нужно быть пассивной в природе исключить потребность для постоянн электропитания записать информацию3. Внедрение элемента дисплея к бирке позволит сотрудник военно-медицинской службы сортировки прочитать и по возможности диагностировать Травматичный Ушиб Мозга (TBI) в поле.

Эту систему датчика можно также использовать в применении минирования для того чтобы обнаружить количество удара испытанное персоналом. Доработанную версию системы можно также использовать для того чтобы калибровать герметичность структуры, котор подвергли действию к непрерывным ударным волнам и по возможности предотвращать минировать аварии. Бирки которые измеряют интенсивность ударных волн вставляя здания во время подрываний в многодельных областях могут обеспечить полезные данные к более лучшему управлению и приемлемым уровням удара. Интенсивность волн исходя от тональнозвуковых источников можно измерить без пользы дорогего оборудования и настроения. Эту информацию можно использовать для того чтобы определить безопасные тональнозвуковые уровни для операторов на приеме и предотвратить слуховое повреждение должное к сильным шумам.

Конструкция

Бирка датчика состоит из датчика соединенного к электрофорезному элементу дисплея. Датчик имеет конденсатор как структура при складная мембрана ая над фикчированным электродом. Дистанционирование между мембранами и толщиной гибкой мембраны использовано для того чтобы контролировать пункт сброса давления. Когда волна давления поражает подвижную мембрану, она отклонятьет через дистанционирование между электродами и кашется с фикчированным электродом. По касаться электрод, усилия Van der Waal's и/или Casimir предотвращают мембрану от двигать назад к своему первоначально положению. Изменение в импедансе между 2 электродами после этого использовано для того чтобы обнаружить сброс давления и активировать элемент дисплея через сеть резистора.

Вычисления

Давление Сброса Давления для датчика отнесено к толщине мембраны, размечая, радиусу датчика и свойству металла как показано в (1).

ω (r) = [ω0 {1 - (r/a)2}] ----- (1)

Где ω0 отклонение на центре мембраны, a радиус датчика. Отклонение на центре ω мембраны0 дается (2),

ω0 = (p •)4 a/(64 • D) ----- (2)

Где p прижимное усилие и D жесткость при изгибе мембраны (3).

D = (E • )2 t/12 [1-μ2] ----- (3)

E Young Модуль, t толщина мембраны и μ коэффициент Poisson4.

Для уменьшения сложности процесса изготовления и числа маск необходимы для изготовления, радиус датчика и дистанционирование между мембранами фикчированы и толщин мембраны поменянной для того чтобы достигнуть различных чувствительностей. Также, четвертая зависимость заказа чувствительности давления к радиусу датчика требует ультра точному управлению etch определяя радиус датчика который водит к увеличенным ценам. Дистанционирование между мембранами установлено на 0.5µm, радиус датчика установлен до 70µm и толщина Алюминиевого фильма поменяна от 0.6µm до 1µm для того чтобы поменять чувствительность от 100kPa к 450kPa.

Имитации

Конструкции испытаны для функциональности и деятельности используя Coventorware®, инструмент имитации обыкновенно используемый для имитации MEMS. FIG. 1 и FIG. 2 имитации выставки датчика перед и после возбуждением. Модель утрирована в z-оси для того чтобы показать деталь. Смещение мембраны должной к давлению показано в диаграммах и результаты от имитаций в соответствии с расчетных величин.

Диаграмма 1. Модель датчика с отверстиями etch в середине перед активацией.
Диаграмма 2. Модель показывая отклонение в мембране датчика после активации.

Имитации также помогают с конструировать и испытывать различные конфигурации и материалы для верхней мембраны. Блок датчиков подключен в параллели для того чтобы улучшить чувствительность бирки и помочь с устойчивостью к погрешностям от случайных небезупречных датчиков.

