TH45849B - เซนเซอร์วัดความเร่งซึ่งทำจากกระบวนการ Electro-Fabrication (E-Fab) และกระบวนการผลิตอุปกรณ์ดังกล่าว - Google Patents

Abstract

DC60 เซนเซอร์วัดความเร่งที่สร้างขึ้นโดยใช้กระบวนการ Electro-Fabrication (E-Fab) ประกอบ ด้วยส่วนมวลลอยอยู่ตรงกลางที่ถูกยึดด้วยด้วยแขนยึดจำนวนหนึ่งแขน สองแขน หรือสี่แขนขึ้นกับ การออกแบบ โดยโครงสร้างนี้จะถูกปกป้องด้วยโครงสร้างของแผ่นยางประเภทซิลิโคน เช่น polydimethysiloxane (PDMS) ที่จะถูกสร้างด้วยวิธีการ plastic molding และ plasma bonding ลง บนซับสเตรตที่เป็นแก้ว โครงสร้างมวลลอยจะถูกสร้างด้วยวัสดุโลหะราคาถูกที่ใช้ในกระบวนการ electroplating เช่น นิเกิ้ล (Ni) หรือ ทองแดง (Cu) บนมวลลอยจะมีชั้นฟิล์มบางของฉนวนไฟฟ้าที่ เหมาะสม เช่น Alumina (AI2O3) Silicon Nitride (Si3N4) หรือ Silicon Dioxide (SiO2) ตามด้วยชั้น ของฟิล์มบางของ piezoresistor ที่เคลือบอยู่บนแขนยึดแต่ละแขนและจะมีชั้นฟิล์มบางของโลหะที่ เหมาะสม เช่น Cu/Cr เคลือบบนปลายอยู่เพื่อเป็นขั้วไฟฟ้า เมื่อแขนยึดดังกล่าวโค้งงอด้วยแรงที่มา กระทำ ส่วนที่เป็น piezoresistor ก็จะโค้งงอและมีความต้านทานไฟฟ้าเปลี่ยนแปลงไป ดังนั้น ปริมาณความเร่งที่กดก็จะถูกวัดได้โดยการวัดความต้านทานไฟฟ้าของอุปกรณ์ โดย piezoresistor ในการประดิษฐ์นี้จะเป็นวัสดุที่เหมาะสมเช่น indium tin oxide (ITO) ที่สร้างด้วยกระบวนการ เฉพาะคือ ion-assisted electron beam evaporation ข้อดีสำคัญของกระบวนการนี้ คือเป็นกระบวน การที่อุณหภูมิต่ำที่สามารถควบคุมพารามิเตอร์ของกระบวนการเติมไอออนที่เหมาะ สม (ion- assisted deposition parameters) ซึ่งจะทำให้ได้ฟิล์มของ ITO ที่มีคุณสมบัติ piezoresistivity ที่ดี เหมาะสมกับเซนเซอร์วัดความเร่งที่มีความไวสูง ประกอบกับอุปกรณ์ที่มีขนาดเล็กจะทำให้ได้ เซนเซอร์ที่สามารถวัดความเร่งได้ในระดับหนึ่งในพันของ g (9.8m/s2) และที่สำคัญคือกระบวนการ ผลิตจะมีราคาถูกกว่าการผลิตเซนเซอร์วัดความเร่งแบบมวลลอยอื่นๆที่ใช้กระบวนการผลิตแบบวง จรรวมมาก ในการใช้งานเซนเซอร์วัดความเร่งมักจะนำไปยึดติดกับพาหนะโดยแผ่นฐานรองจะอยู่ ในลักษณะตั้งฉากกับทิศทางการเคลื่อนที่หรือความเร่ง เซนเซอร์วัดความเร่งที่สร้างขึ้นโดยใช้กระบวนการ Electro-Fabrication (E-Fab) ประกอบ ด้วยส่วนมวลลอยอยู่ตรงกลางที่ถูกยึดด้วยด้วยแขนยึดจำนวนหนึ่งแขน สองแขน หรือสี่แขนขึ้นกับ การออกแบบ โดยโครงสร้างนี้จะถูกปกป้องด้วยโครงสร้างของแผ่นยางประเภทซิลิโคน เช่น polydimethysiloxane (PDMS) ที่จะถูกสร้างด้วยวิธีการ plastic molding และ plasma bonding ลง