Maximalt Chocka UpptäcktsAvkännareSystemet som Fabriceras på den Böjliga Substraten

vid Dr. Narendra Lakamraju

Narendra Lakamraju, Sameer M. Venugopal, Stephen M. Phillips och David R Allee, Arizona Delstatsuniversitet
Motsvarande författare: naren@asu.edu

Täckte Ämnen

Abstrakt begrepp
Inledning
Design
     Beräkningar
     Simuleringar
Fabricering
     Bearbeta Flöde
     Sacrificial Silikoner Etsar
Testa Resultat
Avslutningar

Abstrakt begrepp

Fortlöpande exponering av personaler till explosionchockvågar har varit bekant att orsaka inre skada som kan leda till irreparabel skada, om den inte avkända tidig sort och hence behovet att planlägga avkännare, som kan avkänna, för att anteckna och skärm chockar information. Vi framlägger arbete resultera i designen, och fabriceringen av passivummen chockar avkännare på den böjliga substraten för ökande portability förhöjd funktionsduglighet.

Inledning

denHuvud hjärntrauman är svår att diagnostisera och fest båda i sätta in, var snabba beslut krävs, såväl som i en sjukhusmiljö var tidig sortbeslut kan få effekt den långsiktiga prognosen för återställning och rehabilitering. Sätta In beslut är avgörande, sedan anslå den omgående handlingen för behandling kan ha ett stort att verkställa på den långsiktiga prognosen. Dessutom är kunskap av typen och stränghet av traumatiska den tålde hjärnskadan kritiskt viktiga, i framkallning och att ordinera anslå av mer långtidsrehabiliteringstrategier. Att inte ignoreras är den psykologiska betydelsen av att vara kompetent att ge realistiska förväntningar till den tålmodig och hans eller henne familjen och caregivers1,2.

Utplacerat brett, kostar - den effektiva lösningen som ger exakta växande maximala den ska tryckvågdosmätningen, är effektiv, i direkt att ge bättre tålmodig omsorg, och, i att möjliggöra utvecklingen av experiment-baserat ett exakt, modellera för funktionslägena och strängheten av traumatiska typer, storleker och varaktigheter för närmare detalj för hjärnskada tack vare av tryckvågdosen. Den teknologiska logisk grund är att utnyttja de nya innovationerna i böjliga substrateelektronik- och skärmteknologier, genom att integrera ennågot liknande avkännarefabricering som är processaa för avkänning för tryckvåg (pressa). En singel grupperar processaa integrera avkännare för fabriceringen, elektronik, och ska skärmar ger det lägst kostar krävt för sned boll-fjäll utplacering.

Avkännaren märker ska behov att vara passivummen i naturen som avlägsnar behovet för en konstant, driver tillförsel för att anteckna informationen3. Integration av en skärmbeståndsdel till den ska märka möjliggör triageläkare för att läsa och eventuellt diagnostisera Traumatisk HjärnSkada (TBI) i sätta in.

Detta avkännaresystem kan också användas, i att bryta applikation för att avkänna beloppet av för att chocka erfarit av personaler. En ändrad version av systemet kan också vara det van vid mätinstrumentet fullständigheten av en strukturera som är utsatt till fortlöpande chockvågar och eventuellt förhindra att bryta olyckor. Märker som mäter styrkan av chockvågar som klibbar byggnader under rivningar i upptagna områden, kan ge användbara data in mot bättre kontrollerar, och godtagbart chocka jämnar. Styrka av vinkar emanating från ljudsignalkällor kan mätas utan bruket av dyr utrustning och ställa in. Denna information kan vara van vid bestämmer kassaskåpljudsignal jämnar för lyssnare och förhindrar hörsel- skada tack vare stojar högt.

