THÔNG TIN TÀI LIỆU
TRƢỜNG ĐẠI HỌC VINH KHOA ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG - - ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ VI CƠ ĐIỆN TỬ VÀ THIẾT KẾ MƠ HÌNH VI CẢM BIẾN ÁP SUẤT KIỂU ĐIỆN DUNG Giáo viên hƣớng dẫn : ThS PHẠM MẠNH TOÀN Sinh viên thực : NGUYỄN NGỌC CƢỜNG MSSV : 1151083814 Lớp : 52k - ĐTVT Nghệ an tháng năm 2016 LỜI CẢM ƠN Trong trình thực đồ án này, em nhận đƣợc nhiều giúp đỡ từ thầy cô Khoa Điện tử Viễn thông, đặc biệt phải kể đến tận tâm, nhiệt tình thầy ThS Phạm Mạnh Tồn, Bộ mơn Điện tử, Khoa Điện Tử Viễn Thông, Trƣờng Đại Học Vinh, cán trực tiếp chịu trách nhiệm hƣớng dẫn đồ án tốt nghiệp Em xin gửi lời cảm ơn đến thầy thầy cô Khoa Điện Tử Viễn thông giúp đỡ tạo điều kiện để em hoàn thành đồ án tốt nghiệp Cuối cùng, em xin kính chúc quý thầy, cô sức khỏe thành công nhiều nghiệp giáo dục cao quý Nghệ An, ngày tháng 05 năm 2016 Sinh viên Nguyễn Ngọc Cƣờng LỜI NĨI ĐẦU Cơng nghệ vi chế tạo, hay cịn gọi cơng nghệ MEMS (Micro Electro Michanical Systems) công nghệ tiến tiến cho phép chế tạo linh kiện vi hệ thống điện tử Bao gồm dạng vi cấu trúc cơ, cảm nhận tín hiệu (sensor), chấp hành (actuator) Sản phẩm công nghệ MEMS đƣợc ứng dụng rộng rãi công nghiệp ô tô, y sinh học, điều khiển tự động, đo lƣờng, thông tin viễn thông Trong ngành công nghiệp, cảm biến áp suất đƣợc ứng dụng nhiều lĩnh vực công nghiệp lƣợng, nhƣ đóng vai trị quan trọng lĩnh vực y sinh học để đo nhịp tim, huyết áp Ngồi thay xúc giác ngƣời (nhƣ da nhân tạo) cần xác định hình dạng hay lực cầm nắm vật Trên thực tế, để đáp ứng nhu cầu đa dạng địi hỏi cảm biến áp suất phải đáp ứng cách tốt cho trƣờng hợp cụ thể Cảm biến áp suất cụ thể đƣợc chế tạo vào năm 1970, sau nhiều nhà nghiên cứu giới tập trung nghiên cứu lĩnh vực Đặc biệt có xuất công nghệ vi cơ, mở khả việc chế tạo linh kiện có kích thƣớc thu nhỏ Ngày nay, cảm biến áp suất silic đƣợc thƣơng mại hóa, mức độ sử dụng tồn giới đạt hàng trăm triệu linh kiện hàng năm với ứng dụng nhiều lĩnh vực khác Trong ứng dụng, nhu cầu kích thƣớc thu nhỏ tiêu chí đặt lên hàng đầu công nghệ MEMS thật đáp ứng Cảm biến áp suất MEMS kiểu điện dung linh kiện tích hợp điện Cấu trúc cảm biến gồm màng mỏng gọi phần tử nhạy đƣợc phủ lớp kim loại mỏng làm cực thứ tụ điện lớp kim loại khác đƣợc phủ lên đế cố định làm cực thứ hai, gắn phần tử nhạy với đế thích hợp cho hai nằm đối diện tạo tụ điện có điện dung thay đổi đƣợc Chính cảm biến áp suất kiểu tụ, đáp ứng phần độ nhạy khả đo áp suất phạm vi rộng Cấu trúc đồ án đƣợc tóm tắt lần lƣợt nhƣ sau: Chƣơng 1: Tổng quan hệ vi điện tử Chƣơng tìm hiểu sơ lƣợc cơng nghệ chế tạo, nhƣ vật liệu ứng dụng MEMS Trên phƣơng diện toán học nhằm đƣa biểu thức định lƣợng cần thiết Cuối tìm hiểu loại cảm biến áp suất khác sử dụng công nghệ MEMS Chƣơng 2: Cảm biến áp suất MEMS kiểu điện dung Chƣơng giới thiệu tổng quan vi cảm biến áp suất điện dung Giới thiệu tính chất vật liệu silicon Chƣơng 3: Thiết kế cảm biến áp suất điện dung Mơ đặc tính học màng cảm biến dùng phần mềm COMSOL với phƣơng pháp phần