Mikrosenzory a mikromechanické systémy - Vysoké uÄÂenàtechnické ...
Mikrosenzory a mikromechanické systémy - Vysoké uÄÂenàtechnické ... Mikrosenzory a mikromechanické systémy - Vysoké uÄÂenàtechnické ...
Mikrosenzory a mikromechanické systémy 21Suroviny pro tlusté vrstvy jsou k dispozici ve formě tzv. past. Pasty se skládajíz těchto hlavních složek:• funkční fáze, která je tvořena kovovým práškem (Pt, Pd, Ag, Au, atd.) ve vodivýchpastách, kovy a nebo kovovými oxidy (RuO 2 , Bi 2 Ru 2 O 7 ) v odporových pastách, akeramikou a sklem (Al 2 O 3 , BaTiO 3 , skelná frita, aj.) v dielektrických pastách.• anorganické vazební materiály v práškové formě (nízkotavná skla a oxidy – (Al 2 O 3 , WO 3 ,Y 2 O 3 , Bi 2 O 3 , CuO 2 , BaTiO 3 , PbO 2 , B 2 O 3 , SiO 2 , aj.), které vytvářející při výpalu oxidovounebo skelnou vazbu na substrát.• organické pojivové prostředky, které slouží jako tixotropní nosič (pojivo) pro práškovéanorganické složky před vypálením pasty. Jsou tvořeny z těkavých (rozpouštědla) anetěkavých (polymery) organických látek. Tato složka je odstraněna během vypalovacíhoprocesu.• modifikační materiály tvoří malé množství speciálních aditiv (přísad), které řídí chovánípast před a po jejich zpracování.Složení pasty se liší podle funkce vrstvy, kterou má vrstva vykonávat. Pastyrozeznáváme standardní (vodivé, odporové, dielektrické) a speciální (termorezistivní,biocitlivé, piezoelektrické, apod.). Blíže je funkce past a jejich využití v senzorové technicepopsána v níže. V poslední době se objevuje rostoucí tendence k určité jednotnostitlustovrstvých materiálů vhodných pro jednotlivé procesy. Další vývoj směřuje k aplikacímekologických materiálů (např. Ag pasty bez NiO a s obsahem PbO pod 0,1%, Au pasty bezCdO, atd.).Mimo sítotisku se pro nanášení tlustých vrstev ještě používají techniky stříkání (řízenérozprašovací hlavice), namáčení a jiné. Fotocitlivé tlusté vrstvy se nanáší technikou Fodel®(DuPont,[3]), která se skládá z nanesení souvislé tlusté vrstvy obsahující fotocitlivý polymersítotiskem, osvícení ultrafialovým zářením přes šablonu, vyvolání a výpalu.Po natisknutí vrstvy metodou sítotisku na substrát musí být umožněno její slití (tisk přesmřížku vede k vytváření linek od ok sítě). Dále se vrstva před vypálením zasušuje. Tím seodstraní těkavé látky. Požadovaná sušicí teplota závisí na rozpouštědlech a pohybuje se od100°C do 150°C po dobu 5 až 15 minut. Výpal je nejkritičtějším krokem tlustovrstvovétechnologie. Nejdůležitější parametry jsou atmosféra a teplotní profil, který je dán druhempoužité pasty. Běžné pasty se vypalují při teplotě od 600ºC do 1100ºC po dobu 10 minut,typická hodnota je 850°C. U speciálních past např. enzymových, piezoelektrických nebomagnetorezistivních mohou být stanoveny teploty nižší. U těchto past mohou být využitymateriály pro substráty s nižší teplotou tání. Některé z těchto past mohou být využity i propolymerní TLV technologii, u které je vytvrzovací teplota podstatně nižší, obvykle kolem150°C. Vypalování tlustovrstvých past je poměrně složitým procesem, ve kterém jsou v prvnífázi vypálena organická pojiva a rozpouštědla, dále jsou kovové prvky sintrovány, přičemžkeramické a skleněné složky vytvářejí vazbu mezi kovy a substrátem.U vytvářených obvodů se tisknou a vypalují jako první vodiče a spodní elektrodykondenzátorů, a dále následují jednotlivé odporové vrstvy, dielektrikum a horní elektrodykondenzátorů. V některých případech se odporové vrstvy chrání ještě vrstvou ochrannéskloviny. Jestliže není substrát umístěn do kovového nebo keramického pouzdra, jsou na nějpřipojeny vývody a je na něj nanesena ochranná pouzdřící vrstva skloviny. Obecně platízásada, že každá vrstva vyrobená TLV technologií se vytváří tiskem a výpalem, přičemžvýpaly následujících vrstev se provádějí postupně při nižších teplotách. Tiskem a výpalem lzeu rezistorů a kondenzátorů dosáhnout tolerance ±(20 až 30)%. K dosažení užších tolerancí je
22 Fakulta elektrotechniky a komunikačních technologií VUT v Brněnutné tyto vrstvy dostavit na požadovanou hodnotu trimováním pomocí otryskáváníkřemenným pískem nebo trimovaní laserem.4.2.3 Tlustovrstvé senzory založené na vlastnostech pastU senzorů využívajících vlastností tlustovrstvých past se využívá schopností pastreagovat na podněty vnějšího okolí změnou některých svých parametrů. Přitom si tlustévrstvy zachovávají své charakteristické rysy, vysokou odolnost a dobrou stabilitu, jež je nutnápro dosažení reprodukovatelnosti senzoru. Pasty lze u této skupiny senzorů rozdělit nastandardní pasty (vodivé, odporové, dielektrické) a speciální pasty připravené pro danouaplikaci.Tabulka 4.3:Přehled speciálních past používaných v senzorových aplikacíchSpeciální pasty:termorezistivní:• NTC termistorové pasty, oxidy Mn, Co,Cu, Ni, Fe, Ti, Zn, Mg, Cr, Li• PTC termistorové pasty: na bázi BaTiO 3 ,TiO 2 , VO 2 , V 2 O 3• pasty pro RTD na bázi Pt, Ni• nízkoteplotní termistory: RuO 2 , (vykazujírovněž magnotorezistivní vlastnosti)citlivé na vlhkost:• polymerní sloučeniny• hydrotalcitní protonické vodiče• cermetové pasty: SnO2, ...chemicky citlivé:• pevné elektrolyty: ZrO 2 , ...• pasty na bázi oxidů kovů: SnO 2 , WO 3 ,TiO 2 , ...• polymery: polyelektrolyty, uhlíkovépolymerní vrstvy, polyetheruretan,...biocitlivé:• polymerní lože s receptorovými částicemimagnetorezistivní:• na bázi Niferomagnetické:• obsahující feromagnetické složkypyroelektrické:• polymerní – PVDFpiezorezistivní:• cermetové piezorezistivní pasty• PTF: C a Ag polymerní sloučeninypiezoelektrické:• na bázi BaTiO 3• na bázi PZT (olovo, zirkon, titan),vykazují i feroelektrické vlastnosti• piezoelektrické polymery: PVDFdalší oblasti (např. vysokoteplotnísupravodiče, atd.)Speciální pasty se vyrábí pro příslušný typ aplikace záměrným přidáním funkčníchlátek, které se vyznačují požadovanými vlastnostmi do základního materiálu, případněpoužitím zcela nových materiálů nebo technologického zpracování. Pro fyzikální senzorymají uplatnění např. termorezistivní, piezorezistivní, magnetorezistivní a další materiály. Vchemických senzorech se využívá speciálních past pro měření vlhkosti, iontové koncentrace asložek plynů. Růst významu lékařských sledování a diagnostik byly podnětem pro inovaci voblasti speciálních materiálů pro biosenzory (např. vodiče typu Ag/AgCl, které lze tisknout napolymerní substráty). V současné době probíhá vývoj v oblasti hydrotalcitních protonickýchvodičů, feromagnetických past a dalších nových, speciálních past. Avšak z důvodů vysokýchnákladů spojených s jejich aplikacemi bylo vynaloženo značné úsilí na úplné využitívlastností standardních past. Stručné rozdělení nejčastějších speciálních past uvádí Tabulka4.3.
- Page 4 and 5: DESCRIPTIONSafety FittingsIt is not
- Page 6 and 7: Mikrosenzory a mikromechanické sys
- Page 8: Mikrosenzory a mikromechanické sys
- Page 11 and 12: 8 Fakulta elektrotechniky a komunik
- Page 14 and 15: Mikrosenzory a mikromechanické sys
- Page 16 and 17: Mikrosenzory a mikromechanické sys
- Page 18 and 19: Mikrosenzory a mikromechanické sys
- Page 20 and 21: Mikrosenzory a mikromechanické sys
- Page 22 and 23: Mikrosenzory a mikromechanické sys
- Page 26 and 27: Mikrosenzory a mikromechanické sys
- Page 28 and 29: Mikrosenzory a mikromechanické sys
- Page 30 and 31: Mikrosenzory a mikromechanické sys
- Page 32 and 33: Mikrosenzory a mikromechanické sys
- Page 34 and 35: Mikrosenzory a mikromechanické sys
- Page 36 and 37: Mikrosenzory a mikromechanické sys
- Page 38 and 39: Mikrosenzory a mikromechanické sys
- Page 40 and 41: Mikrosenzory a mikromechanické sys
- Page 42 and 43: Mikrosenzory a mikromechanické sys
- Page 44 and 45: Mikrosenzory a mikromechanické sys
- Page 46 and 47: Mikrosenzory a mikromechanické sys
- Page 48 and 49: Mikrosenzory a mikromechanické sys
- Page 50 and 51: Mikrosenzory a mikromechanické sys
- Page 52 and 53: Mikrosenzory a mikromechanické sys
- Page 54 and 55: Mikrosenzory a mikromechanické sys
- Page 56 and 57: Mikrosenzory a mikromechanické sys
- Page 58 and 59: Mikrosenzory a mikromechanické sys
- Page 60 and 61: Mikrosenzory a mikromechanické sys
- Page 62 and 63: Mikrosenzory a mikromechanické sys
- Page 64 and 65: Mikrosenzory a mikromechanické sys
- Page 66 and 67: Mikrosenzory a mikromechanické sys
- Page 68 and 69: Mikrosenzory a mikromechanické sys
- Page 70 and 71: Mikrosenzory a mikromechanické sys
- Page 72 and 73: Mikrosenzory a mikromechanické sys
22 Fakulta elektrotechniky a komunikačních technologií VUT v Brněnutné tyto vrstvy dostavit na požadovanou hodnotu trimováním pomocí otryskáváníkřemenným pískem nebo trimovaní laserem.4.2.3 Tlustovrstvé senzory založené na vlastnostech pastU senzorů využívajících vlastností tlustovrstvých past se využívá schopností pastreagovat na podněty vnějšího okolí změnou některých svých parametrů. Přitom si tlustévrstvy zachovávají své charakteristické rysy, vysokou odolnost a dobrou stabilitu, jež je nutnápro dosažení reprodukovatelnosti senzoru. Pasty lze u této skupiny senzorů rozdělit nastandardní pasty (vodivé, odporové, dielektrické) a speciální pasty připravené pro danouaplikaci.Tabulka 4.3:Přehled speciálních past používaných v senzorových aplikacíchSpeciální pasty:termorezistivní:• NTC termistorové pasty, oxidy Mn, Co,Cu, Ni, Fe, Ti, Zn, Mg, Cr, Li• PTC termistorové pasty: na bázi BaTiO 3 ,TiO 2 , VO 2 , V 2 O 3• pasty pro RTD na bázi Pt, Ni• nízkoteplotní termistory: RuO 2 , (vykazujírovněž magnotorezistivní vlastnosti)citlivé na vlhkost:• polymerní sloučeniny• hydrotalcitní protonické vodiče• cermetové pasty: SnO2, ...chemicky citlivé:• pevné elektrolyty: ZrO 2 , ...• pasty na bázi oxidů kovů: SnO 2 , WO 3 ,TiO 2 , ...• polymery: polyelektrolyty, uhlíkovépolymerní vrstvy, polyetheruretan,...biocitlivé:• polymerní lože s receptorovými částicemimagnetorezistivní:• na bázi Niferomagnetické:• obsahující feromagnetické složkypyroelektrické:• polymerní – PVDFpiezorezistivní:• cermetové piezorezistivní pasty• PTF: C a Ag polymerní sloučeninypiezoelektrické:• na bázi BaTiO 3• na bázi PZT (olovo, zirkon, titan),vykazují i feroelektrické vlastnosti• piezoelektrické polymery: PVDFdalší oblasti (např. vysokoteplotnísupravodiče, atd.)Speciální pasty se vyrábí pro příslušný typ aplikace záměrným přidáním funkčníchlátek, které se vyznačují požadovanými vlastnostmi do základního materiálu, případněpoužitím zcela nových materiálů nebo technologického zpracování. Pro fyzikální senzorymají uplatnění např. termorezistivní, piezorezistivní, magnetorezistivní a další materiály. Vchemických senzorech se využívá speciálních past pro měření vlhkosti, iontové koncentrace asložek plynů. Růst významu lékařských sledování a diagnostik byly podnětem pro inovaci voblasti speciálních materiálů pro biosenzory (např. vodiče typu Ag/AgCl, které lze tisknout napolymerní substráty). V současné době probíhá vývoj v oblasti hydrotalcitních protonickýchvodičů, feromagnetických past a dalších nových, speciálních past. Avšak z důvodů vysokýchnákladů spojených s jejich aplikacemi bylo vynaloženo značné úsilí na úplné využitívlastností standardních past. Stručné rozdělení nejčastějších speciálních past uvádí Tabulka4.3.
Change language