Design

Avkännaren märker består av en avkännare förbindelse till en electrophoretic skärmbeståndsdel. Avkännaren har en kondensatornågot liknande att strukturera med ett hopfällbart membran inställt ovanför en fixad elektrod. Göra mellanslag mellan membranen och tjockleken av det böjliga membranet är van vid kontrollerar kollapsen pekar. När en pressa vinkar slag det rörliga membranet, avböjer gör den över göra mellanslag mellan elektroderna och kontakten med den fixade elektroden. På danandekontakt förhindrar elektroden, de Skåpbil der Waals och/eller Casimirs styrkorna membranet från flyttningbaksida till dess original placerar. Ändringen i impedans mellan de två elektroderna är van vid avkänner en kollaps och aktiverar därefter skärmbeståndsdelen till och med ett motstånd knyter kontakt.

Beräkningar

Kollapsen pressar för en avkännare förbinds till tjockleken av membranet som between görar mellanslag, radien av avkännaren och egenskapen av belägga med metall som visad in (1).

ω (r) = [ω0 {1 - (r/a)2}] ----- (1)

Var ω0 är avböjningen på centrera av membranet, är a radien av avkännaren. Avböjningen på centrera av membranωen0 ges by (2),

ω0 = (p •,)4 för a/(64 •, D) ----- (2)

Var p är applicerad pressar och, D är den böjda styvheten av membranet (3).

D = (E •, )2 för t/12 [1-μ2] ----- (3)

E är den Young Modulusen, är t tjockleken av membranet, och μ är Poissons förhållande4.

Att att förminska komplexiteten av den processaa fabriceringen och numrera av maskerar krävt för fabricering, fixas radien av avkännaren och göra mellanslag mellan membranen och tjockleken av det omväxlande membranet för att uppnå olika känsligheter. Också beställer fourthen beroende av pressakänsligheten till radien av avkännarebegärningarna etsar ultra fint kontrollerar definition av avkännareradien som blytaket till ökande kostar. Göra mellanslag mellan membranen är fastställdt på 0.5µm, är radien av avkännaren fastställd till 70µm, och tjocklek av Aluminiumet filmar är omväxlande från 0.6µm till 1µm att variera känsligheten från 100kPa till 450kPa.

Simuleringar

Designerna testas för funktionsduglighet, och funktionen genom att använda Coventorware®, en simulering bearbetar gemensamt använt för MEMS-simulering. Fig. 1 och Fig. 2 showsimuleringar av avkännaren för och efter aktivering. Modellera överdrivas i z-axeln för att visa specificerar. Förskjutning av membranet en pressa visas tack vare som i, figurerar, och resultat från simuleringar är överens med beräknat värderar.

Figurera 1. Modellera av avkännaren med etsar spela golfboll i hål i en mitt för aktivering.
Figurera 2. Modellera visningavböjning i avkännaremembranet efter aktivering.

Simuleringar hjälper också med att planlägga och att testa olika konfigurationer och material för det bästa membranet. Samling av avkännare förbinds i parallell för att förbättra känsligheten av märka, och hjälp med kritiserar tolerans från slumpmässiga defekta avkännare.

Fabricering

Avkännaren märker fabriceras genom att använda standart Tunt Filmar Transistorn (TFT) bearbetar för att se till att förenlighet med VLSI bearbetar och förminskar fabricering kostar. Avkännarna fabriceras på en böjlig substrate för att se till att conformality med beslag ytbehandlar som kan vara baksidaen av en hjälm, eller en knuffa lappar. Alla bearbetar använt för fabriceringen av apparaterna är låga temperaturer som skyddar fullständigheten av substraten.

Bearbeta Flöde

Första steg i fabriceringen av avkännarna gäller bindning den böjliga substraten för Polyetylennaphthalate (SKRIVA), till en bäraresubstrate5. Den processaa bindningen utförs genom att använda en privat sammansättning som kan uthärda alla bearbeta kliver utfört på substraten.