บนซับสเตรตที่เป็นแก้ว โครงสร้างมวลลอยจะถูกสร้างด้วยวัสดุโลหะราคาถูกที่ใช้ในกระบวนการ electroplating เช่น นิเกิ้ล (Ni) หรือ ทองแดง (Cu) บนมวลลอยจะมีชั้นฟิล์มบางของฉนวนไฟฟ้าที่ เหมาะสม เช่น Alumina (AL2O3) Silicon Nitrde (Si3N4) หรือ Silicon Dioxide (SiO2) ตามด้วยชั้น ของฟิล์มบางของ piezoresistor ที่เคลือบอยู่บนแขนยึดแต่ละแขนและจะมีชั้นฟิล์มบางของโลหะที่ เหมาะสม เช่น Cu/Cr เคลือบบนปลายอยู่เพื่อเป็นขั้วไฟฟ้า เมื่อแขนยึดดังกล่าวโค้งงอด้วยแรงที่มา กระทำ ส่วนที่เป็น piezoresistor ก็จะโค้งงอและมีความต้านทานไฟฟ้าเปลี่ยนแปลงไป ดังนั้น ปริมาณความเร่งที่กดก็จะถูกวัดได้โดยการวัดความต้านทานไฟฟ้าของอุปกรณ์ โดย piezoresistor ในการประดิษฐ์นี้จะเป็นวัสดุที่เหมาะสมเช่น indium tin oxide (ITO) ที่สร้างด้วยกระบวนการ เฉพาะคือ ion-assisted electron deam evaporation ข้อดีสำหรับกระบวนการนี้ คือเป็นกระบวน การที่อุณหภูมิต่ำที่สามารถควบคุมพารามิเตอร์ของกระบวนการเติมไอออนที่เหมาะ สม (ion- assised deposition parameters) ซึ่งจะทำให้ได้ฟิล์มของ ITO ที่มีคุณสมบัติ piezoresistivity ที่ดี เหมาะสมกับเซนเซอร์วัดความเร่งที่มีความไวสูง ประกอบกับอุปกรณ์ที่มีขนาดเล็กจะทำให้ได้ เซนเซอร์ที่สามารถวัดความเร่งได้ในระดับหนึ่งในพันของ g (9.8m/s2) และที่สำคัญคือกระบวนการ ผลิตจะมีราคาถูกกว่าการผลิตเซนเซอร์วัดความเร่งแบบมวลลอยอื่นๆ ที่ใช้กระบวนการผลิตแบบวง จรรวมมาก ในการใช้งานเซนเซอร์วัดความเร่งมักจะนำไปยึดติดกับพาหนะโดยแผ่นฐานรองจะอยู่ ในลักษณะตั้งฉากกับทิศทางการเคลื่อนที่หรือความเร่ง

Claims (3)

อุปกรณ์เซนเซอร์วัดความเร่งที่ประกอบด้วย - แผ่นฐาน (3) ที่ประกอบด้วยผิวหน้าที่หนึ่งและสอง โดยแผ่นฐาน (3) ดังกล่าวทำมา จากวัสดุที่เป็นฉนวน - มวลลอย (1) ที่ถูกสร้างอยู่บนผิวหน้าที่หนึ่งของแผ่นฐาน (3) ดังกล่าวโดยมีช่องว่าง อากาศ (7) ซึ่งมีแขนยึด (2) เป็นตัวเชื่อมอย่างน้อยหนึ่งจุด - ชั้นฉนวนชนิดฟิล์มบาง (4) ที่ถูกสร้างอยู่บนมวลลอย (1) ดังกล่าว - ชั้นฟิล์มบางของตัวต้านทานเพียโซ (piezoresistor) (5) ที่ถูกสร้างบนแขนยึด (2) ดัง กล่าวทุกแขน โดยชั้นฟิล์มบางของตัวต้านทางเพียโซ (piezoresistor) (5) ดังกล่าว มีความต้านทานไฟฟ้าเปลี่ยนไปเมื่อมีแรงของการสัมผัสที่ต้องการจะตรวจวัดเข้ามา กระทำ - ขั้วไฟฟ้า (6) อย่างน้อยสองขั้วสำหรับตัวต้านทานเพียโซ (piezoresistor) (5) ดัง กล่าว แต่ละตัว ที่สร้างอยู่บนชั้นตัวต้านทานเพียโซ (piezoresistor) (5) เพื่อทำหน้า ที่เป็นขั้วเอาต์พุตของอุปกรณ์เซนเซอร์วัดความเร่งดังกล่าว ดังกล่าวและ - โครงสร้างปกป้อง (8) ที่ยึดติดอยู่บนแผ่นฐาน (3) ดังกล่าว ล้อมรอบโครงสร้างมวล ลอยและอื่นๆ ทั้งหมด โดยที่อุปกรณ์เซนเซอร์วัดความเร่งดังกล่าว มีลักษณะเฉพาะคือ แผ่นฐาน (3) ดังกล่าวมีคุณ สมบัติเป็นวัสดุฉนวนที่ทนความร้อนได้อย่างน้อย 250 องศาเซลเซียส และมีชั้นฟิล์มบางของตัวต้าน ทานเพียโซ (piezoresistor) (5) ที่เป็นวัสดุอินเดียมทินออกไซด์ (indium tin oxide) (lTO) สร้างขึ้น จากกระบวนการ ion-assisted electron beam evaporation และมีลักษณะเฉพาะของโครงสร้าปก ป้อง (8) ที่ทำจากวัสดุยางประเภทซิลิโคน เช่น polydimethysiloxane (PDMS) ที่จะถูกสร้างด้วยวิธี การ plastic molding และ plasma bonding ลงบนซับสเตรตที่เป็นแก้ว และโครงสร้างมวลลอย (1) ดัง กล่าวมีลักษณะเป็นฟิล์มเรียบที่มีความหนาพิเศษตรงกลาง ซึ่งถูกสร้างด้วยกระบวนการเคลือบด้วย ไฟฟ้า (electroplating๗ และมีชั้นของฉนวนไฟฟ้า (4) ดังกล่าวเคลือบทับ 2. อุปกรณ์เซนเซอร์วัดความเร่งดังกล่าวในข้อถือสิทธิที่ 1 ที่ซึ่งแผ่นฐาน (3) ดังกล่าว ทำจาก แก้ว 3. อุปกรณ์เซนเซอร์วัดความเร่งดังกล่าวในข้อถือสิทธิที่ 1 ที่ซึ่งแผ่นฐาน (3) ดังกล่าวทำจากซิลิ กา 4. อุปกรณ์เซนเซอร์วัดความเร่งดังกล่าวในข้อถือสิทธิที่ 2-3 ข้อใดข้อหนึ่ง ที่ซึ่งแผ่นฐาน (3) ดังกล่าวมีขนาดกว้างและยาวอยู่ระหว่าง 1-100 มิลลิเมตรและมีความหนาระหว่าง 0.5-2 มิลลิเมตร 5. อุปกรณ์เซนเซอร์วัดความเร่งดังกล่าวในข้อถือสิทธิที่ 1 ที่ซึ่งมวลลอย (1) ดังกล่าวทำจาก โลหะทองแดงและมีความหนาในช่วง 1-50 ไมโครเมตร 6. อุปกรณ์เซนเซอร์วัดความเร่งดังกล่าวในข้อถือสิทธิที่ 1 ที่ซึ่งมวลลอย (1) ดังกล่าวทำจาก โลหะนิเกิ้ลและมีความหนาในช่วง 1-50 ไมโครเมตร 7. อุปกรณ์เซนเซอร์วัดความเร่งดังกล่าวในข้อถือสิทธิที่ 1 ที่ซึ่งชั้นฉนวนชนิดฟิล์มบาง (4) ดัง กล่าว ทำจาก อลูมิน่า 8. อุปกรณ์เซนเซอร์วัดความเร่งดังกล่าวในข้อถือสิทธิที่ 1 ที่ซึ่งชั้นฉนวนชนิดฟิล์มบาง (4) ดัง กล่าว ทำจากซิลิกอนไนไตรด์ 9. อุปกรณ์เซนเซอร์วัดความเร่งดังกล่าวในข้อถือสิทธิที่ 1 ที่ซึ่ง ชั้นฉนวนชนิดฟิล์มบาง (4) ดัง กล่าว ทำจากซิลิกอนไดออกไซด์ 1 0. อุปกรณ์เซนเซอร์วัดความเร่งดังกล่าวในข้อถือสิทธิที่ 8-10 ข้อใดข้อหนึ่ง ที่ซึ่ง ชั้นฉนวน ชนิดฟิล์มบาง (4) ดังกล่าว มีความหนาระหว่าง 300-2000 นาโนเมตร 1 1. อุปกรณ์เซนเซอร์วัดความเร่งดังกล่าวในข้อถือสิทธิที่ 1 ที่ซึ่งชั้นของวัสดุประเภทรีซิสทีฟ เพียโซ (piezoresistive) (5) คืออินเดียมทินออกไซด์ (lndium Tin Oxide) (lTO) เคลือบอยู่ใน บริเวณแขนยึดทุกแขน 1 2. อุปกรณ์เซนเซอร์วัดความเร่งดังกล่าวในข้อถือสิทธิที่ 1 