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研究生:李介廷
研究生(外文):Chieh-Ting Li
論文名稱:磁性微型壓力感測器之設計
論文名稱(外文):Design of Magnetic Micro-Pressure Sensor
指導教授:陳永昌陳永昌引用關係
指導教授(外文):Young-Chang Chen
學位類別:碩士
校院名稱:國立屏東科技大學
系所名稱:車輛工程系碩士班
學門:工程學門
學類:機械工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2007
畢業學年度:95
語文別:中文
論文頁數:60
中文關鍵詞:磁性薄膜微型壓力感測器微電鑄鐵鎳合金
外文關鍵詞:Magnetic filmmicro-pressure sensorelectroformingFe/Ni Alloy
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本研究以磁性合金薄膜之微電鑄(Microelectroforming)方式,搭配高深寬比之黃光製程、精密體型微細加工技術與微磁性合金電鑄技術,最後應用於微型壓力感測器中。本研究利用創新之微磁性合金電鑄技術與低阻率之銅電鑄線圈,設計出高精度與動態量測之微型壓力感測器。合金磁性薄膜微電鑄製程,乃將鐵鎳(Fe/Ni)磁性合金材料分別以磁性合金電鑄方式,設計出高靈敏度之磁性薄膜。磁性薄膜完成後,配合厚膜光阻AZ-4620及精密銅電鑄,設計出高導電率之銅感應線圈,最後配合體型微細加工技術,以緩衝氧化蝕刻液(Buffered Oxide Etching,BOE) 蝕刻出較適合之壓力腔,便可得到其磁性微型壓力之感測元件。最後實驗結果得知在溫度50℃、時間一小時、電流密度5ASD下可成功電鍍出磁性薄膜,在磁薄膜壓力感測器實體設計,可成功量測到位移變化最小與最大位移為0.03539mm與0.03826mm。
This study adopts Microelectroforming of magnetic alloy membrane, and matches with lithography fabrication process of high depth-width ratio, Micromachining Technology and Micro-magnetic Alloy Electroforming to apply on micro-pressure sensor. With the innovative Micro-magnetic Alloy Microelectroforming and low resistance of copper electroform coil, this study has designed a high accuracy and dynamic measurement of micro-pressure sensor. The manufacturing process of Microelectroforming of magnetic alloy membrane is to manufacture the FE/Ni magnetic alloy to high sensitive magnetic membrane by Magnetic Alloy Electroforming. Then it matches with Thick Film Photo-resist AZ-4620 and Micro-copper Electroforming, and high conductivity copper induction coil is designed. Finally, with the Bulk Micromachining Technology , the Buffered Oxide Etching (BOE) is used to etch suitable pressure cavity. Then the magnetic micro-pressure sensor can be obtained. The experimental result shows that the when the temperature of plating solution is 50℃, current density is 5ASD and period is one hour, the etched electric membrane is relatively stable. For the magnetic membrane pressure sensor, the minimum and maximum displacement is 0.03539mm and 0.03826mm respectively.
目錄
摘要................................................I
Abstract...........................................II
誌謝...............................................IV
目錄................................................V
表目錄...........................................VIII
圖目錄.............................................IX
符號索引..........................................XII
第1章 緒論..................................................1
1.1 研究目的......................................1
1.2 文獻回顧......................................2
1.3 壓力感測器市場與產業趨勢........................6
1.4 本文架構......................................7
第2章 磁性微型壓力感測器設計原理..............................13
2.1 微型壓力感測器原理.............................13
2.2 磁性材料介紹..................................13
2.3 新式微型壓力感測器原理.........................15
第3章 磁性微型壓力感測器製程技術..............................18
3.1 黃光微影技術..................................19
3.2 電鑄技術基本原理...............................19
3.2.1銅電鑄槽之設計與架構............................20
3.3 磁性薄膜電鑄製程...............................20
3.3.1 Fe/Ni薄膜電鑄步驟.............................20
