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文檔簡介
1、<p> 應(yīng)用于流體的微型閥的各種低功耗設(shè)計(jì)的開發(fā)</p><p> 摘要:自動(dòng)化控制的流體輸送是微型全分析系統(tǒng)(μTAS)的一個(gè)重要的環(huán)節(jié)。有學(xué)者提議將微型閥內(nèi)受壓流體從微通道中分離出來,這種方案大大降低了移動(dòng)流體所需的能量。單作用閥陣列的設(shè)計(jì),微制造及其性能為構(gòu)成這一驅(qū)動(dòng)機(jī)制的不可分割的部分,因此常作為研究對象。閥門的可尋址成分是一個(gè)薄金屬歐姆電阻,它的設(shè)計(jì)決定著驅(qū)動(dòng)電壓。電阻仿刻于氮化硅膜片上
2、,二者構(gòu)成了一個(gè)豎立于硅晶片上的流體障礙。通過電脈沖快速加熱引起膜片式電阻的熱應(yīng)力,進(jìn)而推開膜片來打開閥門。所選用的加工工藝均能使晶圓級的裝置采用MEMS技術(shù)加工出來。通過實(shí)驗(yàn)測試各種不同厚度(1、2、3um)和不同尺寸的膜片。本實(shí)驗(yàn)研究對象為可承受的壓力差高達(dá)5巴的閥(氮化硅薄膜尺寸為3mm×3mm,厚度為3μm)。受測閥門的驅(qū)動(dòng)電壓在14~140V之間,驅(qū)動(dòng)所耗能量為幾十到幾百毫焦。</p><p>
3、;<b> 1引言</b></p><p> 微流體技術(shù)已經(jīng)被納入各種各樣的研究計(jì)劃當(dāng)中,其中就包括有著名的傳感器優(yōu)勢計(jì)劃。在μTAS和實(shí)驗(yàn)室芯片應(yīng)用中的一個(gè)特別重要的環(huán)節(jié)就是每分鐘所運(yùn)送的流量。即使作為單工序操作,密封液體的存儲(chǔ)和它的供需傳送有著多重意義。比如,常用的微流體應(yīng)用涉及到交送分析試劑到樣品,再到誘導(dǎo)其轉(zhuǎn)化以提供樣品的狀態(tài)信息,例如一些目標(biāo)化合物【1、2】的存在或其濃度。另一
4、個(gè)受益于自動(dòng)化流體傳送【2、3】的應(yīng)用就是用于檢測水體的便攜式傳感器系統(tǒng)中的樣品攝入。另外,通過將電解質(zhì)加入到電化學(xué)電池【4、6】中,自動(dòng)化流體輸送可用作為產(chǎn)生能量供需的一種方式。</p><p> 已有許多理論例證了流體的傳送機(jī)制,這里所用的參考僅為一些小的樣品【7-14】。氣體驅(qū)動(dòng)式或內(nèi)置慣性驅(qū)動(dòng)的方式優(yōu)于電力驅(qū)動(dòng)的方式,因?yàn)榍皟烧呖梢蕴峁└鼘挿秶牧魉?。基于離心驅(qū)動(dòng)式的CD式結(jié)構(gòu)是微流體計(jì)劃【11】中的經(jīng)
5、典例子。采用體積膨脹材料是誘導(dǎo)壓力差以獲得微小流量【10、12-14】的另一方案.不論是達(dá)到分析目的還是要產(chǎn)生能量,涉及到遠(yuǎn)程無人值守式傳感器的應(yīng)用都有特定的要求,而這些要求挑戰(zhàn)著一些可行的微流方案的直接合并。這些要求除了穩(wěn)定性還包括有功耗低和耗時(shí)短。低功耗裝置要求能夠有效的傳送流體,這樣可以提高能源的工作壽命與整個(gè)裝置的循環(huán)次數(shù)。快速致動(dòng)能夠確保預(yù)期轉(zhuǎn)換的精確控制。這類傳感器,減少滯后時(shí)間就可確保獲得實(shí)時(shí)的數(shù)據(jù),Chien-Chong
6、【15】等人提出了一種很有吸引力的流體傳送機(jī)制。把儲(chǔ)存受壓流體的容器置于閥體內(nèi),當(dāng)其被打開,可控的致動(dòng)部分就會(huì)把流體傳送到微型通道。這種低功耗型微型閥可以應(yīng)用到我們這個(gè)課題中。</p><p> 關(guān)于微型閥的設(shè)計(jì)與制造的報(bào)告已有很多,這里我們僅列舉一小部分【16-27】作為參考。采用無硅加工工藝生產(chǎn)出的聚合物/塑料閥和排氣閥,是閥門制造方式的一種創(chuàng)新。有關(guān)利用傳統(tǒng)制造工藝加工微型閥的報(bào)告也很常見。傳統(tǒng)的硅微機(jī)械