tử hữu hạn Chƣơng 4: Mô đánh giá ảnh hƣởng nhiệt độ đến áp suất vi cảm biến kiểu điện dung TĨM TẮT Đồ án tập trung tìm hiểu công nghệ MEMS, thiết kế mô vi cảm biến áp suất Cụ thể vi cảm biến áp suất điện dung phần mềm COMSOL Multiphysics Dựa kết mô phỏng, tiến hành đánh giá đƣa nhận xét ảnh hƣởng nhiệt độ môi trƣờng tới áp suất Kết thu đƣợc cho thấy giá trị điện dung phụ thuộc vào nhiệt độ môi trƣờng xung quan áp suất đo đƣợc tƣơng đối tuyến tính với nhiệt độ áp suất ABSTRACT This thesis focuses on study of MEMS technology, design and simulation of pressure sensor such as capacity pressure sensor by COMSOL Multiphysics sofware Based on our simulation result, evaluated and give conclusion the influence of environment’s temperature on the pressure The results obtained show that the capacitance value depends on the ambient temperature and pressure pulses measured relative to temperature linear pressure MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN LỜI NÓI ĐẦU TÓM TẮT DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT Chƣơng TỔNG QUAN VỀ HỆ VI CƠ ĐIỆN TỬ 11 1.1 Giới thiệu 11 1.2 Các loại công nghệ MEMS 12 1.2.1 Công nghệ vi khối silic 12 1.2.2 Công nghệ vi bề mặt silic 14 1.3 Vi cảm biến áp suất 15 1.3.1 Màng silicon vi 15 1.3.2 Vi cảm biến áp suất áp điện trở 17 1.3.3 Vi cảm biến áp suất kiểu tụ điện 21 1.3.4 Vi cảm biến áp suất cộng hƣởng 22 1.4 Kết luận chƣơng 24 Chƣơng CẢM BIẾN ÁP SUẤT MEMS KIỂU ĐIỆN DUNG 25 2.1 Áp suất 25 2.2 Nguyên lý đo áp suất dựa phép đo biến dạng 25 2.3 Cảm biến áp suất 29 2.4 Các dạng cảm biến áp suất MEMS kiểu tụ điển hình 29 2.4.1 Vi cảm biến áp suất kiểu tụ sử dụng màng vuông 29 2.4.2 Vi cảm biến áp suất kiểu tụ sử dụng màng tròn 30 2.5 Vật liệu công nghệ chế tạo cảm biến áp suất MEMS 30 2.5.1 Vật liệu chế tạo cảm biến áp suất MEMS 30 2.5.2 Tính chất vật liệu Silic 31 2.5.3 Công nghệ vi khối dạng ƣớt 35 2.5.4 Cơng nghệ vi khối ăn mịn khô 36 2.6 Kết luận chƣơng 36 Chƣơng THIẾT KẾ CẤU TRÚC VI CẢM BIẾN ÁP SUẤT KIỂU ĐIỆN DUNG 37 3.1 Phát triển cấu trúc cảm biến 37 3.2 Mơ hình Definition 38 3.2.1 Mơ hình hình học cảm biến 38 3.2.2 Ứng suất biến dạng 38 3.2.3 Điện dung 39 3.3 Phƣơng pháp phần tử hữu hạn 40 3.3.1 Khái niệm chung nội dung phƣơng pháp 40 3.3.2 Ứng dụng phƣơng pháp phần tử hữu hạn 41 3.3.3 Trình tự phân tích tốn theo phƣơng pháp PTHH 41 3.4 Kết luận chƣơng … 43 Chƣơng MÔ PHỎNG VÀ ĐÁNH GIÁ ẢNH HƢỞNG CỦA NHIỆT ĐỘ ĐẾN ÁP SUẤT CỦA VI CẢM BIẾN KIỂU ĐIỆN DUNG 44 4.1 Giới thiệu phần mềm COMSOL 44 4.2 Mơ hình hóa COMSOL Multiphysics 44 4.3 Kết mô 45 4.4 Kết luận chƣơng 48 KẾT LUẬN 49 TÀI LIỆU THAM KHẢO 50 PHỤ LỤC DANH SÁCH HÌNH VẼ Hình 1.1 Sơ đồ khối hệ thống 10 Hình 1.2 Vi khối silicon 11 Hình 1.3 Màng silicon bị ăn mòn dị hƣớng 14 Hình 1.4 Mặt cắt ngang cách bố trí cảm biến áp suất đƣợc vi khối 15 Hình 1.5 Vị trí điện trở màng Boss 16 Hình 1.6 Cảm biến áp suất áp trở đƣợc liên kết hợp 17 Hình 1.7 Cảm biến áp suất vi bề mặt 18 Hình 1.8 Cảm biến áp suất tụ điện thạch anh bù gia tốc 19 Hình 1.9 Cảm biến áp suất cộng hƣởng vi phân