Efter bindningen, ett tunt lagrar av Aluminium, som är den satte in fräsandet, är van vid bildar den nedersta elektroden. Aluminium väljs, som den materiella elektroden, som den erbjuder goda, etsar selectivity till den sacrificial xenondifluoriden (2XeF) etsar den processaa frigöraren6,7 som utförs på avsluta. 0.5µm är tjock silikon fräsandet som sättas in för att bilda det sacrificial lagrar mellan de två elektroderna. Den bästa elektroden bildas också, genom att mönstra fräsandet satt in Aluminum lagrar vars tjocklek är valde att få den önskade känsligheten. Though testar utfördes genom att använda Aluminium filmar andra material liksom belägger med metall med den olika Young Modulusen kan väljas. Göra mellanslag mellan de två elektroderna skapas, genom att etsa grundliga away silikoner, etsar spela golfboll i hål förlagt över området av avkännaren. Finalen kliver i fabriceringen gäller debonding SKRIVAsubstraten med fabricerade apparater från bäraresubstraten. Fig. 3, 4 och 5 visar det processaa flödet som används för fabriceringen av chockaavkännarna. Efter avkännarna har debonded från bäraresubstraten, fästas en remsa av electrophoretic materiellt för att indikera aktiveringen av avkännaren.

Figurera 3. Sätta In och mönstra den nedersta elektroden för avkännaren
Figurera 4. Belägger med metall det sacrificial lagrar för Insättningsilikoner som följs av bästa.
Figurera 5. Mönstra bästa belägger med metall med etsar spela golfboll i hål och utför sacrificial etsar för att frigöra strukturerar.

Sacrificial Silikoner Etsar

En tajmade XeF som2 gasformiga silikoner etsar processaa, är van vid definierar storleksanpassa av avkännaren och avlägsnar behovet för ett extra maskerar för att mönstra silikonlagrar som fäller ned i sin tur enheten kostar av avkännaren märker.

En grundläggande XeF2 etsar systemet består av en XeF2 källa förbindelse till en utvidgningskammare som anknytas i sin tur till apparatkammaren. XeF2 är heltäckande men har en låg dunst att pressa att orsaka heltäckandea för att ändra för att gasa på rumstemperaturen, och atmosfäriskt pressa. Att kontrollera den processaa etsa, är heltäckandea tillåtna att utvidga till en uppsättning pressar i en utvidgningskammare. Gasa är därefter tillåten att skriva in apparatkammaren som rymmer ta prov. Gasa är tillåten att reagera för en förutbestämd tid som ses också till som cyklatiden, efter det etchant har fullständigt använts upp kammaren, pumpas ut, och det processaa upprepat för en uppsättning numrerar av cyklar. En etsa klassar av 2µm/min observeras, när utvidgningen pressar är fastställd till 2.7mTorr. Den Gasformiga naturen av den betagna stictionen för etchant hjälp i strukturerar vanligt utsläppt genom att använda en etchant blöta. 8 etsar cyklar varje 60 understöder fanns long för att vara adekvat för att frigöra avkännarna.

Föreställer av avkännare som fabriceras på PEN substrates, visas i Fig. 6 och Fig. 7. Fig. 6 shows en avkännare med vadderar för motståndsmätning, och Fig. 7 visar att en inbyggd avkännare märker med skärmbeståndsdelen.

Figurera 6. Avbilda av en fabricerad avkännarevisning avkännaresamlingen i en mitt, och mätningen vadderar runt om kanta.
Figurera 7. Avkännaresamling som integreras med skärmbeståndsdelen.

Testa Resultat

Den Optisk och scanningelektronen avbildar av avkännarna, efter fabriceringen har bekräftat frigöraren av membranen och har hjälpt att raffinera den processaa fabriceringen. Avbilda av avkännare för och, efter aktiveringen har validerat designen. Optiskt avbildar av avkännarna visas i Fig. 8.

