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研究生:林傳隆
研究生(外文):Chuan-Long Lin
論文名稱:微流控制元件之研製
論文名稱(外文):The Study of Microflow Control Devices
指導教授:賴啟智張興政
指導教授(外文):Chi-Chih LaiHsing-Cheng Chang
學位類別:碩士
校院名稱:逢甲大學
系所名稱:自動控制工程學系
學門:工程學門
學類:電資工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2001
畢業學年度:89
語文別:中文
中文關鍵詞:微機電系統微流控制微幫浦混流控制
外文關鍵詞:MEMSmicroflow controlmicropumpflow mixture control
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微流量感測機電控制元件於微機電工程領域及產業自動化工程之應用極具重要性,微流量控制元件包含微閥門和微幫浦,為微流特性控制之成敗關鍵;本文根據無閥微幫浦流量控制元件之原理,發展流體混合致動微元件,元件結構包含三個微幫浦深腔做為兩流體輸入及混合輸出之用,以及六個微噴嘴流量控制流道及流體混合流道;本文利用ANSYS工程分析軟體進行微結構幾何分析,以獲取設計參數;並利用IntelliSuite及MemCAD製程模擬分析軟體,評估微元件製程之可行性;整合理論模擬分析和微製程規劃模擬結果,進行流體混合致動微元件之實體測試製作;並對微元件原型加以量測分析,找出微元件最佳化之控制參數。本流體控制微元件實體尺寸約為23mm´15mm´1.175mm,微元件驅動源設計採用5~15V之電壓,微元件原型初步測試可達成微流量控制及流體混合分析之功能,此微流量控制裝置應可提供生化科技和自動化工業領域精密流控相關應用。
The microflow control devices are important in the field of electromechanical industrial automation. The elements for micro flow control devices, such as microvales and micropumps, are the key-elements to well control micro flows. In the project, the valveless micropumps are applied to develop the microflow control devices. The design works include three etched cavities as flow inputs and mixed outputs, and six micronozzles as flow control channels, as well as a flow mixing channel. The research procedures are microdevice parameter simulation, microfabrication, process design and realization, and device’s measurement analysis. The geometric structures and microfabrication process design are done after several relative simulations using softwares of ANSYS, IntelliSuite and MemCAD. After fabricating the micro devices and analyzing the measurement results, the performance analysis of microflow control devices are done to obtain the optimal design parameters, and realized with the optimized characteristics. The unit die size of the microflow control devices is about 23mm´15mm´1.175mm. The operation voltage of the devices is designed about 5~15 volts. The microflow control devices may be used to improve automation and accurate quantity control in flow-control relative industry.
中文摘要ii
Abstractiii
目錄iv
圖目錄vi
表目錄ix
符號對照表x
第1章 緒論1
1-1 前言1
1-2 研究動機與目的1
1-3 文獻回顧2
1.4 研究方法與流程5
第2章 微致動原理與微製程技術8
2-1 無閥式微幫浦理論8
2-2 致動薄膜作動原理13
2-3 微流道混流理論分析14
2-4 半導體與微製程技術應用16
第3章 微流控制元件設計與模擬分析19
3-1 微流控制元件設計19
3-1.1 體型微流控制元件結構設計21
3-1.2 面型微流控制元件結構設計23
3-2 微流控制元件模擬分析25
3-3 微製程規劃32
3-3.1 體型微流控制元件之製程規劃與模擬32
3-3.2 面型微流控制元件之製程規劃與模擬36
3-4 微流控制元件原理40
3-5 微流控制元件量測機制42
第4章 微流元件製程測試與實現45
4-1 微流元件光罩設計45
4-1.1 微流元件光罩設計45
4-1.2 蝕刻腔體與混合流道光罩設計50
4-2 微流控制元件製程52
4-2.1 微流元件製程測試52
4-2.2 微流控制元件製作與討論57
第五章 結論65
5-1結論65
5-2 未來研究方向66
參考文獻67
誌謝70
作者簡介71
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[26]沈建宏, 熱動式無閥微泵之研究,交通大學機械工程系,碩士論文, 1998.
[27]林益民, 微流體系統中熱挫屈微致動結構之分析, 成功大學機械工程學系,碩士論文, 1997.
[28]邱正宇, 壓電式微幫浦之模擬分析,成功大學機械工程學系,碩士論文, 1998.
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