Yokogawa 21 Hình 2.1 Phần tử biến dạng kiểu ống hình trụ 24 Hình 2.2 Lò xo ống 25 Hình 2.3 Sơ đồ màng đo áp suất 26 Hình 2.4 Mơ hình cảm biến 27 Hình 2.5 Sơ đồ vi cảm biến kiểu tụ 28 Hình 2.6 Tải đơn trục biến dạng 30 Hình 2.7 Đƣờng cong biến dạng đàn hồi 31 Hình 2.8 Một số cấu trúc chế tạo công nghệ vi khối ăn mịn khơ 34 Hình 3.1 Mặt cắt cảm biến áp suất kiểu điện dung 35 Hình 3.2 Vật liệu sử dụng cảm biến áp suất điện dung 36 Hình 3.3 Các dạng hình học đơn giản phần tử 37 Hình 4.1 Giao diện phần mềm COMSOL 42 Hình 4.2 Ứng suất ban đầu vật liệu cảm biến áp suất 43 Hình 4.3 Cảm biến biến dạng von Mises stress (MPa) tiếp xúc với áp suất xung quan………………………………………………………………………………………… 44 Hình 4.4 Cảm biến biến dạng, ứng suất (cột màu trái) điện trƣờng (cƣờng độ điện trƣờng; cột màu phải) tiếp xúc với áp suất xung quanh 44 Hình 4.5 Quan hệ điện dung cảm biến với áp suất xung quanh điều kiện nhiệt độ khác từ mơ hình 2D 45 Hình 4.6 Điện dung cảm biến nhƣ chức áp lực điều hành từ mơ hình 3D…… 45 DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT Viết tắt Tiếng Anh Tiếng Việt MEMS Micro Electro Mechanical System Hệ vi điện tử LIGA Lithographie, Galvanoformung, Abformung Khắc, ghi dịng điện, khn Intergrated Circuit Mạch tích hợp Finite Element Method Phƣơng pháp phần tử hữu hạn IC FEM LPCVD Low Pressure Chemical Vapor Deposition Lắng đọng bốc bay hoá học áp suất thấp SOI Silicon On Insulator Silic chất cách li CVD Chemical Vapor Deposition Lắng đọng bay hóa học 10 Trong mơ hình 2D thực cho lƣới chuyển động điện trƣờng có khoảng cách khơng khí nhỏ, nơi áp suất xung quanh đƣợc áp dụng cho cảm biến Các lƣới di chuyển theo biến dạng kết cấu phần mơ hình Q trình giải diễn bốn bƣớc: Đầu tiên sử dụng chế độ ứng dụng Plane Strain tính tốn ứng suất ban đầu giãn nở nhiệt Điều thực mơ hình tĩnh Chế độ Strain Plane thứ hai tính biến dạng ứng suất cảm biến tiếp xúc với nhiệt độ môi trƣờng áp suất Sử dụng ứng suất biến dạng ban đầu chế độ Strain Plane thứ Đặt tham số, tính lƣới ALE cho áp suất tác động xung quanh Cuối cùng, xét trƣờng điện có áp suất xung quanh theo tham số Mơ hình 3D dùng hai chế độ: Solid Stress-Strain Mơ hình 3D có hai bƣớc, giống hai bƣớc cho mơ hình 2D, nhƣng sử dụng chế độ Solid Stress-Strain Bảng mô tả tham số nhiệt độ áp suất điều kiện sản xuất môi trƣờng xung quanh khác 4.3 Kết mơ Hình 4.2 Ứng suất ban đầu vật liệu cảm biến áp suất Hình 4.2 cho thấy kết từ mơ hình 2D sau thực liên kết 400° C sau cảm biến đƣợc làm lạnh xuống 22°C Trong hình trục x y có thang chia khác biến dạng cấu trúc đƣợc thu nhỏ 20 lần Hình vẽ cho thấy màng kéo phía khoang lớn dù khơng có tải tác động Ứng suất xuất gần 45 vùng biên vật liệu khác màng silicon, vùng hẹp so với phần khác cảm biến Ứng suất cực đại góc dƣới bên trái khoang nhỏ Hình 4.3 Cảm biến biến dạng von Mises stress (MPa) tiếp xúc với áp suất xung quanh Hình 4.3 cho thấy kết từ mơ hình 3D cảm biến làm việc: cho tiếp xúc với áp suất khơng khí 15 °C Ứng suất lớn màng ngăn xuất gần vị trí màng ngăn liên kết vật liệu xung quanh