ที่ซึ่งขั้วไฟฟ้าของฟิล์มบางของตัว ต้านทานเพียโซ (piezoresistive) (5) ดังกล่าวมีลวดลายแบบขดลวดตัวยู 1 3. อุปกรณ์เซนเซอร์วัดความเร่งดังกล่าวในข้อถือสิทธิที่ 12 ที่ซึ่งขั้วไฟฟ้าของฟิล์มบางของ โลหะ (6) ดังกล่าว ประกอบรวมด้วยชั้นโครเมี่ยมในชั้นแรกที่มีความหนาระหว่าง 20-40 นา โนเมตรและชั้นทองแดงที่มีความหนาระหว่าง 500-1000 นาโนเมตรในชั้นถัดไป 1 4. อุปกรณ์เซนเซอร์วัดความเร่งดังกล่าวในข้อถือสิทธิที่ 1 มีโครงสร้างปกป้อง (8) ที่เป็นแผ่น ยางประเภทซิลิโคน ได้แก่ polydimethysiloxane (PDMS) ที่ยึดติดอยู่บนแผ่นฐาน (3) ล้อม รอบโครงสร้างมวลลอยและอื่นๆ ทั้งหมดดังกล่าว 1 5. กระบวนการผลิตอุปกรณ์เซนเซอร์วัดความเร่งประกอบด้วย - การจัดให้มีแผ่นฐาน (3) ที่ประกอบด้วยผิวหน้าที่หนึ่งและสอง - การจัดให้มีมวลลอย (1) ที่ถูกสร้างจากโลหะและมีส่วนหนึ่งลอยอยู่เหนือผิวหน้าที่ หนึ่งของแผ่นฐาน (3) ดังกล่าว โดยมีช่องว่าง (7) อยู่ระหว่างนั้น โดยที่มวลลอย (1) ดังกล่าวยังประกอบด้วยแถบยึด (2) อย่างน้อยสองจุดเพื่อการยึดมวลลอย (1) ดัง กล่าวให้ติดกับแผ่นฐาน (3) ดังกล่าว - การจัดให้มีชั้นฉนวนชนิดฟิล์มบาง (4) ที่ถูกสร้างอยู่บนมวลลอย (1) ดังกล่าว เพื่อ เป็นฉนวนไฟฟ้า - การจัดให้มีชั้นฟิล์มบางของเพียโซซิสเตอร์ (piezoresistor) (5) ที่ถูกสร้างบนแขน ยึด (2) ดังกล่าวทุกแขน - การจัดให้มีขั้วไฟฟ้า (6) อย่างน้อยสองขั้วสำหรับเพียโซรีซิสเตอร์ (piezoresistor) (5) แต่ละตัว ที่สร้างอยู่บนชั้นเพียโซรีซิสเตอร์ (piezoresistor) (5) ดังกล่าวเพื่อทำ หน้าที่เป็นขั้วเอาต์พุตของอุปกรณ์เซนเซอร์วัดความเร่งดังกล่าว และ - การจัดให้มีโครงสร้างปกป้อง (8) ที่ยึดติดอยู่บนแผ่นฐาน (3) ดังกล่าว ล้อมรอบ โครงสร้างมวลลอยและอื่นๆ ทั้งหมดดังกล่าวไว้ โดยที่กระบวนการผลิตอุปกรณ์เซนเซอร์วัดความเร่งดังกล่าว มีลักษณะเฉพาะคือ ในขั้นตอน การจัดให้มีมวลลอย (1) ดังกล่าว ประกอบด้วยขั้นตอนของ - การเคลือบชั้นฟิล์มบางของโลหะเพื่อเป็นฐานของแถบยึด (2) บนแผ่นฐาน (3) ด้วย กระบวนการ evaporation หรือ sputtering ร่วมกับการสร้างลวดลายด้วยกระบวน การถ่ายแบบด้วยแสง (photolithography) - การสร้างชั้นของโฟโตรีซิส (photoresist) (9) โดยกระบวนการถ่ายแบบด้วยแสง (photolithography) เป็นช่องเปิดอย่างน้อยสองช่องสำหรับการสร้างแถบยึด (2) ดัง กล่าว - การสร้างแขนยึด (2) ในช่องเปิดดังกล่าวของชั้นโฟโตรีซิส (photoresist) (9) ดัง กล่าว ด้วยกระบวนการ electroplating โดยที่แถบยึด (2) ดังกล่าวจะเป็นโลหะชนิด เดียวกับฟิล์มบางของโลหะที่เป็นฐานของแถบยึด (2) ดังกล่าว และ - การสร้างมวลลอย (1) ดังกล่าวให้มีความหนาและโครงสร้างแบบหนาตรงกลางด้วย กระบวนการ electroplating ซึ่งจะเชื่อมต่อทางโครงสร้างแขนยึด (2) อย่างน้อยหนึ่ง ชิ้น - การกำจัดชั้นโฟโตรีซิส (photoresist) (9) ดังกล่าวออกไป เพื่อทำให้เกิดช่องว่าง (7) ดังกล่าวระหว่างมวลลอย (1) ดังกล่าวกับชั้นฐาน (3) ดังกล่าว และ - การสร้างโครงสร้างปกป้อง (8) ด้วยวิธีการ plastic molding โดยมีการสร้างแม่พิมพ์ เป็นชั้นสี่เหลี่ยมที่มีขนาดที่เหมาะสมบนฐานแผ่นเรียบ แล้วจึงทำการหล่อ (casting) ของยางเหลวของ PDMS ลงบนแม่พิมพ์ (mold) อย่างง่ายนี้ ซึ่งจะมีการอบที่อุณหภูมิ ประมาณ 80 ํC เป็นเวลา 2 ชั่วโมงเพื่อให้ PDMS แห้งสนิทแล้วจึงลอก PDMS ออกจากแม่พิมพ์ - การทำให้โครงสร้างปกป้อง (8) ยึดติดกับแผ่นฐาน (3) ด้วยกระบวนการ plasma bonding 1 6. กระบวนการผลิตอุปกรณ์เซนเซอร์วัดความเร่งในข้อถือสิทธิที่ 15 ที่ซึ่งชั้นฟิล์มโลหะบาง ของมวลลอย (1) ดังกล่าวมีความหนาเริ่มต้นอยู่ระหว่าง 100-200 นาโนเมตร 1 7. กระบวนการผลิตอุปกรณ์เซนเซอร์วัดความเร่งในข้อถือสิทธิที่ 15 โดยที่ขั้นตอนของการ สร้างชั้นฉนวนชนิดฟิล์มบาง (4) ดังกล่าวกระทำด้วยกระบวนการ evaporation 1 8. กระบวนการผลิตอุปกรณ์เซนเซอร์วัดความเร่งในข้อถือสิทธิที่ 15 โดยที่ขั้นตอนของการสร้าง ชั้นฉนวนชนิดฟิล์มบาง (4) ดังกล่าวกระทำด้วยกระบวนการ sputtering 1 9. กระบวนการผลิตอุปกรณ์เซนเซอร์วัดความเร่งในข้อถือสิทธิที่ 15 โดยที่ขั้นตอนมีการสร้าง ชั้นฟิล์มบางของเพียโซรีซิสเตอร์ (piezoresistor) (5) ดังกล่าวกระทำด้วยกระบวนการ ion- assisted electron beam evaporation 2 0. กระบวนการผลิตอุปกรณ์เซนเซอร์วัดความเร่งในข้อถือสิทธิที่ 15 โดยที่ขั้นตอนการสร้างขั้ว ไฟฟ้า (6) ของฟิล์มบางของเพียโซรีซิสเตอร์ (piezoresistor) (5) อย่างน้อยสองขั้ว บนชั้น ฟิล์มบางของเพียโซรีซิสเตอร์ (piezoresistor) (5) ดังกล่าวด้วยโลหะกระทำด้วยกระบวน การ evaporation 2

1. กระบวนการผลิตอุปกรณ์เซนเซอร์วัดความเร่งในข้อถือสิทธิที่ 15 โดยที่ขั้นตอนการสร้างขั้ว ไฟฟ้า (6) ของฟิล์มบางของเพียโซรีซิสเตอร์ (piezoresistor) (5) อย่างน้อยสองขั้ว บนชั้น ฟิล์มบางของเพียโซรีซิสเตอร์ (piezoresistor) (5) ดังกล่าวด้วยโลหะกระทำด้วยกระบวน การ sputtering 2

2. กระบวนการผลิตอุปกรณ์เซนเซอร์วัดความเร่งในข้อถือสิทธิที่ 15 โดยที่ขั้นตอนการสร้าง โครงสร้างปกป้อง (8) ดังกล่าวกระทำด้วยกระบวนการ plastic molding 2

3. กระบวนการผลิตอุปกรณ์เซนเซอร์วัดความเร่งในข้อถือสิทธิที่ 15 โดยที่ขั้นตอนการยึดโครง สร้างปกป้อง (8) ดังกล่าวบนแผ่นฐาน (3) กระทำด้วยกระบวนการ plasma bonding