Figurera 8. Optiskt avbilda av avkännare för avkännaresamlingvisningen för och efter aktivering.
Figurera 9. SEM 2000 avbildar och ett FIBsnitt av deformerade membranet för avkännaren visningen.

Fig. 9 shows som en SEM 2000 avbildar av en avkännare som indikerar ändringen i membran för och efter aktivering. En Fokuserad Jon Strålar (FIB) snittet över ett av membranet utförs för att bekräfta göra mellanslag mellan membranet och den nedersta elektroden. På verifikationen av membrankollapsen antecknas motståndsmätningar över de två elektroderna för olika avkännare, och läsningarna som in listas, Bordlägger 1.

Bordlägga 1. Motstånd för olika avkännare för och efter aktivering.

Motståndsmätningar
Motstånd
100kPa
300kPa
450kPa
För Aktivering
9.5MΩ
50MΩ
10.5MΩ
Efter Aktivering
15MΩ
14MΩ
16MΩ

Förberedande åtgärdresultat från apparater som fabriceras på böjligt, SKRIVAR substrates är mycket lovas, och att testa av apparater i kalibrerad chockar röret är under långt på Forskning för den US-ArméNatick Soldaten, Utveckling, & Iscensätta Centrera i Natick, MOR.

Avslutningar

Passivumchockvågen pressar avkännare som är kapabla av att avkänna, och anteckna styrka av explosioner har fabricerats på böjligt SKRIVAR substrates. MEMS-kondensatornågot liknande strukturerar som har hopfällbara membran med inbyggda electrophoretic skärmbeståndsdelar att ha fabricerats för att avkänna, och rekordet pressar från 100kPa till 450kPa. Data som resulterar från initialt testa, är van vid raffinerar avkännaredesignen och integrerar multipelavkännare för förminskande fottryck, och ökande spänna och upplösning.


Hänvisar till

  1. Douglas S. DeWitt och Donald S. Prough, ”Tryckvåg-Framkallade HjärnSkada och Posttraumatic Hypotension och Hypoxemia,” pp. 877-887 Juni 2009.
  2. D. Wardenen ”Militären TBI Under Irak och Afghanistan Kriger,” J. Huvud Trauma Rehabil., Vol. 21, pp. 398-402 2006.
  3. T-. Ng, A.C. Arias, J.H. Daniel, S. Samla, L. Lavery, S. Sambandan och G.L. Whiting. Den Böjliga utskrivavna avkännaren tejpar för diagnostik av den milda traumatiska hjärnskadan. Framlagt på IDTechEx Skrivev Ut Elektronik Asien.
  4. S. Pläterar Beskjuter P. Timoshenko, ”Teorin av och”, McGraw-Kull, 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. Lång, M. Marrs, D. Bottesch, J. Dailey, J. Trujillo, R. Cordova, M. Richards, D. Toy och N. Colaneri, ”Electrophoretic Skärmar för AktivMatris på Tillfälliga Obligations- Rostfritt stålSubstrates med 180 [graden] C en-Si: H TFTs,” SID, Vol. 39, pp. 422-424 Maj 2008, 2008.
  6. L. gasar R. Arana, Mas för N.D., R. Schmidt, A.J. Franz, M.A. Schmidt och K.F. Jensen, ”Isotropisk etsning av silikoner i fluor för MEMS som micromachining,” Microengineering för J Micromech, Vol. 17, pp. 384-392 2007.
  7. I. arrangerar gradvis W.T. Chan, K.B. Bryna, R.P.W. Lawson, A M. Robinson, den Yuan Modern och D. Strembicke, ”Gas pulserar etsning av silikoner för MEMS med xenondifluoride,” Elektriskt och Datoren som Iscensätter, IEEE den Kanadensiska Konferensen 1999 på, Vol. 3, pp. 1637-1642 vol.3, 1999.

Ta Copyrightt på AZoNano.com, MANCEF.org

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

Last Update: 14. June 2013 04:48

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