Hình 4.4 kết từ chế độ 2D điều kiện Hình vẽ có thang chia tùy ý tập trung vào nửa trái khoang dƣới Màng ngăn bị biến dạng phía chân khơng có biến dạng cực đại Ứng suất cực đại xuất góc khoang dƣới màng nơi gắn với vùng biên silicon Dòng chảy thể trƣờng điện khoang dƣới Đó đƣờng thẳng hai điện cực Một số dòng trƣờng xuất bên ngồi miền điện cực, nhƣng có cƣờng độ trƣờng nhỏ (màu xanh đậm) Hình 4.4 Cảm biến biến dạng, ứng suất (von Mises stress MPa; cột màu trái) điện trường (cường độ điện trường kV /m; cột màu phải) tiếp xúc với áp suất xung quanh 46 Bảng 2: Điều kiện nhiệt độ để tính điện dung TEMPERATURE A B C D High bonding C 400 200 22 22 Low bonding C 22 22 22 22 15 15 22 -18 Ambient 0 C Hình 4.5 Quan hệ điện dung cảm biến với áp suất xung quanh điều kiện nhiệt độ khác từ mơ hình 2D Hình 4.6 Điện dung cảm biến chức áp lực điều hành từ mơ hình 3D Hình 4.5 cho thấy giá trị điện dung, tính theo điện trƣờng với bốn điều kiện mô tả bảng Điều kiện A B có nhiệt độ mơi trƣờng giống nhƣng nhiệt độ kết dính cao Điều kiện C giá trị nhiệt độ nhƣ nên khơng có ứng suất biến dạng phát sinh từ hiệu ứng nhiệt Đối với điều kiện D, biến dạng nhiệt không phụ thuộc nhiệt độ môi trƣờng xung quanh Điện dung cho cảm biến có mơ hình đầy đủ mơ hình 3D đƣợc thể 47 hình 4.6 Điện dung tƣơng ứng với điều kiện A bảng 2.So sánh giá trị điện dung đƣợc tính tốn từ trƣờng hợp với tụ có kích thƣớc mm, khoảng cách micromet không bị biến dạng Điện dung tụ C = ε0 A / d = 1,771·10-9 F; giá trị tƣơng ứng từ mơ hình COMSOL Multiphysics 1.7760763· 10-9 F tính với điều kiện C áp suất không 4.4 Kết luận chƣơng Trong chƣơng hồn thành kết mơ 2D 3D vi cảm biến áp suất điện dung, kết mô cho thấy phụ thuộc giá trị đo áp suất nhiệt độ môi trƣờng tuyến tính 48 KẾT LUẬN Qua đồ án tốt nghiệp này, em có kiến thức chi tiết vi cảm biến áp suất đặc biệt vi cảm biến áp suất kiểu tụ Hoàn thành mục tiêu bƣớc đầu tìm hiểu vi cảm biến , đồng thời tìm hiểu sâu loại vi cảm biến tiêu biểu nghiên cứu phƣơng pháp đo áp suất, đơn vị chúng Nghiên cứu phần mềm COMSOL Đồ án tập trung tìm hiểu thiết kế mơ hình vi cảm biến áp suất tụ điện Đồ án hoàn thành việc mô thiết kế kết mô cho thấy phụ thuộc áp suất vào nhiệt độ tuyến tính 49 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Hồng Cơng Minh, Giáo trình cảm biến cơng nghiệp, Nhà xuất Xây Dựng, 2007 [2] Nguyễn Văn Cƣờng, Giáo trình cơng nghệ vi điện tử, Nhà xuất Khoa Học Tự Nhiên [3] Phan Hồ, Phan Quốc Phô, Giáo trình vật lý bán dẫn, Nhà xuất khoa học kỹ thuật, 2001 [4] Fatikow, S and Rembold, Microsystem technology and microrobotics, Springer, New York, 1997 [5] Stephen Beeby, Graham Ensell, Michael Kraft, Neil White, MEMS Mechanical Sensors, Artech House Inc, Boston, London, 2004 50 PHỤ LỤC Mô 2D Model navigator (mơ hình hình học) Mở phần mềm COMSOL New 2D Click Multiphysics MEMS Module Structural Mechanics Plane Strain Static analysics Add Add Từ Multiphyysics plane strain(smpn2) Click Application mode properties, từ large deformation On Ok Click COMSOL Multiphysics deformed mesh