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Relazione Mems microgocce - Tesi

Tesina sulla tecnologia MEMS per microgocce di evaporazione, per l'esame di Microsensori, microsistemi integrati e MEMS del professor Malcovati.
I sistemi MEMS basati sull? effetto della massa risonante
hanno:
alta sensibilita
piccole dimensioni
Adatto a rilevare micro o nano particelle e a monitorare micro-processi fisici e biologici.
Processi fisici di massa.

Materia di Microsensori, microsistemi integrati e MEMS relatore Prof. P. Malcovati

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ESTRATTO DOCUMENTO

Processo di fabbricazione

11)Deposito di uno strato di biossido di silicio (100 nm) tramite

vapori chimici (PECVD)

(J) 18

Processi tecnologici 19

Packaging

Step 1: l’ossido PDMS sulle piazzole viene inciso per i collegamenti

(wire-bondings)

Step 2: ogni componente è collegato a una board PCB e collegato.

Step 3: uno strato di PDMS (6 mm) è posto sul componente e viene

isolato

Polidimetilsilossano PDMS : resistenza alla temperatura, agli attacchi chimici,

all'ossidazione, ottimo isolante elettrico e resistente all’invecchiamento; otticamente

20

pulito (trasparente), è biocompatibile, inerte, non è né tossico né infiammabile

Set-up sperimentale

Campioni

utilizzati:

Acqua (H20)

Dimetilsolfossi

do

((CH3)2SO) 21

Set-up sperimentale

Attuazione

elettromagnetica

Due magneti N52 generano

campo magnetico costante

(0.4 T)

Corrente di attuazione

sinusoidale passa

attraverso le molle e la

piattaforma

 

Forza di Lorentz indotta sul

= ×

F I d l B

sensore nella direzione

verticale

l 22

Set-up sperimentale

Attuazione

elettromagnetica

Linearità dell’attuazione

elettromagnetica

confermata dall’analisi

della deflessione in regime

pseudo statico (10 kHz) 23

Set-up sperimentale

Misura della velocità del

sensore

Misura ottica realizzata

mediante un Velocimetro

Laser Doppler

MSV-300 Misura senza contatto, non

Polytech altera lo stato di vibrazione

del sensore v θ

∆ =

f 2 cos

D λ 24

Set-up sperimentale

Caratterizzazione della

risposta in frequenza del

sensore

Risposta in frequenza G(jω)

misurata in aria

Modellizzabile come un

risuonatore armonico del

secondo ordine

ω = 160 .

4 kHz

ris

=

Q 216 . 7

Ritardo LDV = ⋅

b 77

. 3

nN s / m

(~1.9 µs) ω 2

= =

k m 16

.

9 N / m

ris plat

=

( m 16 .

6 ng )

plat 25

Set-up sperimentale

Misura della frequenza di

oscillazione durante

l’evaporazione

Il sensore viene mantenuto

in vibrazione alla frequenza

di risonanza

La misura di frequenza

viene efettuata sul segnale

in uscita dall’amplificatore:

• Frequency counter per

DMSO

(34401A Agilent)

• Oscilloscopio digitale per

acqua 26

(DSO8064A Agilent)

Set-up sperimentale

Circuito di feedback per

l’auto-oscillazione

L’uscita dello stadio è un

Il circuito ha 2 funzioni: segnale di tensione a

dente di sega (±4V) la

• amplificazione del segnale cui frequenza è funzione

• shift della fase del segnale della massa della

per microgoccia

garantire l’auto-oscillazione

del sensore 27

Set-up sperimentale

Circuito di feedback per

l’auto-oscillazione

2° stadio

1° stadio 3° stadio

1° stadio: stadio non invertente a guadagno fissato

con filtro passa-alto

2° stadio: filtro passa-tutto per shift di fase

3° stadio: stadio non invertente a guadagno 28

Set-up sperimentale

Circuito di feedback per

l’auto-oscillazione

1° stadio 3°

stadio stadio

La fase della risposta in

frequenza del circuito è

dettata dal 2° stadio

ω ω

∠ = −

H ( j ) 180 2 arctan( RC )

=

C 1

nF

= − Ω

R 1 11

k 29

Set-up sperimentale

Circuito di feedback per

l’auto-oscillazione

Per mantenere il sistema in

auto-oscillazione deve essere

verificato il criterio di

Barkhausen

ω ω

⋅ ≥

H ( j ) G ( j ) 1

[ ]

ω ω π

∠ ⋅ =

H ( j ) G ( j ) 2 n

fmin di funzionamento,

fissata fase e guadagno

dello stadio  

k 1 1

 

= −

0

m (

t )  

π 2 2 2

4 f (

t ) f

 

r 0 30

Risultati sperimentali

Misura della massa delle

microgocce durante

l’evaporazione

Le microgocce (20 -30

ng) vengono depositate

sul sensore con un

microiniettore

(IM300 Narishige Group)

• Uso di un

micromovimentatore

• Trattamento al plasma

di ossigeno sul sensore

• Flusso d’aria di 8-10

sccm Calore dissipato sul sensore

• Controllo della

Resistenza del cammino µW

= 1.56

temperatura

di attuazione (9 Incremento di temperatura =

• Misure ripetute a

sensori) = 1.179 kΩ 61 mK

diverse 31

temperature

Risultati sperimentali

Misura della massa delle

microgocce durante

l’evaporazione Microscopia a

campo scuro

dell’evaporazion

e di gocce di

DMSO

Risultati sperimentali

Estrapolazione del tasso di

diminuzione della massa

delle gocce

DMSO

Campionato

ogni 150ms

Acqua

Campionato

ogni

5ms

Risultati sperimentali

Simulazione numerica della

superficie delle microgocce

• •

Analisi agli elementi finiti Goccia modellizzata come

applicati un

ad ogni campione di massa continuo deformabile

• Condizioni di simmetria incomprimibile

Eq. Di Navier-Stokes, caso

incomprimibile

u ( )

ρ η T

+ ⋅ ∇ − ∇ ⋅ ∇ + ∇ + ∇ =

( u u ) ( ( u u )) p F

t

∇ ⋅ =

u 0

Condizioni alla superficie libera, in

presenza di tensione superficiale

( )

η γ

T

− + ∇ + ∇ = − +

( p I ( u u )) n P n Γ n

a

Risultati sperimentali

Simulazione numerica della

superficie delle microgocce Area della

goccia costante

durante

simulazione

Fitting

Polinomiale


PAGINE

40

PESO

4.06 MB

AUTORE

sven87

PUBBLICATO

+1 anno fa


DETTAGLI
Corso di laurea: Corso di laurea magistrale in ingegneria elettrica
SSD:
Università: Pavia - Unipv
A.A.: 2013-2014

I contenuti di questa pagina costituiscono rielaborazioni personali del Publisher sven87 di informazioni apprese con la frequenza delle lezioni di Microsensori, microsistemi integrati e MEMS e studio autonomo di eventuali libri di riferimento in preparazione dell'esame finale o della tesi. Non devono intendersi come materiale ufficiale dell'università Pavia - Unipv o del prof Malcovati Piero.

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