Изготовление

Бирки датчика изготовлены используя стандартные процессы Транзистора Тонкого (TFT) Фильма для того чтобы обеспечить совместимость с процессами VLSI и уменьшить цены изготовления. Датчики изготовлены на гибком субстрате для того чтобы обеспечить conformality с поверхностью установки которая может быть задней частью шлема или заплаты плеча. Все процессы используемые для изготовления приборов низкие температуры для того чтобы защитить герметичность субстрата.

Поток Процесса

Первый шаг в изготовлении датчиков включает скрепить гибкий субстрат naphthalate Полиэтилена (РУЧКИ) к субстрату несущей5. Процесс выпуска облигаций выполнен используя собственническую смесь которая может вытерпеть все обрабатывая шаги выполненные на субстрате.

После выпуска облигаций, тонкий слой Алюминия который sputter депозировано использован для того чтобы сформировать нижний электрод. Выбран Алюминий по мере того как материал электрода по мере того как он предлагает хорошую селективность etch к процессу отпуска etch2 xenondifluoride (XeF) жертвенному6,7 который выполнен в конце. 0.5µm толщиной кремний sputter депозировано для того чтобы сформировать жертвенный слой между 2 электродами. Верхний электрод также сформирован путем делать по образцу слой депозированный sputter Алюминиевый толщина которого выбрала получить пожеланную чувствительность. Хотя испытания были выполнены используя Алюминий снимают другие материалы как металлы с различным Young Модулем могут быть выбраны. Дистанционирование между 2 электродами создано путем вытравлять отверстия etch отсутствующего кремния тщательные помещенные через зону датчика. Заключительный шаг в изготовлении включает debonding субстрат РУЧКИ с изготовленными приборами от субстрата несущей. FIG. 3, 4 и 5 показывает поток процесса используемый для изготовления датчиков удара. После Того Как датчики debonded от субстрата несущей прокладка электрофорезного материала прикреплена для того чтобы показать активацию датчика.

Диаграмма 3. электрод Залеми и картины нижний для датчика
Диаграмма 4. слой кремния Залеми жертвенный следовать верхним металлом.
Диаграмма 5. металл Картины верхний с отверстиями etch и выполняет жертвенный etch для того чтобы выпустить структуру.

Etch Кремния Жертвенный

Синхронизированный процесс2 etch кремния XeF газообразный использован для того чтобы определить размер датчика и исключить потребность для дополнительной маски сделать по образцу слой кремния который в свою очередь понижает удельную себестоимость бирки датчика.

Основная система2 etch XeF состоит из источника2 XeF соединенного к камере расширения которая в свою очередь соединена к камере прибора. XeF2 твердое тело но имеет низкое давление пара причинить твердое тело изменить к газу на комнатной температуре и атмосферном давлении. Для того чтобы контролировать процесс etch, твердое тело позволено расширить к давлению комплекта в камере расширения. Газ после этого позволен вписать камеру прибора которая держит образец. Газ позволен прореагировать на предопределенное время также названное время цикла, после того как etchant вполне использовано вверх по камере нагнетено вне и процесс повторенный для номера комплекта циклов. Тариф etch 2µm/min наблюдается когда давление расширения установлено к 2.7mTorr. Газообразная природа etchant помощи отжимает stiction общее в структурах выпущенных используя влажное etchant. был найдены, что был etch 8 задействует каждые 60 секунд длиной адекватнь для выпускать датчики.

Изображения датчиков изготовленных на субстратах РУЧКИ показаны в FIG. 6 и FIG. 7. FIG. 6 выставки датчик с пусковыми площадками для измерения сопротивления и FIG. 7 показывает интегрированную бирку датчика с элементом дисплея.

Диаграмма 6. Изображение изготовленного датчика показывая блок датчика в пусковых площадках середины и измерения вокруг края.
Диаграмма 7. блок Датчика интегрировала с элементом дисплея.

Результаты Теста

Электронные изображения Оптически и скеннирования датчиков после того как изготовление подтвердит отпуск мембран и поможет уточнить процесс изготовления. Изображение датчиков прежде и после активация утвердит конструкцию. Оптически изображения датчиков показаны в FIG. 8.