moving mesh(ALE) Static analysis Click Add MEMS Module Electrostatics Electrostatic Click Add Từ Multiphysics Electrostatic(emes) Application Mode properties Từ Weak constraints On, từ Constraint type chọn Non-ideal Ok Từ ruling application mode Moving mesh (ALE)(ale) Ok Options and settings (cài đặt thiết lập) Từ options Axes/Grid settings Click Axis equal điền giá trị: Xmin(-1e-3), Xmax(3e-3), Ymin(-1e-3), Ymax(2e-3) Click Grid, xóa Auto cài đặt Xspacing(0.5e-3), extrax(0.3e-3 0.75e-3 1.75e-3 2.2e-3), yspacing (0.5e-3), extray(5e-6 25e-6) Từ options constanis nhập theo bảng sau: Từ options Materials/coefficients library, click model new Từ NAME thay Glass HOYA, propertier cài đặt nhƣ hình vẽ: Ok Geometry modeling(Mơ hình hình học) Shift-click rectangle/square lần lƣợt theo bảng sau: Shift-click line, từ style chọn closed polyline solid thay NAME CO1 nhập: x(0.3e-3 0.5e-3 2.0e-3 2.2e-3), y(0.5e-3 25e-6 25e-6 0.5e-3) Click create composite object từ setformula chọn R2-CO1 Ok Shift-click point nhƣ sau: PT1 x(7.5e-4), y(5e-6) PT2 x(1.75e-3), y(5e-6) PT3 x(7.5e-4), y(0) PT4 x(1.75e-3), y(0) 51 Physics settings(Thiết lập vật lý) Thiết lập miền phụ plane strain(smpn) multiphysics plane strain(smpn) Từ physics subdomain settings Click material Chọn subdomain clear active inthis domain Chọn subdomain Từ Click load, từ materials chọn model(1) glass hoya(mặt 1) Ok Từ thickness nhập giá trị 0.0025m chọn subdomain Click load, từ materials chọn Basic materralproperties silicon ok Từ thickness nhập giá trị 0.0025m 10 Chọn subdomain 1-3 11 Click load tab, chọn include thermal expansion Từ temp chọn T_bondingL, Tem_pref chon T_boding H Ok Thiết lập miền planne strain(smpn2) Từ multiphysics chọn plane strain(smpn2) Từ physics chọn subdomain settings Tƣơng tự cài đặt miền 1,2,3 nhƣ bƣớc tới 10 nhƣ Chọn subdomain 1-3 Click load tab, chọn Include thermal expansion, từ Temp sửa thành T_ambient Tempref thành T_bondingL Click Initial stress and strain tab, chọn Include initial stress Thế xi (sx_smpn), yi (sy_smpn), zi (sz_smpn), xyi (sxy_smpn) Ok Thiết lập miền phụ moving mesh(ALE)(ale) Từ multiphysics, chọn moving mesh(ALE) (ale) Từ physics chọn subdomain setting Chọn miền 1-3 chọn physics induced displacement dx(u2), dy(v2) Chọn miền free displacement Ok Cấu hình ứng dụng chế độ tĩnh điện, sử dụng thơng số vật liệu tƣơng úng với khơng khí Từ multiphysics moving mesh(ALE)(ale) Từ physics chọn subdomain setting Chọn miền 1-3 xóa dấu tích active in this domain Int Ok Boundary conditions (điều kiện biên) Xác định điều kiện biên cho kiểu ứng dụng khác theo bƣớc sau: 52 Chọn multiphysics plane strain(smpn2), từ physics boundary settings Chọn biên 2, constraint từ constraint conctition chọn Fixed Click load page Chọn tất biên sau:1,3,5,7,10-12, 14-18, 22-24 Từ Type of load chọn Follower load Tại follower pressure P_ambient Ok Chọn multiphysics moving mesh(ALE)(ale), từ physics boundary setting Chọn tất biên 10-12, 14-18 Chọn dx dy thay u2 v2 Ok 10 Chọn multiphysics electrostatics(emes), từ physics boundary setting 11 Click port page chọn biên 10-12, 16-18 boundary conctition chọn Zero charge/Symmetry, biên 14 tƣơng tự chọn Ground, biên 15 chọn port, port number 1, use port as input Vin = 1, Input property forced voltage Point settings (Thiết lập điểm) Từ multiphysics plane stress(smpn), physics point setting Click Global Coordinate System chọn Coordinate System point1 Rx(0), Ry(0), point17 Ry(0) Mesh generation(Hệ thống lƣới) Từ MESH chọn Free Mesh Parameters Trên Global page chọn Coarse từ predefined mesh sizes Click Custom mesh size Resolution of narrow regions tới Click Remesh click Ok Computing the solution( Tính toán giải pháp) Từ solve chọn solve prammeters Trên Gereral page analysis static, slover, stationary Ok Solve sloves manger slover manager Click Initial Value page: Initial Value: Initial value expression evaluated using current solution, value of variables not solved for and linearization point: use setting from initial value frame Click solve for tab chọn plane straintt(smpn) click solve Tiếp tục mở solver manager, chọn solver parameters solve Trên General page, chọn parameter từ solve Trong parameter name thay dạng P_ambient Trong parameter values, thay dạng range(0,2e4,1e5) Ok 10 Quay lại solve manager 53 11 Click Initial value tab, value of variables not solved for and linearization point current solation 12 Click solve for tab, chọn plane strain(smpn2) solve 13 Trên Initial value page value of variables not solved for and linearization point, parameter value chọn All 14 Trên solve for page, chọn moving mesh(ALE)(ale) solve 15 Chọn electronstatics(emes) solve Ok Bonding phase (giai đoạn liên kết) Từ postprocessing chọn plot parameters Tới General page Trong plot type chọn surface, boundary, deformed shape, frame chọn frame(ref) parameter value Click surface tab Từ predefimed quantities suface data page chọn von mises stress(smpn), unit chọn MPa Click deform tab xóa bỏ auto sửa scalefactor tới 20 Click boundary tab, chọn predefined quantities Trong boundary color, click uniform color từ color chọn black Ok Ok Response to ambient pressure(Đáp ứng với áp lực xung quanh) Từ postprocessing chọn plot parameters Trên General plot type chọn surface, boundary, streamline Frame frame(ale) Từ parameter value surface tab, từ predefined quantities chọn plane strain(smpn2) von mises stress Click surface tab, streamline data page, chọn electric field(emes) predefined quantities Trên start point page, chỉnh number of start point tới 100 Trên line color page use expression color expression Predefined quantities electrostatics(emes) eclectricfield, norm Trong unit chỉnh kV/m Ok Click advanced, chọn normalize vector field Ok Ok Capacitance (Điện Dung) Từ postprocessing, chọn data display Global Từ predefined quantities, chọn electrostatics(emes) capacitance matrix, elemen 11 Từ parameter value, chọn solation you want to plot 54 Click Ok Từ postprocessing, chọn global vaviables plot Từ predefined quantities, chọn capacitance matrix, element 11 add selected