臺灣博碩士論文加值系統

摘要
利用微機電金屬薄膜製程技術蒸鍍金屬至四吋矽晶片及載玻片上，舖上PDMS來形成主體的流道結構，以設計兩兩相近的電阻當作加熱功效及感熱功效，主要讓區塊面積氣體加熱膨脹使流體順序推動，而經由聚合脢反應器，組裝成PCR模組。
以電路及Labview圖控式的程式語言設計出控制系統，將流體經過的功能分別開發出個別的模組(定量、推動、混和、溫度反應)，再將各個功能模組連接起來或是整合在同一晶片上成為一個系統，微晶片其功用為讓反應腔體容積縮小，使得檢體樣本的需求量減低，達到較一般實驗相同或是有更高效率的檢測結果。

Abstract
The study applies Thermal Evaporator technology to collect the metal into wafer of 4 inches and glass which attaches PDMS to develop the construction of the main channel. In order to design two similar electric resistance to be as the effect of heater and sensor that make mainly liquid push in turn to by heating inflation in the vapor of the area. Then, it constitutes PCR module through Polymerase Chain Reaction Chip.
Besides,The designs the controllable system by a circuit and the mode programming language of Labview,that uses function of the liquid to pass through to develop individual modules separately including to drop meter、manipulation、mixed and thermal reaction , and that constitutes a system by connecting with each functional modules or uniting in the same wafer. For the Microchannel,its function is to let the reactor of the capacity contract and the experiment requires less sample so that it can reach the same result as general experiment or more high efficient result of examination.

摘要………………………………………………Ⅰ
Abstract……………………………………………Ⅱ
致謝………………………………………………Ⅲ
目錄………………………………………………Ⅳ
圖目錄……………………………………………Ⅵ

目錄

第一章導論………………………………………1
1-1 前言 ……………………………………………1
1-2 研究動機與目的 …………………………………2
1-3 研究方法和步驟 …………………………………3

第二章晶片製作…………………………………4
2-1 光罩製作 ………………………………………4
2-1-1 感測器與加熱器之金屬電阻設計 ……………………8
2-2 製程技術 ………………………………………9
2-2-1 清潔 …………………………………………9
2-2-2 光學顯影 ……………………………………10
2-2-3 金屬薄膜製程 ………………………………11
2-2-4 微影及金屬蝕刻 ………………………………13
2-2-4 玻璃製程 ……………………………………14

第三章實驗設備與軟體設計方法討論 ………16
3-1 電源供應器 ……………………………………16
3-2 熱風循環烘箱 …………………………………17
3-3 LabVIEW GPIB 卡、DAQ 卡之簡介 ……………………18
3-3-2 PID 控制原理 …………………………………24
3-3-3 LabVIEW 圖控式程式語言特色與程式設計 …………26
3-3-3-1程式對接收訊號的轉換 ………………………28
3-3-3-2內部LabVIEW程式解釋 ………………………29
3-3-3-3將外在接收電壓訊號轉換成溫度的步驟 …………29
3-3-3-4溫度控制程式PID修改的介紹 ……………………30
3-3-3-5預設溫度與迴圈的關係 ………………………34
3-3-3-6後級保護電路與電壓訊號輸出 …………………37
3-4實驗量測溫度數據 ………………………………38
3-4-1 散熱在載波片上 ………………………………38
3-4-2 溫度控制升降速率在載波片上 ……………………40
3-4-3 溫度控制調整PID值 ……………………………40

第四章 電子電路系統 ………………………41
4-1溫度-電壓轉換電路 ………………………………41
4-1-1定電流 ………………………………………42
4-1-2高輸入阻抗的差動放大器 ………………………42
4-1-3 濾波器及準位調整電路 …………………………44
4-1-4 溫度感測之電路設計部分 ………………………47
4-2 溫度加熱之電路設計部分 …………………………49
4-3順序控制手動電路設計 ……………………………51
第五章 結論與建議 …………………………54
參考文獻 ………………………………………58

圖目錄

圖 1-1 微流道系統設計圖 ……………………………4
圖2-1 Alignment mark設計圖 …………………………5
圖 2-2 電阻感測器與電阻加熱器原理設計圖 ……………7
圖2-3 感測器與加熱器之金屬電阻設計圖 ……………8
圖2-4加熱器與感測器光罩示意圖 ……………………15
圖 2-5 實際製作感熱電阻及加熱電阻成品OM圖 …………16
圖 3-1 類比式雙輸出直流電源供應器 …………………16
圖3-2類比式單輸出直流電源供應器 ……………………17
圖 3-3熱風循環烘箱 ………………………………18
圖 3-4 GPIB、SCSI、RS-232 及RS-485 等匯流排之比較 ……21
圖 3-5 一般信號型態需要注意事項 ……………………23
圖 3-6 PCI-6025E介面卡 ……………………………24
圖 3-7 系統PID回饋流程圖 ………………………25
圖 3-8 虛擬儀表與傳統儀器偵測系統比較 ………………27
圖3-9 依所設計電阻得到的電壓對溫度的資料庫 …………28
圖3-10 多點資料趨近線性函數圖 ………………………28
圖3-11電壓訊號轉換成溫度步驟圖 ……………………29
圖3-12 PID以箝制方法步驟圖將室溫升至50℃ …………31
圖3-13 PID以箝制方法步驟圖將室溫升至70℃ …………32
圖3-14 PID以箝制方法27℃-38℃做迴圈 ………………33
圖3-15 在玻璃載波片上以PID方式控制 ………………34
圖3-16 在玻璃載波片上以箝制方法控制 ………………34
圖3-17 預設溫度與迴圈分析步驟圖 …………………35
圖 3-18 溫度狀態轉變圖 ………………………36
圖3-19後級保護電路與電壓訊號輸………………………37
圖3-20從50℃自然散熱圖示…………………39
圖3-21從50℃加風散降落圖示……………………39
圖3-22從70℃自然散熱圖示…………………………39
圖3-23從70℃加風散降落圖示………………………39
圖3-24從90℃自然散熱圖示………………………39
圖3-25從90℃加風散降落圖示………………39
圖 3-26 50℃-70℃-90℃散熱比較………………40
圖3-27 50℃-35℃間等速率上升下降……………………40
圖3-28 50℃-32℃間等速率上升下降……………………40
圖3-29 控制至50℃ P=0.09、I=0.02……………………41
圖3-30 控制至70℃ P=0.09、I=0.02……………………41
圖3-31 控制至90℃ P=0.09、I=0.02…………………41
圖4-1定電流電路…………………………42
圖4-2高輸入阻抗的差動放大器…………………43
圖4-3濾波器及準位調整電路……………………44
圖4-4感測之電路圖……………………………47
圖4-5硬體控制設計部分方塊圖……………………49
圖4-6 溫度加熱之電路………………………49
圖4-7 手動溫度加熱之電路…………………………51
圖4-8 手動溫度感測電路………………………51
圖4-9 手動順序開關電路………………………51
圖4-10 將上述電路設計圖製作成印刷電路板光罩………53
圖4-11 實際電路板製作圖…………………53
圖 4-12 系統流程圖………………………………54
圖 5-1 55℃-72℃-94℃…………………………55
圖5-2 穩態後的誤差…………………………55
圖5-3 傳統PCR反應器之循環溫程溫度………………56
圖5-4 37℃-55℃-72℃-94℃……………………56

參考文獻
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