Skip to main content
SUPERVISOR
فرشاد برازنده (استاد راهنما) مهدی سلمانی تهرانی (استاد راهنما) محمود فرزین (استاد مشاور)
 
STUDENT
Erfan Seifi
عرفان سیفی

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی مکانیک
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1396
: With the development of Micromachining and microelectronics in recent years, microwaves have found many applications. Microheaters are used in a variety of applications, including gas sensors, humidity and pressure sensors, infrared detectors, conductive ink printing, thermal actuators, and military applications. Many efforts have been made to improve the uniformity of heating and reduce the power consumption of microheaters using structural modification. The most common of these are microheaters with platinum and polysilicon heating elements on the silicon oxide layer. These microheaters have good performance and low power consumption; However, the presence of residual stresses between layers in the coating process (due to differences in the amount of thermal expansion coefficients of the selected layers and also the presence of high stresses in different coating processes) reduces the useful life of the microheater and heat loss. To the substrate layer, reduces the heat concentration in the heating element at high temperatures. The aim of this project is to design and build a microthermal with micron MicroCavity with nickel structure on the gold-chrome layer. The construction method of this project is electroplating process. This microheater is used for high temperature applications such as gas sensors and conductive ink printing. In the simulation section, the goal is to find a suitable geometry for the heating element to distribute and aggregate heat uniformly with power consumption and response time. The heating element is made of nickel and the working temperature of the microheater is 350 to 400 ° C with an input voltage of 2.5 volts. The simulation results show that the height of the heating element to reach the desired temperature is 40 microns and the response time is 20 milliseconds. A microCavity array was used on the back of the microheater to reduce heat loss to the substrate. The bottom-up microheater structure consists of a silicon substrate, a silicon oxide layer, an intermediate layer of chromium and gold, and a heating element. Microheaters are designed and manufactured based on standard micromachining methods. The silicon oxide layer is deposited by the dry oxidation process, the chromium and gold layers by the electron beam machining method, and the nickel layer by the electroplating method. In the microheater test section, the obtained results confirm the simulation results and show that the microheater has a good performance in terms of production temperature, power consumption and response time. Keywords: Microelectromechanical systems, Microheater, Power consumption, Electroplating, Deposition, MicroCavity, Substrate
با توسعه میکروماشین کاری و میکروالکترونیک در سال های اخیر، ریزگرم کننده ها کاربردهای فراوانی پیدا کرده اند. ریزگرم کننده ها درکاربردهای مختلفی از جمله حس گرهای گازی، حس‌گرهای رطوبت و فشار، آشکارکننده های فروسرخ، چاپ جوهر رسانا، راه اندازهای گرمایی و کاربردهای نظامی استفاده می شود. تلاش های زیادی در جهت بهبود یکنواختی در گرمایش و کاهش توان مصرفی ریزگرم کننده ها با استفاده از اصلاح ساختار انجام شده است. از جمله رایج ترین آن ها ریزگرم کننده با المان گرمایی پلاتینی و پلی سیلیکونی بر روی لایه اکسید سیلیکون است. این ریزگرم کننده ها دارای عملکرد خوب و توان مصرفی کم هستند؛ اما با این حال وجود تنش های پسماند بین لایه ها در فرآیند لایه نشانی (به دلیل تفاوت در مقدار ضرایب انبساط گرمایی لایه های انتخابی و هم چنین وجود تنش زیاد در فرآیندهای مختلف لایه نشانی) باعث کاهش عمر مفید ریزگرم کننده می شود و هدررفت گرما به لایه بستر، باعث کاهش تمرکز گرما در المان گرمایی در دماهای بالا است. هدف از این پروژه طراحی و ساخت یک ریزگرم کننده به همراه ریزحفره های میکرونی با ساختار نیکل بر روی لایه طلا-کروم است. روش ساخت این پروژه فرآیند الکتروپلیتینگ است. این ریزگرم کننده برای کاربردهای با دمای بالا مثل حس گرهای گازی و چاپ جوهر رسانا استفاده می شود. در بخش شبیه سازی هدف یافتن یک هندسه مناسب برای المان گرمایی جهت توزیع و تجمیع یکنواخت گرما با توان مصرفی و پاسخ زمانی مناسب است. جنس المان گرمایی از نیکل بوده و دمای کاری ریزگرم کننده 350 تا 400 درجه سانتی گراد با ولتاژ ورودی 5/2 ولت است. نتایج شبیه سازی نشان می دهد که ارتفاع المان گرمایی برای رسیدن به دمای مورد نظر،40 میکرون و پاسخ زمانی20 میلی ثانیه است. ازیک آرایه ریزحفره میکرونی در پشت ریزگرم کننده برای کاهش هدررفت گرما به لایه بستر، استفاده شد. ساختار ریزگرم کننده از پایین به بالا به ترتیب شامل بستر سیلیکونی، لایه اکسید سیلیکون، لایه واسطه کروم و طلا و المان گرمایی است. ریزگرم کننده بر پایه روش استاندارد میکروماشین کاری، طراحی و ساخته می شود. لایه اکسید سیلکیون توسط فرآیند اکسیداسیون خشک، لایه کروم و طلا به روش ماشین کاری با پرتو الکترونی و لایه نیکل توسط روش الکتروپلیتینگ لایه نشانی می شوند. در بخش آزمایش ریزگرم کننده، نتایج به دست آمده، نتایج شبیه سازی را تصدیق می کند و نشان می دهد که ریزگرم کننده عملکرد مناسبی به لحاظ دمای تولیدی، توان مصرفی و نیز پاسخ زمانی دارد. کلمات کلیدی: سیستم های میکروالکترومکانیکی، ریزگرم کننده، توان مصرفی، الکتروپلیتینگ، لایه نشانی، ریزحفره، بستر

ارتقاء امنیت وب با وف بومی