7、加工技術(shù)得益于集成電路工業(yè)。大批量加工與微米級硅結(jié)構(gòu)設(shè)備加工的可行性使得加工成本大大降低。Mueller開發(fā)出一種burst-plug式微型閥,此閥可以減少致動(dòng)所耗的能量。這里提到的設(shè)計(jì)同樣是基于熱應(yīng)力原理,它的主要不同之處在于其膜片上面印刻了一層薄電阻。如圖1所示,這種設(shè)計(jì)增加了其功能的多樣性,因?yàn)榇碎y可以被加工出各種各樣的尺寸(使其能應(yīng)用各種場合)而且可以加工于不同的基底上面,而其他類型的閥的微通道或一些其他流體成分都是固定的。管道
8、與流體端口是微流體學(xué)中很受歡迎的研究領(lǐng)域。在圖1b中展示了一些很容易相互連接的裝置。為了能夠獲得更高的產(chǎn)量,需要選擇具有良好特征且常見的加工工藝。如果像圖1b那樣安裝,那么其驅(qū)動(dòng)所需能量由此閥工作機(jī)制的消耗功率所決定。以上主要就微型閥的制造及低功耗設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)研究作了相關(guān)報(bào)告。</p><p> 2閥門設(shè)計(jì):理論上與實(shí)際上的注意事項(xiàng)</p><p> 2.1微型閥材料的選擇</p&
9、gt;<p> 沉積在硅氧化物上的薄電阻已經(jīng)在各種傳感器裝置【29-34】(氣體或壓力傳感器)中實(shí)現(xiàn)。這種材料擁有陶瓷那樣的熱學(xué)特性,而且能夠沉積在薄膜片上,這兩種能力使其能夠減少整個(gè)裝置的熱量。與其他金屬【30-33】相比,鉑的電阻較高,因此常用來作為電阻加熱器。盡管有好幾種裝置在氮化硅膜片上面采用電阻加熱,但是并沒有對不同尺寸及形狀的電阻做出比較。本文中我們研究了各種設(shè)計(jì)中的鉑阻尼器與金屬式微電阻器,重點(diǎn)探究其設(shè)計(jì)對
10、致動(dòng)所耗能量的影響。為了能夠使其便于整合到便攜式傳感器中,我們提出了一些設(shè)計(jì)制造不同能量需求的微型閥的指導(dǎo)原則。</p><p> 2.2理論背景及電阻器的設(shè)計(jì)</p><p> 如果單作用閥(如圖1的布置方式)應(yīng)用于可儲(chǔ)存氣體能量的流體機(jī)構(gòu)中,必須考慮以下兩個(gè)因素:第一,膜片的強(qiáng)度必須能夠承受住流體的壓力。膜片的強(qiáng)度越高,所能承受的壓力就越大,流體充滿容器的速度也就越快。另外,膜片必
11、須能夠可靠地泄漏一小部分能量,而且其泄漏滯后時(shí)間必須很短。本文已得出膜片所能夠承受的最大實(shí)驗(yàn)壓力。在文獻(xiàn)【34、35】中主要講述了運(yùn)用數(shù)值分析的方法來求解一個(gè)現(xiàn)象邏輯式的機(jī)械模型。這里運(yùn)用一個(gè)簡單的描述式模型來量化膜片所承受的最大壓力。此模型是建立在膜片相比于其厚度有較大的平面尺寸的基礎(chǔ)上,也可以用來建立膜片尺寸與其所需的破壞壓力之間的聯(lián)系。當(dāng)膜片一側(cè)的壓力發(fā)生改變,我們可以寫出一個(gè)力平衡等式:</p><p>
12、 ∮FdA=D∫Dp=4tτD+ D()</p><p> F為垂直力,A為膜片的面積,P為壓力,t為膜片的厚度,D為膜片平坦側(cè)的長度,左邊的等式D∫Dp代表氣動(dòng)力負(fù)載的統(tǒng)一形式。4tτD中包括最大剪切力τ,其為膜片邊緣上一個(gè)非常關(guān)鍵的剪切力。D()式中的b是一種由于膜片偏移及加工造成的殘余應(yīng)力引起的補(bǔ)償力(可能是正的也可能是負(fù)的)b/ D式中包含有所用測試設(shè)備的儀器誤差。</p><p&
13、gt; 為了能夠確定出其設(shè)計(jì)方案,必須考慮到能量與熱效應(yīng)之間的耦合方程式。首先,能量Q可以通過已知的電壓V和電阻R計(jì)算出來:</p><p><b> Q=V/R</b></p><p> 其次,電阻的溫度增量可根據(jù)能量守恒定律估算出來,一般由下式表示:</p><p> Q=熱量的轉(zhuǎn)變+熱傳導(dǎo)過程中流失的熱量,</p>
14、<p> 另外電阻器內(nèi)溫度的變化會(huì)引起阻值R的變化,其大小取決于金屬的物理化學(xué)特性(ρ為金屬的電阻率,α為熱阻率)和其有關(guān)尺寸(長度L,截面積A)</p><p> R=ρ(1+α(T-T))</p><p> 熱梯度(等式4右邊的第一個(gè)術(shù)語)和熱損失的大小決定著膜片/電阻系統(tǒng)所能達(dá)到的溫度以及溫度增加的速度。拉近硅氧化物邊緣與電阻之間的距離是減少熱損失的一種方法。如圖2為
15、兩種基本的電阻器設(shè)計(jì),其尺寸可以改變?yōu)榱四軌驂颢@得熱損失的相對值。第一種設(shè)計(jì)(如圖2a所示的標(biāo)有“L”的設(shè)計(jì))的形狀為“之”形。而第二個(gè)電阻器設(shè)計(jì)成了兩腿平行相連的“P”形結(jié)構(gòu)。這兩種設(shè)計(jì)均關(guān)于水平軸和垂直軸成中心對稱。表1中每一種設(shè)計(jì)的四五個(gè)電阻器可分布在直徑為4mm的基體掩膜上。我們期望第一種設(shè)計(jì)達(dá)到所需溫度所耗電流比第二種設(shè)計(jì)要少。平行式電阻器設(shè)計(jì)中的電阻比第一種設(shè)計(jì)中的要小,因此其所加載電壓可以更小。</p>&l
16、t;p><b> 3 微型制造</b></p><p> 清洗硅基片(厚度為520um,直徑為4um)需要三個(gè)基本的步驟,首先用丙酮進(jìn)行旋轉(zhuǎn)清洗,然后再用甲醇,最后使用去離子水,接下來進(jìn)行遠(yuǎn)心脫水。圖3a為膜片的加工流程。首先把基片放入低溫氣相沉淀爐中來沉積覆蓋薄膜,沉積1um、2um、3um厚度的薄膜所需時(shí)間分別為3.3h、6.6h、10h。光刻與對準(zhǔn)工藝均在EV-620對準(zhǔn)器上
17、完成,掩膜是從PrecisionImage公司購買來的。</p><p> 3.1金屬沉積與電阻器圖案的仿刻</p><p> 通過剝離技術(shù)可以把金屬電阻器仿刻于基片的一側(cè),圖3系統(tǒng)地展示了其過程。然后在基片上面沉積光刻膠S1818(美國羅門哈斯公司的產(chǎn)品),沉積時(shí)轉(zhuǎn)速為3000r/min,時(shí)間為40s.然后再曝光2.9s,在MF319顯影劑中浸泡35-40s。使用AJA公司生產(chǎn)的AN
18、ATC1800系列的噴鍍設(shè)備在晶片上面噴鍍一層近10um的鋁層,這一層可作為鉑金屬沉積層與硅晶片(表2)之間的連接層。最后將其浸泡于丙酮溶液里20min,即完成電阻器圖案的剝離仿刻。</p><p><b> 3.2 硅蝕刻</b></p><p> 完成電阻器圖案的仿制后,緊接著就是蝕刻晶片背部的硅(即圖3所示的腔體的形成過程)。蝕刻硅有兩種加工路線A和B,在路
19、線A中,第一步先蝕刻氮化硅層,目的是為了形成掩膜以便能夠在晶片上進(jìn)行批量的化學(xué)蝕刻。在適當(dāng)?shù)难谀んw上使用負(fù)光刻膠(NR9-1500PY,Futurrex公司生產(chǎn))可以在晶片背面硅氧化物上仿刻出正方形。沉積負(fù)光刻膠NR9-1500PY時(shí),設(shè)備的旋轉(zhuǎn)速度為1000r/min,時(shí)間為40s,加熱板溫度設(shè)定在150℃,加熱時(shí)間為80s,經(jīng)過以100℃的溫度預(yù)熱80s后,使用RD-6顯影劑進(jìn)行顯影。曝光時(shí)間為20s,顯影時(shí)間為15s.通過這些工藝
