Piezorezystancyjny czujnik ciśnienia: modelowanie membrany krzemowej podstawowego elementu piezorezystancyjnego czujnika ciśnienia



Podobne dokumenty
Modelowanie mikrosystemów - laboratorium. Ćwiczenie 1. Modelowanie ugięcia membrany krzemowej modelowanie pracy mikromechanicznego czujnika ciśnienia

Modelowanie mikrosystemów - laboratorium. Ćwiczenie 1. Modelowanie ugięcia membrany krzemowej modelowanie pracy mikromechanicznego czujnika ciśnienia

Modelowanie mikrosystemów - laboratorium. Ćwiczenie 2. Modelowanie pracy mikromechanicznego pojemnościowego czujnika ciśnienia z membraną typu bossed

METODA ELEMENTÓW SKOŃCZONYCH

METODA ELEMENTÓW SKOŃCZONYCH

METODA ELEMENTÓW SKOŃCZONYCH

PROJEKT MES COMSOL MULTIPHYSICS 3.4

Analiza obciążeń baneru reklamowego za pomocą oprogramowania ADINA-AUI 8.9 (900 węzłów)

Instrukcja do ćwiczeń laboratoryjnych z metody elementów skończonych w programie ADINA

Analiza obciążeń baneru reklamowego za pomocą oprogramowania ADINA-AUI 8.9 (900 węzłów)

ZACHODNIOPOMORSKI UNIWERSYTET TECHNOLOGICZNY w Szczecinie

Instrukcja do ćwiczeń laboratoryjnych z metody elementów skończonych w programie ADINA

POLITECHNIKA POZNAŃSKA METODA ELEMENTÓW SKOŃCZONYCH LABORATORIA

METODA ELEMENTÓW SKOŃCZONYCH.

PROJEKT LABORATORIUM MES

ZACHODNIOPOMORSKI UNIWERSYTET TECHNOLOGICZNY w Szczecinie

Politechnika Poznańska

Projekt Metoda Elementów Skończonych. COMSOL Multiphysics 3.4

Politechnika Poznańska Metoda elementów skończonych. Projekt

Instrukcja do ćwiczeń laboratoryjnych z metody elementów skończonych w programie ADINA

Analiza obciążeń belki obustronnie podpartej za pomocą oprogramowania ADINA-AUI 8.9 (900 węzłów)

Politechnika Poznańska. Projekt Metoda Elementów Skończonych

Przeprowadź analizę odkształceń plastycznych części wykonanej z drutu o grubości 1mm dociskanej statycznie do nieodkształcalnej ściany.

METODA ELEMENTÓW SKOŃOCZNYCH Projekt

METODA ELEMENTÓW SKOŃCZONYCH

1.Otwieranie modelu Wybierz opcję Otwórz. W oknie dialogowym przechodzimy do folderu, w którym znajduje się nasz model.

ZACHODNIOPOMORSKI UNIWERSYTET TECHNOLOGICZNY

Projekt. Filip Bojarski, Łukasz Paprocki. Wydział : BMiZ, Kierunek : MiBM, Rok Akademicki : 2014/2015, Semestr : V

MEOMSy - laboratorium

Metoda Elementów Skończonych - Laboratorium

PLAN SZKOLEŃ FEMAP. Nasza oferta: Solid Edge najefektywniejszy dostępny obecnie na rynku system CAD klasy mid-range,

METODA ELEMENTÓW SKOŃCZONYCH

PLAN SZKOLEŃ Femap. Nasza oferta: Solid Edge najefektywniejszy dostępny obecnie na rynku system CAD klasy mid-range,

Politechnika Poznańska

ZACHODNIOPOMORSKI UNIWERSYTET TECHNOLOGICZNY w Szczecinie

Politechnika Poznańska. Zakład Mechaniki Technicznej

Prowadzący: dr hab. Tomasz Stręk, prof. nadz. Wykonali: Adam Wojciechowski Tomasz Pachciński Dawid Walendowski

METODA ELEMENTÓW SKOŃCZONYCH

Temat: Modelowanie 3D rdzenia wirnika silnika skokowego

ZACHODNIOPOMORSKI UNIWERSYTET TECHNOLOGICZNY w Szczecinie

METODA ELEMENTÓW SKOŃCZONYCH PROJEKT

Politechnika Poznańska. Metoda Elementów Skończonych

dr inż. Cezary Żrodowski Wizualizacja Informacji WETI PG, sem. V, 2015/16

POLITECHNIKA POZNAŃSKA

Temat: Modelowanie 3D rdzenia stojana silnika skokowego

Metoda elementów skończonych

METODA ELEMENTÓW SKOŃCZONYCH

METODA ELEMENTÓW SKOŃCZONYCH

dr inż. Cezary Żrodowski Wizualizacja Informacji WETI PG, sem. V, 2015/16 b) Operacja wyciągnięcia obrotowego z dodaniem materiału - uchwyt (1pkt)

7. Modelowanie wałka silnika skokowego Aktywować projekt uŝytkownika

Metoda Elementów Skończonych

dr inż. Cezary Żrodowski Wizualizacja Informacji WETI PG, sem. V, 2015/16

SYMULACJA ZAGADNIEŃ BIOMEDYCZNYCH

Łukasz Januszkiewicz Technika antenowa

1.3. Tworzenie obiektów 3D. Rysunek 1.2. Dostępne opcje podręcznego menu dla zaznaczonego obiektu

METODA ELEMENTÓW SKOŃCZONYCH

Nasyp przyrost osiadania w czasie (konsolidacja)

Informatyka w służbie efektów specjalnych. Część druga

Metoda Elementów Skończonych. Projekt: COMSOL Multiphysics 3.4.

AUTOVIEW Katalog sylwetek pojazdów. Instrukcja instalacji i wykorzystania w programach Cyborg Idea. C.A.R. Crash Analyse Ratschbacher GmbH

Laboratorium. Środowisko do komputerowego wspomagania wytwarzania EdgeCAM Obróbka z profili 2D za pomocą cykli, ustawianie części na obrabiarce

dr inż. Cezary Żrodowski Wizualizacja Informacji WETI PG, sem. V, 2015/16

Symulacja zamknięcia pojemnika PP tutorial Abaqus 6.5-1

Podczas wykonywania analizy w programie COMSOL, wykorzystywane jest poniższe równanie: 1.2. Dane wejściowe.

Politechnika Poznańska

Studia Podyplomowe Grafika Komputerowa i Techniki Multimedialne, 2017, semestr II Modelowanie 3D - Podstawy druku 3D. Ćwiczenie nr 4.

Osiadanie kołowego fundamentu zbiornika

WYDZIAŁ BUDOWY MASZYN I ZARZĄDZANIA POLITECHNIKA POZNAŃSKA. Laboratorium MES projekt

Uruchomić programu AUI kliknięciem ikony znajdującej się na pulpicie. Zadanie rozwiązać za pomocą systemu ADINA.

Kreślenie drukowanie plotowanie rysunków

GRAITEC Advance PowerPack 2016 R2

CAx integracja REVIT ROBOT.

Komputerowe wspomaganie projektowania- CAT-01

Metoda Elementów Skończonych - Laboratorium

Instrukcja do ćwiczeń laboratoryjnych Numeryczne metody analizy konstrukcji

Projektowanie systemów zrobotyzowanych

Smart Draw - prezentacja programu

Odporny na korozję czujnik ciśnienia dla mikroreaktorów chemicznych

Metoda Elementów Skończonych

Analiza fundamentu na mikropalach

Projekt z przedmiotu Metoda Elementów Skończonych

METODA ELEMENTÓW SKOŃCZONYCH

POLITECHNIKA SZCZECIŃSKA KATEDRA MECHANIKI I PODSTAW KONSTRUKCJI MASZYN

Analiza dynamiczna fundamentu blokowego obciążonego wymuszeniem harmonicznym

ZACHODNIOPOMORSKI UNIWERSYTET TECHNOLOGICZNY w Szczecinie

Temat: Kopiowanie katalogów (folderów) i plików pomiędzy oknami

Metoda Elementów Skończonych- Laboratorium

ZACHODNIOPOMORSKI UNIWERSYTET TECHNOLOGICZNY

Uniwersytet Zielonogórski. Kurs: Autodesk 3D Studio MAX Komputerowa grafika 3D. 3dsmax Teksturowanie obiektów 3D

Politechnika Poznańska

Laboratorium Metoda Elementów Skończonych Projekt z wykorzystaniem programu COMSOL Multiphysics 3.4

Tworzenie nowego rysunku Bezpośrednio po uruchomieniu programu zostanie otwarte okno kreatora Nowego Rysunku.

Analiza mechanizmu korbowo-suwakowego

METODA ELEMENTÓW SKOŃCZONYCH

TWORZENIE SZEŚCIANU. Sześcian to trójwymiarowa bryła, w której każdy z sześciu boków jest kwadratem. Sześcian

Modele symulacyjne PyroSim/FDS z wykorzystaniem rysunków CAD

Politechnika Poznańska

Unity 3D - własny ekran startowy i menu gry

Politechnika Poznańska. Zakład Mechaniki Technicznej. Metoda Elementów Skończonych Lab. Wykonali: Marta Majcher. Mateusz Manikowski.

KOMPUTEROWE METODY SYMULACJI W ELEKTROTECHNICE I ELEKTRONICE. ZASADA DZIAŁANIA PROGRAMU MICRO-CAP

Transkrypt:

MIKROSYSTEMY - laboratorium Ćwiczenie 1 Piezorezystancyjny czujnik ciśnienia: modelowanie membrany krzemowej podstawowego elementu piezorezystancyjnego czujnika ciśnienia Zadania i cel ćwiczenia. Celem ćwiczenia jest dobranie odpowiedniej grubości membrany krzemowej mikromechanicznego czujnika ciśnienia, dla zadanego zakresu ciśnień. Zadaniem wykonującego ćwiczenie jest zaprojektowanie w programie AutoCAD struktury czujnika ciśnienia oraz zamodelowanie pracy tego czujnika (membrany krzemowej) stosując jako parametr grubość membrany krzemowej oraz siłę działającą na tę membranę. Przebieg ćwiczenia. Ćwiczenie składa się z trzech etapów: etap 1 zaprojektowanie struktury czujnika ciśnienia w programie AutoCAD, etap 2 zamodelowanie zaprojektowanej struktury w programie Comsol Multiphysics, etap 3 prezentacja wyników. 1. Projekt AutoCAD. Powszechnie produkowany czujnik ciśnienia (przykład na rysunku poniżej produkcja ITE Warszawa) składa się z części krzemowej osadzonej na słupku szklanym o wysokości 2 mm. W podłożu krzemowym o grubości 380 µm, metodami mikromechanicznymi i mikroelektronicznymi, wytworzono membranę krzemową oraz na jej górnej części rezystory wdyfundowane (piezorezystory) i kontakty elektryczne. Tak przygotowane podłoże łączy się z podłożem szklanym zawierającym szereg przelotowych otworów w procesie bondingu anodowego. W kolejności, połączone podłoże dzieli się na niezależne chipy piezorezystancyjne czujniki ciśnienia o wymiarach (najczęściej) 2,2 x 2,2 mm 2 i wysokości 2,38 mm.

Membrana krzemowa ma najczęściej wymiary 1 x 1 mm 2 i grubość dostosowaną do zakresu ciśnień roboczych. W projekcie AutoCAD mikromechanicznego czujnika ciśnienia należy zatem przyjąć, że: struktura czujnika wykonana jest w podłoży krzemowym o orientacji krystalograficznej (100) stosując mokre anizotropowe trawienie krzemu, powierzchnia membrany wynosi 1,0 x 1,0 mm 2, grubość membrany 50 µm (wartość początkowa do symulacji). UWAGA: Prowadzący może indywidualnie zmienić wymiary membrany krzemowej. 2. Symulacja. Przeprowadzenie poprawnej symulacji wymaga: wybrania odpowiedniego modułu do symulacji, zaimportowania z pliku DXF zaprojektowanej struktury - modelu, określenia materiału, z jakiego zbudowany jest model, określenia warunków brzegowych, zadania odpowiedniej siatki podział modelu na trójkąty (do obliczeń wykorzystywana jest metoda elementów skończonych), umiejętna prezentacja wyników. Zadaniem realizującego ćwiczenie jest wykonanie kilkunastu symulacji gdzie parametrem będzie siła działająca na membranę krzemową przy jej stałej grubości. 3. Prezentacja wyników. Realizujący ćwiczenie przygotowuje zwarty raport, w którym zawarty jest cel ćwiczenia, krótki opis modelowanego obiektu oraz wyniki modelowania w formie obrazów graficznych 2D i 3D, przekrojów i wykresów.

Opis programu COMSOL Multiphisics 1. Wybranie odpowiedniego modułu do symulacji. 1. Uruchom program COMSOL Multiphysics, 2. W oknie dialogowym Model Nawigator, zakładce New, wybierz: Space dimension: 2D Application Modes / MEMS Module / Structural Mechanics / Plane Stress / Static analysis Wybór zatwierdź przyciskiem OK. Po zatwierdzeniu pojawi czyste się okno programu. 2. Importowanie pliku AutoCAD do programu Comsol Multiphisics 2.1. Import pliku. Zaimportuj odpowiedni plik z rozszerzeniem DXF wykorzystując ścieżkę: File / Import / CAD Data From File

2.2. Skalowanie. Zaznacz obiekt. Dopasuj wymiary obiektu (skalowanie) wykorzystując ścieżkę: Draw / Modify / Scale lub przycisk (skrót) menu pionowego, wpisując odpowiednie wartości (0.0001). Po skalowaniu wykorzystaj funkcję szybkiego dostosowywania wymiarów obiektu do wielkości ekranu (Zoom Extents).

2.3. Rozbijanie obiektu. Zaznacz obiekt. Rozbij obiekt (Split Object) wykorzystując ścieżkę: Draw / Modify / Scale lub przycisk (skrót) menu pionowego.

2.4. Tworzenie obiektu Solid. Zaznacz obiekt. Utwórz obiekt (Solid) wykorzystując ścieżkę: Draw / Coerce To / Solid lub przycisk (skrót) menu pionowego.

3. Zadanie parametrów obiektu i symulacji. 3.1. Przypisanie materiału z jakiego zbudowany jest obiekt. Wybierz opcję Subdomain Settings wykorzystując ścieżkę: Phisics / Sybdomain Settings W oknie dialogowym Subdomain selection zaznacz numer obiektu.

Określ materiał obiektu wybierając go z bazy materiałów.

Wybór zatwierdź przysiskiem Apply a następnie OK. 3.2. Zadanie warunków brzegowych. Wybierz opcję Boundary Settings wykorzystując ścieżkę: Phisics / Boundary Settings W oknie dialogowym Boundary selection zaznacz odpowiednie odcinki. W zakładce Constraint określ warunki brzegowe: Fixed dla odcinków nieruchomych, Free dla odcinków ruchomych, na które nie działa bezpośrednio siła oraz dla odcinków ruchomych, na które siła działa bezpośrednio. W zakładce Load, dla odcinków na które działa siła bezpośrednio, określ wartość tej siły.

3.3. Podział obiektu na trójkąty (meshowanie). Wybierz opcję Mesh wykorzystując przycisk (skrót) menu podstawowego: Zagęść siatkę wykorzystując przycisk (skrót) menu podstawowego: Uwaga: Nie zagęszczaj siatki do przeprowadzenia pierwszej symulacji. Nie zagęszczaj zbytnio siatki w kolejnych próbach, gdyż może to znacząco obciążyć komputer. Podczas symulacji stosuj zawsze tę sama gęstość siatki jednakowe warunki symulacji i otrzymanych wyników.

Jeśli to konieczne, zagęść siatkę lokalnie wykorzystując przycisk (skrót) menu podstawowego: Uwaga: Nie zagęszczaj siatki do przeprowadzenia pierwszej symulacji. Nie zagęszczaj zbytnio siatki w kolejnych próbach, gdyż może to znacząco obciążyć komputer. Podczas symulacji stosuj zawsze tę sama gęstość siatki jednorodność wyników. 3.4. Przeprowadzenie symulacji. Wybierz opcję Bonduary Setteings wykorzystując ścieżkę: Phisics / Bodnuary Settings

3.5. Prezentacja wyników. Wybierz opcję Plot Parameters wykorzystując ścieżkę: Postprocessing / Plot Parameters W zakładce Surface, opcji Prdefined quantities wybierz odpowiedni rodzaj odkształceń lub naprężeń.

Wybór zatwierdź przyciskiem Apply a następnie OK.

Aby zobaczyć kształt pierwotny wybierz opcję Plot Parameters wykorzystując ścieżkę: Postprocessing / Plot Parameters, a następnie w zakładce Deform zaznacz Deformed shape plot

Aby uzyskać efekt animacji wybierz opcję Plot Parameters wykorzystując ścieżkę: Postprocessing / Plot Parameters, a następnie w zakładce Animate ustaw parametry animacji i włącz Start Animation

Zagadnienia do samodzielnego przygotowania: 1. Modelowanie zjawisk fizycznych wspomagane komputerowo podać przykłady narzędzi informatycznych. 2. Podać i krótko scharakteryzować metodę matematyczną, którą wykorzystuje się do modelowania komputerowego. 3. Podstawowe informacje na temat krystalografii krzemu płaszczyzny, orientacje krystalograficzne, kąty pomiędzy płaszczyznami. 4. Wzory możliwe do uzyskania podczas mokrego, anizotropowego trawienia krzemu w roztworach ługów, w zależności od orientacji krystalograficznej podłoża krzemowego. 5. Naprężenie von Missesa wyjaśnić pojęcie; wskazać maksymalną dopuszczalna wartość tego naprężenia dla struktur mikromechanicznych.