Khái niệm MEMS, chữ viết tắt của Hệ thống Vi cơ Điện tử, được sử dụng vào những năm 80 của thế kỷ trước khi mô tả sự tích hợp giữa các phần tử điện tử trên một chip được chế tạo thông qua công nghệ vi điện tử. Trong khi các điện tử được sản xuất sử dụng các quy trình cho mạch tích hợp (IC) như CMOS, hoặc CMOS lưỡng cực thì thành phần vi cơ khí được chế tạo nhờ quy trình “vi cơ” phù hợp cho phép ăn mòn chọn lọc một hoặc nhiều phần trên đế silíc hoặc thêm vào các lớp có cấu trúc mới để tạo nên các thiết bị vi cơ và vi cơ điện tử. Ngày nay, thuật ngữ MEMS được sử dụng thường xuyên khi nói tới bất cứ một hệ vi điện tử nào có thêm chức năng cơ khí và được sản xuất hàng loạt (ví dụ, hệ vi hộp số được chế tạo trên chíp có thể được coi là một thiết bị MEMS nhưng đồng hồ hoặc bút lade không được coi là vi hệ thống). MEMS hứa hẹn cách mạng hoá gần như mọi chủng loại sản phẩm bằng việc kết hợp công nghệ vi điện tử trên nền tảng silicon và công nghệ vi cơ khí, tạo khả năng hiện thực hoá cái gọi là “hệ thống trên một chíp” hay “phòng thí nghiệm trên một chíp”. MEMS là công nghệ khả thi cho phép phát triển các sản phẩm thông minh, làm tăng khả năng tính toán điện tử với sự tham gia điều khiển của các cảm biến và bộ thi hành đồng thời mở rộng khả năng thiết kế và ứng dụng. Như đã đề cập, MEMS làm tăng tính chính xác của hệ thống với “mắt” với “tay”, cho phép các vi hệ thống cảm nhận được môi trường và điều khiển môi trường. Cảm biến thu nhập thông tin từ môi trường thông qua các thông số cơ, nhiệt, sinh học, hoá học quang từ. Mạch điện tử sau đó sẽ xử lý các thông tin thu thập được từ các cảm biến và thông qua các phép tính toán sẽ ra quyết định cho bộ thi hành đáp ứng lại các thay đổi này như: dịch chuyển, định vị, điều tiết, bơm, lọc nhờ đó mà có thể điều khiển trở lại được các thông tin nói trên cho phù hợp với mục đích sử dụng.
Thiết kế cảm biến lưu lượng sử dụng hiệu ứng điện dung đo vận tốc dòng khí ống dẫn khí tự nhiên Nhóm sinh viên thực hiên: Nguyễn Văn Sơn Đồng Tuấn Anh Nguyễn Tài Trưởng Nguyễn Đức Tiến • Phân chia nhiệm vụ Tên thành viên Nhiệm vụ Nguyễn Văn Sơn Tính tốn mơ hình Đồng Tuấn Anh Mơ thiết kế Nguyễn Tài Trưởng Qui trình chế tạo mơ hình Nguyễn Đức Tiến Thiết kế mơ hình ,Xử lý tín hiệu • Xử lý tín hiệu • Chế Tạo • Tính tốn thiết kế , mơ • Tổng quan: • Chọn mơ hình Chọn mơ hình Mơ hình đơn giản Mơ hình chế tạo Mơ Dò Khung hỗ trợ Chiều sâu Sensor flow Ưu điểm • • Q trình thử nghiệm đơn giản Chi phí sản phẩm nhỏ 2$ sản suất hàng loạt, khối • khơng nhạy cảm với dao động nhiệt độ Hạn chế • đo lưu lượng khí tối đa với vận tốc 15m/s Tính tốn thiết kế mơ Đơn giản hóa mơ hình: Tính tốn thiết kế: Fd = CD ( ρ v ) A CD hệ số kéo ρ mật độ khí v A vận tốc trung bình dòng khí diện tích Paddle (1) Xác định khối tâm hệ, ta tìm vị trí đặt lực Lđược tính sau Fd 9d + f + 19δ Af L1 = + + ÷ 2 2 L Af + Ap L ÷ ÷ (2) Thơng số Kí hiệu Kích thước A0 30.25 mm Chiều dài L mm Chiều rộng w mm Chiều dày thiết bị t 100 μm Chiều dài dầm l mm Chiều rộng dầm wb 95 μm Chiều rộng tụ wf 10 μm Khoảng cách hai tụ g 10 μm δ 10 μm Khoảng cách xếp chồng tụ d 280 μm Khoảng cách khung tụ điện f 100 μm Số lượng tụ điện N 287 Cỡ chip δ Khoảng cách tụ khung Kết mô Kết mơ Chế tạo • • Thiết bị chế tạo lớp Silicon-on-Insulator (SOI) wafers Sử dụng công nghệ vi khối với mặt lạ Mặt lạ cho trình chế tạo Si wafer Kết chế tạo Xử lý tín hiệu Quạt Máy đo điện dung Máy đo vận tốc Ống dẫn khí Đường đặc tính C(pF) Thực nghiệm Lý thuyết Vận tốc (m/s) Máy đo điện dung Laser nhiệt Trạm dò Sensor Tấm sưởi Thí nghiệm thay đổi nhiệt độ V=0 Điện Dung(pF) V=15,6(m/s) Nhiệt độ C Kết luận • Vận tốc điện dung tỷ lệ với theo hàm bậc • Khơng nhạy với thay đổi nhiệt độ ... 15m/s Tính tốn thiết kế mơ Đơn giản hóa mơ hình: Tính tốn thiết kế: Fd = CD ( ρ v ) A CD hệ số kéo ρ mật độ khí v A vận tốc trung bình dòng khí diện tích Paddle (1) Xác định khối tâm hệ, ta tìm vị... điện f 100 μm Số lượng tụ điện N 287 Cỡ chip δ Khoảng cách tụ khung Kết mô Kết mơ Chế tạo • • Thiết bị chế tạo lớp Silicon-on-Insulator (SOI) wafers Sử dụng công nghệ vi khối với mặt lạ Mặt lạ... Phân chia nhiệm vụ Tên thành vi n Nhiệm vụ Nguyễn Văn Sơn Tính tốn mơ hình Đồng Tuấn Anh Mơ thiết kế Nguyễn Tài Trưởng Qui trình chế tạo mơ hình Nguyễn Đức Tiến Thiết kế mơ hình ,Xử lý tín hiệu