20、可獲得厚度約為2.25um的光刻膠。此厚度可通過量測設(shè)備儀器廠科磊公司生產(chǎn)的緊湊型表面輪廓模型 P10(KLA,位于美國的圣愛賽州)測出。使用反應(yīng)離子刻蝕機(jī)(pfaffikonSZ公司生產(chǎn)的Uniaxis系列)經(jīng)過115min的反應(yīng)離子蝕刻就可掉位于方形區(qū)域里的硅氧化物。氮化硅刻蝕時(shí)所采用的工作介質(zhì)為三氟甲烷與氧氣的混合體,它們之間的比例為45:5.隨著刻蝕工藝的不斷進(jìn)行,光刻膠的厚度會(huì)急劇變薄,因此之后再需對光刻膠層進(jìn)行局部的蝕刻。接
21、下來對</p><p> 4測試設(shè)備與注意事項(xiàng),實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論</p><p> 4.1 膜片的壓力測試</p><p> 膜片的力學(xué)特性可以用來預(yù)測其強(qiáng)度,但是眾所周知,沉積膜片的內(nèi)部應(yīng)力與其沉積技術(shù)及條件有關(guān)。圖4為NT3300Wyko光學(xué)分析器所拍攝的照片,從中可以看出受測膜片的彎曲度與加工方形膜時(shí)所誘發(fā)的殘余應(yīng)力之間的關(guān)系。這些膜片以及其它有著不同的邊
22、界尺寸的膜片將被用來做測試以獲得它們各自所能承受的最大壓力。此圖清晰的表明了低壓化學(xué)氣相沉淀物確實(shí)在加工薄膜時(shí)誘導(dǎo)了殘余應(yīng)力的產(chǎn)生。盡管如此,這種膜片有足夠的強(qiáng)度支撐晶片的其余部分,正如很多文獻(xiàn)【34-37】中所報(bào)告的那樣,這表明此閥的殘余應(yīng)力小于0.1GPa。</p><p> 為了能夠獲得膜片最大壓力的估計(jì)值,我們加工出一些不同尺寸(邊長分別為1、1.5、2、2.5、3和4mm)、不同厚度(分別為1、2、和
23、3um)的方形膜片,本次測試我們使用了Upchurch Scientific公司生產(chǎn)的商用nanoports儀器。圖5為測試最大壓力的原理圖和通過傳感器(精亮電子公司生產(chǎn)的MSP型傳感器)所獲得的校核曲線。通過壓縮泵產(chǎn)生壓力,同時(shí)打開壓縮機(jī)與排氣閥,然后再慢慢的關(guān)閉閥門,記錄下每秒中的壓力值,直到膜破壞為止。圖6總結(jié)了施加調(diào)節(jié)壓力時(shí),不同尺寸的氮化硅膜發(fā)生破裂時(shí)的一些實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。從這些數(shù)據(jù)中可以看出,減少膜片的尺寸就會(huì)顯著地提高其強(qiáng)度。此
24、連續(xù)的曲線適合作為以上所得實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的一個(gè)數(shù)學(xué)模型。既然只有最大的膜片(D=4mm,h=3um)發(fā)生斷裂,再與厚度為1和2um的膜片相對比即可得出此數(shù)學(xué)模型。這個(gè)模型是等式(1)的簡化。假定施加的壓力相同,壓力差△P也相等,對于最大剪力τ和膜片尺寸D,其關(guān)系如下:</p><p><b> △P=</b></p><p> 系數(shù)k為補(bǔ)償參數(shù),主要包括一些在2.2部分
25、提到的邏輯現(xiàn)象方面的因素。正如圖6所示,此模擬曲線與實(shí)驗(yàn)所獲得的數(shù)據(jù)相當(dāng)吻合。圖6中可看出,尺寸最大的薄膜(邊長為4.0mm)在加載壓力為0.25至0.60巴之間發(fā)生斷裂,在5組受測的膜片中,僅有一個(gè)厚度為3um的膜片所承受的破壞壓力為1.4巴,有好幾組在0.3至0.65巴之間發(fā)生破壞,其余的當(dāng)壓力達(dá)到5巴時(shí),仍然沒發(fā)生斷裂。由于邊長為3mm,厚度為3um的膜片所承受的壓力的范圍較大,因此常用來構(gòu)建熱制動(dòng)型閥門。</p>
26、<p> 4.2開啟閥門所需能量</p><p> 微型電阻器的熱效率【14,33】常以所需能量或某一特定功率下達(dá)到一特定的溫升所耗的時(shí)間來表示。E3612-A可以提供恒定的電壓,然后把電阻器放入Karl,suss探測站中,在加熱過程中電阻器的電阻會(huì)發(fā)生變化,為了估算出電阻器達(dá)到某一溫度所需的能量,需要估算出其阻值的變化量R,其可通過計(jì)算平均值R來估算R,式子如下:</p><p