3.3.2 Fe/Pt電鑄設計與假設...........................21
3.3.3 Fe/Pt電鑄步驟................................21
3.4 蝕刻原理介紹.................................21
3.5 腔體蝕刻製程.................................22
3.6 ANSYS有限元素分析電腦模擬分析..................23
第4章 結果與討論............................................43
4.1不同製作磁性薄膜方法結果討論....................43
4.2 磁性之機械性質與成份探討.......................45
4.3 實體設計結果討論..............................45
4.4 改良式設計結果................................47
第5章 結論.................................................56
參考文獻...................................................57
作者簡介...................................................60
表目錄
表3-1鐵鎳電鑄成份表………………………………………………..34
表3-2鐵白金電鑄成份表……………………………………………..36
表3-3材料性質係數表………………………………………………..38
表4-1針對鎳鐵微電鑄法與鎳鐵充磁法比較表……………….…….48
表4-2時間一小時磁場強度比較表…………………………………..50
表4-3時間二小時磁場強度比較表…………………………………..50
表4-4時間三小時磁場強度比較表…………………………………..50
表4-5實驗值與理論值誤差表………………………………………..54
圖目錄
圖1-1遙感式輪胎壓力偵測系統總成圖………………………………..8
圖1-2未來十年TPMS的發展趨勢圖…………………………………...8
圖1-3無電池輪胎壓力偵測系統概圖…………………………………..8
圖1-4矽壓阻式薄膜感測器圖…………………………………………..9
圖1-5矽壓電式薄膜感測器圖…………………………………………..9
圖1-6矽電容式薄膜感測器圖………………………………………….10
圖1-7光學式壓力感測器結構圖……………………………………….10
圖1-8六軸向感測器微結構圖…………………………………..…….10
圖1-9六分量感測器結構圖…………………………………………….11
圖1-10多軸向感測器結構圖……………………………………..…….11
圖1-11多方向剪力型感測器結構圖………………………..………….11
圖1-12三分量力感測器結構圖………………………………………….12
圖1-13六分量力感測器微結構圖……………………………………….12
圖2-1感測器物理量轉換電壓訊號方塊圖…………………………….15
圖2-2壓力感測器基本架構圖………………………………………….16
圖2-3壓力感測器測量絕對壓力之型式圖……………………..…….16
圖2-4壓力感測器測量壓差及表壓之型式圖……………………..….16
圖2-5新式微型壓力感測器實體設計圖……………………………….17
圖3-1正負光阻之原理圖……………………………………………….26
圖3-2第一層微影黃光流程圖………………………………………….27
圖3-3第一層製程電極OM圖…………………………………………..28
圖3-4第一層製程電路OM圖…………………………………………28
圖3-5第二層微影黃光流程圖…………………………………………29
圖3-6第二層製程電極OM圖…………………………………………30
圖3-7第二層製程電路OM圖…………………………………………30
圖3-8第三層微影黃光流程圖………………………………………….31
圖3-9第三層銅製程OM圖…………….……………………………....32
圖3-10銅電鑄槽整體架構圖…………………………………………….32
圖3-11電磁鐵實體圖…………………………………………………….33
圖3-12鐵鎳電鑄槽整體架構圖………………………………...………33
圖3-13磁性電鑄原理架構圖…………………………………………….34
圖3-14鎳鐵電鑄薄膜圖………………………………………………….35
圖3-15磁性薄膜電鑄製程圖…………………………………………….35
圖3-16磁性薄膜實體圖………………………………………………….37
圖3-17濕式蝕刻的反應模式圖………………………………………….37
圖3-18玻璃圓蝕刻後結構圖…………………………………………….38
圖3-19Ansys工作流程圖……………………………………………..…39
圖3-20微型壓力感測器在ANSYS軟體中「點」之建模圖……………40
圖3-21微型壓力感測器在ANSYS軟體中「線」之建模圖……………40
圖3-22微型壓力感測器在ANSYS軟體中「面」之建模圖……………41
圖3-23微型壓力感測器在ANSYS軟體中「體」之建模圖……………41
圖3-24網格劃分正面結果圖……………………………………………42
圖3-25網格劃分背面結果圖……………………………………………42
圖4-1未加溫度,電鍍時附著酯類飄浮物圖………………………….49
圖4-2加溫至60℃,電鍍時未附著酯類漂浮物圖.……………………49
圖4-3400倍之顯微鏡下的表面粗糙度圖………………………………51
圖4-4Fe/Ni薄膜之硬度量測曲線圖……………………………………51
圖4-5Fe/Ni薄膜之楊氏係數量測曲線圖…………………………..…52
圖4-6鐵鎳成份能量圖…………………………………………………..52
圖4-7鐵鎳成份百分比圖………………………………………………..53
圖4-8厚度0.088mm理論模擬之磁場與位移圖……………………....53
圖4-9厚度0.088mm實際量測之磁場與位移圖……………………....54
圖4-10厚度0.1mm理論模擬之磁場與位移圖………………………...55
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1. 張佳琳著,<依能力指標之建構與評量檢視九年一貫課程基本能力之內涵>,《國民教育》40卷4期,民國89年4月
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3. 陳麗紅著,<中國文學聲情之美-談文言文、白話文的朗讀>,《國文天地》第15卷9期,民國89年2月
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15. 鄭博真著,<為國語文教學尋找創新之路-《九年一貫國語學習領域課程綱要》評析>,《人文及社會學科教學通訊》第十三卷五期,民國92年2月
 
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