臺灣博碩士論文加值系統

本論文研究熱型微機電晶片系統控溫，依據已有的設計概念，設計出不同的電子電路系統架構，建立起一個整體系統溫控的架構；半導體晶片使用上於電路中時，或半導體晶片產出需要測試時，可應用此溫控系統把晶片控制在恆溫，以維持晶片使用時的穩定性或檢測時的準確性。
本論文之控溫系統是一平衡的橋式電路以及一負回授之運算放大器，在橋式電路中，一個電阻為微加熱器，其置於感測器薄膜結構之上，經由負回授，Thermopile的電阻值及溫度將穩定地調整成為一設定值。實作上：橋式電路電路包含許多元件將於內文作介紹；經軟體繪製電路板、電路板實作、並實驗，針對其方塊架構、電路架構等一一分析及探討。進行資料擷取(DAQ)介面卡整合，並利用LabView程式去控制，完成多種溫度程式控溫的目標。
本研究提出兩種操作模式，一、手動微調模式: 微調VR讓電路達成回授等溫控制；二、程式化控制模式:使用多工器(ADG734)前一實驗中VR的功能，而達成多溫度控制，切換不同的設定電阻值亦代表微機電晶片在電路平衡時之溫度；初步等溫電路的實驗數據中之偏差值，其可能的原因包含：一、儀表量測之誤差值，二、實驗環境溫度，三、電路誤差值，此理論構想初步在本研究得到可行性的驗證。

This thesis deals with research on constant temperature control technique with athermal micro sensor. Based on the original concept, different electronic circuit system architecture has been designed to establish a whole framework of temperature control. The temperature-control system could be applied to a control the constant temperature of chip when the semiconductor chip is welded with the circuit or the production of the chip is necessary for test in order to maintain the temperature stability and the accuracy in examination of the chip.
The temperature control system in the thesis includes balanced bridge circuit and negative feedback of operational amplifier(OP). In bridge circuit, one of the (electric) resistance acts as a micro heater which is placed on sensor film and the (electric) resistance and temperature of thermopile will be adapted to default through the negative feedback. The experiment of the bridge circuit involves many components which will be introduced in the content. Functional flow diagram and circuit framework will be analyzed and examined through drawing and devising circuit board, as well as experiment. Then the circuit is integrated with Data Acquisition Card(DAQ) and controlled by Labview in order to accomplish the purpose of multi-temperature control. .
Two modes of operation are proposed in this thesis. First, the manual fine-tuning mode,that trims variable resistor to make circuit achieve feedback temperature control. Second, the programmable control mode, uses the function of the variable resistor of the multiplexer in the previous experiment to reach the multi-temperature control, and switch the different setting of resistance circuit also represents the temperature of thermopile in circuit. In preliminary data of isothermal circuit, the reasons for experimental error probably include the error of measurement, ambient temperature and error of circuit but the conception preliminarily reaches feasible verification.

摘 要...............................................i
Abstract...........................................ii
謝誌 ................................................. iv
目錄 ..................................................v
圖目錄 ...............................................vii
表目錄 ...................................................x
第一章 緒 論..............................1
1.1 研究動機...............................1
1.2 研究目的與方法................................2
1.3 論文架構................................3
第二章 微機電晶片溫控技術介紹...........4
2.1 熱型微機電元件介紹.....................4
2.2 微加熱器介紹...........................7
2.3 反射式溫度量測技術量測介紹..............9
第三章 系統設計與製作.............................11
3.1 實驗架構.............................11
3.2 初步等溫電路...........................12
3.3 多溫度控制電路.........................14
3.4 元件介紹.................................16
3.5 軟體學習與程式撰寫.........................26
第四章 實驗量測與分析................................35
4.1 加熱器電阻與溫度特性量測..................35
4.2 初步等溫電路實驗與量測 .........................37
4.3 多溫度控制電路實驗與量測 ......................41
4.4 分析與討論......................................46
第五章 結論與未來發展...............................47
參考文獻 ............................................48

圖目錄
圖2.1 CMOS MEMS SYSTEM 電阻型………………………5
圖2.2 熱絲式流量計元件電子顯微鏡照片………………………6
圖2.3 熱絲式流量計之量測系統圖………………………………6
圖2.4 光學顯微鏡下氧氣感測器的示意圖………………………7
圖2.5 量測系統圖……………………………………………………8
圖2.6 微加熱器的熱像圖……………………………………8
圖2.7 高反射率熱顯微鏡系統………………………………………9
圖2.8 雷射光掃描反射訊號圖………………………………………10
圖2.9 熱反射係數曲線訊號圖……………………10
圖3.1 本論文架構圖……11
圖3.2 風速計電路圖…………………………………………………12
圖3.3 初步等溫電路設計圖…………………………………………13
圖3.4 多溫度控制電路設計圖………………………………………………14
圖3.5 多工器真值表圖………………………………………………15
圖3.6 多溫度控制電路-多工器動作原理…………………………15
圖3.7 Thermopile實體圖…………………………………………17
圖3.8 放大器的電路符號圖…………………………………………19
圖3.9 反相閉迴路放大器……………………………………………20
圖3.10 非反相閉迴路放大器…………………………………………20
圖3.11 AD8552接腳圖………………………………………………21
圖3.12 AD8552實體尺寸圖……………………………………………21
圖3.13 多工器示意圖………………………………………………22
圖3.14 多工器原理解說圖…………………………………………23
圖3.15 4對1多工器方塊圖…………………………………………24
圖3.16 多工器接點圖………………………………………………24
圖3.17 多工器接腳圖………………………………………………25
圖3.18 多工器實體尺寸圖…………………………………………25
圖3.19 View功能選擇解釋圖………………………………………26
圖3.20 匯入元件圖示解釋圖………………………………………27
圖3.21 ORCAD匯出解釋圖………………………………………28
圖3.22 匯入ORCAD檔至POWER PCB解釋圖…………………29
圖3.23 續圖3.22解釋圖…………30
圖3.24 繪製特殊零件解釋圖………………………………………30
圖3.25 呼叫所編輯元件……………………………………31
圖3.26 DAQ卡的連線解釋圖………………………………………32
圖3.27 I/O連線程式解釋圖………………………………………33
圖3.28 續3.27解釋圖……………………………33
圖3.29 設定DAQmx Task Name……………………………………34
圖3.30 While loop 程式內容會依設定條件執行…………………34
圖4.1 初步等溫電路佈局圖…………………………………………37
圖4.2 初步等溫電路電路板實體圖…………………………………38
圖4.3 多溫度控制電路佈局圖………………………………………41
圖4.4 多溫度控溫電路電路板實體圖………………………………42
圖4.5 Labview 全程式圖(Front Panel)…………………………44
圖4.6 Labview 全程式圖(Block Diagram)……………………44
圖4.7 Labview程式/DAQ介面卡/電路板整合圖………………45

表目錄
表2.1 CMOS整合式MEMS感測方式……………………5
表4.1 Thermopile樣本-1的溫度/電阻分佈……………36
表4.2 Thermopile樣本-2的溫度/電阻分佈……………36
表4.3 初步等溫電路：樣品-1實驗數據…………………38
表4.4 初步等溫電路：樣品-2實驗數據…………………39
表4.5 多溫度控制電路：樣本-1實驗數據………………43
表4.6 多溫度控制電路：樣本-2實驗數據………………43

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