27、><b> R=</b></p><p> 第一個(gè)阻值是指溫度為18.9±0.2℃式的電阻值,在表3中列出了每種設(shè)計(jì)的電阻值(通過方程式4計(jì)算而得) </p><p> 通過經(jīng)驗(yàn)獲得,因此可采用不同的電壓把電阻加熱到不同的溫度(至少五個(gè)電位) 最終每個(gè)電阻的溫度范圍都控制在18--700℃之間。然后使用Fluke-189記錄下電壓和回路中(如圖7
28、a)的電流。電流和電壓可用來計(jì)算輸入功率,同樣根據(jù)歐姆定律,可計(jì)算出受熱電阻器穩(wěn)定狀態(tài)下的電阻值R。由等式(4)推導(dǎo)出來的等式(7)中會(huì)使用到R來估算穩(wěn)定狀態(tài)下的溫度T</p><p><b> T=T+</b></p><p> 實(shí)際上,微型電阻器【14,33】的功率與溫度之間存在線性關(guān)系,方程式(2)中暗含有溫度與電壓之間的聯(lián)系;</p><
29、;p> T[℃]=cV+Dv+18.5</p><p> 把計(jì)算得出的溫度作為電壓的函數(shù),輸入到一個(gè)回歸子程序中可獲得方程式(8)中的常量c和d和d圖8中所總結(jié)的一些關(guān)于金屬電阻L1實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可以有力的證明電阻設(shè)計(jì)中加熱所需的能量。穩(wěn)定狀態(tài)下的溫度是功率與電壓的函數(shù)。由連續(xù)的直線構(gòu)成的曲線可以清晰明了的描述實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),正如上述那樣,溫度的增加量線性相關(guān)于輸入功率。R代表平均相關(guān)系數(shù),其值接近于1程度表明曲
30、線與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)吻合的良好程度,本實(shí)驗(yàn)獲得的r值為0.9820.平均溫度與施加電壓之間的函數(shù)曲線可用方程式(8)表達(dá),這種情況下所計(jì)算的相關(guān)系數(shù)r為0.9965,從這些數(shù)據(jù)中我們可以看出,圖8里第三個(gè)閥的溫度增量較小,最可能的原因是其位于晶片的邊緣處,這使得其更多的面積暴露在T=T的環(huán)境中,因此導(dǎo)致更多的熱量損失和更低的熱效率?;貧w系數(shù)介于0.9682-0.9997之間證明了方程式(8)的正確性,此方程式同樣可以用來計(jì)算我們期望的R的值。按
31、照梯形法使用數(shù)值積分的方法求出時(shí)間加權(quán)的實(shí)際電阻變化量的平均值R,然后與計(jì)算所得R做比較。阻值的實(shí)際變化量可通過一恒定的電阻與示波器測出來。等式(9)可用來觀察所有上述設(shè)計(jì)的電阻器的穩(wěn)定狀態(tài)的溫度</p><p><b> ?。疪</b></p><p> 既然實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)R幾乎與R相等,那么把R= R作為一常量代人到方程式(2)中,就可以估算出所需的功率,并達(dá)到且維持
32、穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)的溫度T.這個(gè)結(jié)論可被用于此部分所用的結(jié)果當(dāng)中。</p><p> 為了能夠估算出任何一種設(shè)計(jì)的閥門所需的開啟電壓,并且考慮到氮化硅薄膜能夠承受高達(dá)650℃的高溫,這里我們所加載的電壓必須能夠使溫度上升到700℃。測試閥門開啟的第一步是先獲得達(dá)到穩(wěn)態(tài)溫度所需時(shí)間脈沖的估計(jì)值。通過有限元分析的方法繪制出類似于圖2的兩種尺寸不同的設(shè)計(jì)圖。根據(jù)材料的物理化學(xué)特性以及方程式(2)-(4)可建立出其仿真模型。利