predefined quantities Ok Mô 3D Từ space dimension chọn 3D Click Multiphysics MEMS Module Structural Mechanics soil,stress-strain click Add Từ Multiphyysics plane strain(smpn2) Click Application mode properties, từ large deformation On Ok Ok Options and settings (cài đặt thiết lập) Từ options Constants Nhập biến theo bảng: Name EXpression Description T_bondingH 400[degC] Nhiệt độ cao T_bondingL 22[degC] Nhiệt độ sau làm lạnh T_ambient 15[degC] Nhiệt độ xung quanh Epsilon0 8.854187817e-12[F/m] Áp suất chân không Ok Từ options Materials/coefficients library Model Materials New Trong Name sửa thành Glass Hoya Click elastic nhập : QUANTITY VALUE/EXPRESSIO N DESCRIPTION E 86.667e9[Pa] Young’s modulus alpha 3.41e-6[1/K] Thermal expansion coefficient nu 0.244 Poisson’s ratio rho 2600[kg/m^3] density Geometry modeling Từ Draw chọn Work-plane setting Ok Shift-click Reacting/Square nhập nhƣ bảng: 55 Click Ok Click zoom extents Tƣơng tự nhƣ bƣớc 2, cài đặt 2-4 nhƣ sau: Dạng Rectangle2 Rectangle3 Name R2 R3 Width 750e-6 500e-6 Height 750e-6 500e-6 Base Corner Corner X 0 Y 0 Ctrl + A chọn R1, R2, R3 Từ Draw chọn extrude extrusion parameters distance(5e-6) Ok Geom2 tƣơng tự nhƣ bƣớc chọn -500e-6 Ok Tƣơng tự bƣớc với 20e-6 Ok 10 Tiếp tục chọn liên kết, click Move z_displace ment sửa thành 5e-6 Ok 11 Từ Geom2 chọn R1 làm nhƣ bƣớc với 475e-6 12 Từ Geom2 chọn R2, draw extrude distance(475e-6) scalx(1.9/1.5) scaly(1.9/1.5) Ok 13 Chọn EXT10 EXT11 Move z_displacement(25e-6) Ok 14 Chọn EXT10 EXT11 click difference 15 Chọn geom2 projection of all 3D geometries 16 Shift-click rectangle/square(950e-6; 950e-6) Ok 17 Chọn R1 R4 56 18 Từ draw chọn extrude distance(500e-6) x_scaling(1), y_scaling(1) Ok 19 Tiếp tục Move z_displacement(500e-6) Ok 20 Chọn tất liên kết Ctrl + A create composite object Ok Physics settings Từ model tree detail Trong model tree solid,stress-strain(smsld) click subdomain setting Chọn miền bỏ dấu active in this domain Groups chọn (unnamed1), chọn Glass Hoya từ library material Trong NAME sửa thành Glass Quay lại subdomain chọn 3,7,9-11 Click load, chọn silicon từ basic material properties Tới groups page tiếp tục chọn groups(unnamed2) Trong NAME sửa thành silicon 10 Chọn Glass silicon tới load page 11 Chọn Include thermal expansion 12 Temp(T_bonding L) Tempref(T_bonding H) apply 13 Trở lại Group chọn Glass Ok 14 Trong model tree solid,stress-strain(smsld2) click subdomain setting 15 Glass Glass Hoya từ library material 16 Chọn miền 6, bỏ dấu tích active in this domain 17 Trở lại Groups chọn (unnamed1) chọn silicon từ library material 18 Trong NAME(Silicon) 19 Chọn (unnamed1) NAME(Glass) 20 Chọn Glass Silicon click load page 21 Chọn Include thermal expansion Temp(T_ambient), Tempref(T_bonding L) Apply 22 Trên Initial stress and strain chọn Include initial stress 23 Chỉnh nhƣ sau: Ok 57 Boundary setting Các bƣớc sau xác định ranh giới cài đặt chế độ ứng dụng Double-click boundary từ soild,stress-strain(smsld) model tree Chọn miền 2,8,12,47,51,53,55,57,59,61 chọn x-z symmetry