Диаграмма 8. Оптически изображение блока датчика показывая датчики перед и после активацией.
Диаграмма 9. изображение SEM и отрезок FIB показа датчика деформировала мембрану.

FIG. 9 показывает изображение SEM датчика показывая изменение в мембране перед и после активацией. Сфокусированный Луч Иона (FIB) разрезал поперек одна из мембраны выполнен для того чтобы подтвердить дистанционирование между мембраной и нижним электродом. На проверке сброса давления мембраны, измерения сопротивления через 2 электрода записаны для различных датчиков и чтения перечислены в Таблице 1.

Сопротивления Таблицы 1. для различных датчиков перед и после активацией.

Измерения Сопротивления
Сопротивление
100kPa
300kPa
450kPa
Перед Активацией
9.5MΩ
50MΩ
10.5MΩ
После Активации
15MΩ
14MΩ
16MΩ

Результаты Подготовительного Мероприятия от приборов изготовленных на гибких субстратах РУЧКИ очень перспективнейши и испытание приборов в откалибрированной пробке удара под путем на Исследовании Воина Natick Армии США, Развитии, & Центре в Natick, MA Инджиниринга.

Заключения

Пассивные датчики давления ударной волны способные обнаруживать и записывать интенсивность взрывов были изготовлены на гибких субстратах РУЧКИ. Конденсатор MEMS любит структуры которые имеют складные мембраны с интегрированными электрофорезными элементами дисплея быть изготовленным для того чтобы обнаружить и записать давления от 100kPa к 450kPa. Данные приводя к от начального испытания используются для того чтобы уточнить конструкцию датчика и интегрировать множественные датчики для уменьшенной печати ноги и увеличенных ряда и разрешения.


Справки

  1. Дуглас S. DeWitt и Дональд S. Prough, «Взрыв-Навели Ушиб Мозга и Гипотензию и Hypoxemia Posttraumatic,» pp. 877-887, Июнь 2009.
  2. D. Warden, «Воинское TBI Во Время Войн Ирака и Афганистана,» Травма Rehabil J. Головное., VOL. 21, pp. 398-402, 2006.
  3. Ng T., A.C. Ария, J.H. Даниель, S. Запасать, L. Lavery, S. Sambandan и G.L. Мерланг. Гибкая напечатанная лента датчика для диагностик слабого травматичного ушиба мозга. Представлено на IDTechEx Напечатал Электронику Азию.
  4. S.P. Timoshenko, «Теория Плит и Раковин», McGraw-Холм, 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. Длинн, M. Marrs, D. Bottesch, J. Dailey, J. Trujillo, R. Cordova, M. Richards, D. Игрушка и N. Colaneri, «Дисплеи Активной Матрицы Электрофорезные на Временных Скрепленных Субстратах Нержавеющей Стали с 180 [степень] C -Si: H TFTs,» SID, VOL. 39, pp. 422-424, Май 2008, 2008.
  6. L. Mas D.R. Arana, N., R. Шмидт, A.J. Frantz, M.A. Шмидт и K.F. Jensen, «Равносвойственное вытравливание кремния в газе фтора для MEMS micromachining,» Microengineering J Micromech, VOL. 17, pp. 384-392, 2007.
  7. I.W.T. Chan, K.B. Брайн, R.P.W. Lawson, A.M. Робинсон, вытравливание ИМПа ульс участка Юань Ma и D. Strembicke, «Газа кремния для MEMS с difluoride ксенона,» Электрическое и Компьутерным Инженером, Конференцией 1999 IEEE Канадским дальше, VOL. 3, pp. 1637-1642 vol.3, 1999.

Авторское Право AZoNano.com, MANCEF.org

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

Last Update: 14. June 2013 04:41

Tell Us What You Think

Do you have a review, update or anything you would like to add to this article?

Leave your feedback
Submit