33、用這些模型可以估算出達(dá)到臨界溫度所需的時(shí)間。這里并沒有提到二維建模的細(xì)節(jié),但是在有限元法建模的過程中確實(shí)包含二維建模的內(nèi)容。然后使用計(jì)算電壓在30s,50s或者100s之內(nèi)對裝置進(jìn)行調(diào)試,如果閥門沒有打開,就把時(shí)間延長至50s,還沒打開的話再增加50s,直到閥門打開為止(推開氮化硅膜)或以失敗告終(即還沒推開膜片之前,電阻器失效)電脈沖可由HexFET 型N通道高壓場效應(yīng)晶體管產(chǎn)生,這種晶體管是由索尼-泰克公司生產(chǎn)的AFG函數(shù)發(fā)生器觸發(fā)
34、。表格4列出了加載電壓值,脈沖持續(xù)時(shí)間,及打開閥門所需能量德估計(jì)值。估算所需能量時(shí),我們假設(shè)穩(wěn)態(tài)發(fā)生在電阻器失效之前。計(jì)算功率與脈沖時(shí)間的乘積就可獲得所需能量值。</p><p> 4.2.1進(jìn)一步減少開啟閥門所耗能量德措施</p><p> 能夠進(jìn)一步減少閥門開啟所耗能量德方法就是增大加載電壓,這樣可以減少達(dá)到閥門臨界破壞點(diǎn)所用的加熱時(shí)間。因此我們可選擇更加短的脈沖時(shí)間(0-30s
35、)和比表格4中更高的電壓。這種情況下,我們希望閥門開啟時(shí)的溫度并不是電阻器最終達(dá)到的穩(wěn)定溫度。因?yàn)槟芰康掠?jì)算需要通過電流與時(shí)間的函數(shù)獲得,而這個(gè)函數(shù)可以通過一定值電阻和一個(gè)EdkrtonnixTDS3032數(shù)字示波器求出。這個(gè)測試儀器同樣可以獲得使膜片破壞所用的脈沖時(shí)間(t),能量則可由以下公式計(jì)算得出;</p><p> 能量=V∫I(t)dt</p><p> 把如圖9所示的方波加
36、載到外部電阻上面就可測量出電壓降。圖9中,每條曲線旁邊的電壓值為其電阻的加載電壓,可以看出,當(dāng)加載電壓為13和17伏時(shí),膜片被推開使得閥門開啟。加載電壓為13伏時(shí),開啟閥門所需的能量比17伏時(shí)高很多(大約4倍多)如果把整體功率看作是時(shí)間的函數(shù),那么所需的能量大約為44毫焦,若已得出平均功率,再乘以脈沖持續(xù)時(shí)間22毫秒,可計(jì)算出開啟閥門所需的能量為43毫焦,這兩個(gè)值相差不到1%說明了一個(gè)事實(shí),那就是采用整合的方式可以避開求解能量的需求.在
37、圖片10、11中列出了與此裝置類似的閥門的所需能量的計(jì)算值。把每個(gè)裝置計(jì)算得出的能量作為電阻的函數(shù),因此此圖可以清晰的表達(dá)出電阻設(shè)計(jì)的效果.平均電勢和脈沖時(shí)間(測試設(shè)備所加載的正負(fù)電壓和過渡時(shí)間)都被列入到每個(gè)設(shè)計(jì)相應(yīng)的數(shù)據(jù)庫當(dāng)中。</p><p><b> 5總結(jié)與結(jié)論</b></p><p> 本文主要論述了加工可靠的且由金屬及氮化硅物構(gòu)成的單作用閥陣列的基本
38、要點(diǎn)。上述的熱力學(xué)測試與電阻器的物理化學(xué)特性可作為設(shè)計(jì)具有特定啟動(dòng)能量的微型閥的指導(dǎo)原則。這種閥可以在低功率環(huán)境下及不同的電壓與電流下啟動(dòng)(有些特定場合需要能量的補(bǔ)充)而且特別便于安裝。本文計(jì)算出了不同尺寸的閥所能承受的最大壓力。實(shí)驗(yàn)得出,邊長為3mm,厚度為3um的閥可承受5巴梯度的壓力。單作用驅(qū)動(dòng)膜的低功耗要求也即是未來很有吸引力的遠(yuǎn)程便攜式閥門機(jī)構(gòu)應(yīng)用的一個(gè)要求。另外,所采用的制造工藝能夠保證其大批量生產(chǎn),因此制造成本低,可以用來
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