từ constraint condition apply Chọn 1,7,11,15,21,25,28,31,34,37 chọn y-z symmetry từ constraint condition Ok Tƣơng tự với (smsdl2) Double-click boundary setting từ solid,stress-strain(smsdl2) Chọn miền 3,17,27 chọn Fixed từ constraint condition Chọn 2,8,12,47,51,53,55,57,59,61 chọn x-z symmetry plane từ constrain condition apply Chọn 1,7,11,15,21,25,28,31,34,37 chọn y-z symmetry plane từ constraint condition apply Chọn 6,9,20,23,29,54 load Từ Type of load chọn Follower load Từ P(P_ambient) Ok Ok mesh genration Từ mesh chọn free mesh parameters Từ predefined mesh sizes chọn fine Chọn 3,17,27 từ boundary selection Boundary mesh parameters method quad mesh selected Tới general predefined mesh sizes Normal Ok Chọn swept mesh parameters từ mesh Chọn 1-3, 5-12 mesh selected Tiếp tục từ mesh mapped mesh parametters Chọn 13 mesh selected Ok 10 Trong swept mesh parameters chọn mesh selected computing the solution Từ solve chọn solve parameters Genral analysis chọn static từ solve chọn sbutionary Ok Từ solve chọn solve manager solve manager Trong Initial value page(Initial value: Initial value expression evaluated using current solution; value of variables not solved for and linearization point: use setting from Initial value frame) 58 Click solve for tab solid,stress-strain(smsld) click solve Từ solve solve manager solver parameters General parametric từ solver Trong parameter name(P_ambient) Parameter valuer: range(0,2e4,1e5) Ok 10 Quay lại solver manager Initial value 11 Trong value of variables not solved forand linearization point current solution 12 Solver for tab solid, stress- strain(smsld2) solve Ok Postprocessing and visualization Stress distribution Từ postprocessing chọn plot parameters Trên general chọn subdomain, edge, depormed shape, từ plot typer Trên subdomain page chọn solid, stress- strain(smsld2) von mises stress từ prederined quantities unit MPa Click Edge tab Click uni form color Trên swatches page chọn black Ok Deform page deformation data chọn solid, stress- strain(smsld2) displacement từ predefined quantities subdomain data, boundary data edge data Ok Từ options chọn suppress suppress subdomain, từ subdomain selection chọn Ok Postprocessing mode, từ options chọn suppress suppress subdomain suppress none Ok Capacitance Từ postprocessing chọn global variables plot Trong expression đổi tên (C) click add quantities to plot Ok 59 ... triển vi cảm biến kiểu điện dung chƣơng 2, chƣơng tìm hiểu công nghệ vi điện tử phƣơng pháp sử dụng công nghệ vi điện tử, vật liệu thƣờng dùng silicon 24 Chƣơng CẢM BIẾN ÁP SUẤT MEMS KIỂU ĐIỆN DUNG. .. transistor áp điện v.v Trong phạm vi nghiên cứu đề tài, nâng cao độ nhạy cảm biến áp suất MEMS kiểu điện dung 2.4 Các dạng cảm biến áp suất MEMS kiểu tụ điển hình 2.4.1 Vi cảm biến áp suất kiểu tụ... Cảm biến áp suất, cảm biến nhiệt độ, cảm biến khoảng cách… X CẢM BIẾN Y Hình 2.4 Mơ hình cảm biến Cảm biến áp suất loại linh kiện chuyển đổi áp suất đầu vào cho tín hiệu điện đầu nhằm đo áp suất,
Ngày đăng: 01/08/2021, 10:39
Xem thêm: