3D Printed Capacitive Pressure Sensor with Corrugated Surface

Abstract

Üç Boyutlu Baskı Metodu ile Üretilmiş Dalgalı Yüzeyli Sığal Basınç Algılayıcı

Abstract

Geleneksel olarak, sığal basınç algılayıcıları paralel plaka düzlemsel kondansatörlerin bir plakasını ince diyafram olarak kullanmaktadır.  Bu çalışmada yeni nesil, kulan-at özelliğine sahip, üç boyutlu yazıcı ile üretilmiş ve yüzeyi alanı arttırılmış şeffaf polimer bir sığal basınç algılayıcı yapısı sunulmuştur. Önerilen yapı düzlemsel bir sığaç özelliklerine sahip olup, üst ve alt olmak üzere iki plakadan oluşmaktadır. Plakaların iç yüzeylerinin topolojisi değiştirilerek algılayıcının yüzey alanı arttırılmıştır. Önerilen bu cihaz, Polyjet Connex3 Objet260 üç boyutlu yazıcı kullanılarak VeroClear malzemesinden üretilmiştir. 3B yazıcı ile oluşturulan ve şeffaf termoplastik malzeme ile üretilen algılayıcı parçaları, kullanılan malzemenin yapısı itibarıyla iletken değillerdir. Söz konusu cihaza tozutma prensibi kullanılarak önce 40 nm kalınlığında ince film krom daha sonra ise 115 nm kalınlıktaki altın malzeme kaplanmış ve böylelikle yapıya iletkenlik kazandırılmış; düzlemsel sığaç yapısının alt ve üst metal yüzeyleri oluşturulmuştur. Üretilen algılayıcının boyutları 11x11x4,6 mm³’dür. Nominal değeri 2,7 pF olan cihaza deneyler esnasında en yüksek 8,88 kPa kadar çeşitli basınç değerleri uygulanmıştır. Cihazın azami 4,3 pF sığa değeri aldığı ölçülmüştür. En yüksek hassasiyet değeri ise 0,14 pF / kPa olarak hesaplanan algılayıcının, basınç ölçümlerinde başarı ile kullanılabileceği gösterilmiştir.

Keywords

• Sığa,Basınç Algılayıcı,3B Baskı

References

1. [1] Bustillo J.M., Howe R.T., Muller R.S., “Surface micromachining for microelectromechanical systems”, Proc. IEEE, Vol. 86, Sayı 8, 1552-1574, 1998.
2. [2] Petersen K.E., “Silicon as a mechanical material”, Proc. IEEE, Vol. 70, Sayı 5, 420-457, 1982.
3. [3] Guckel H., “High-aspect-ratio micromachining via deep X-ray lithography”, Proc. IEEE, Vol. 86, Sayı 8, 1586-1593, 1998.
4. [4] Bertsch A., Lorenz H., Renaud P., “3D microfabrication by combining a microstereolithography and thick resist UV lithography”, Sens. Actuators A-Phys., Vol. 73, Sayı 1-2, 14-23, 1999.
5. [5] Han M., Lee W., Lee K., Lee S.S., “3D microfabrication with inclined/rotated UV Lithography”, Sens. Actuators A-Phys., Vol. 111, Sayı 1, 14-20, 2004.
6. [6] Shemelya C. “3D printed capacitive sensors”, IEEE Sensors, 1-4, 2013.
7. [7] Zhao C., Wang C., Gorkin R., Beirne S., Shu K., Wallace G.G., “Three dimensional (3D) printed electrodes for interdigitated supercapacitors”, Electrochem. Commun., Vol. 41, 20-23, 2014.
8. [8] Ishiguro Y., Poupyrev I., “3D printed interactive speakers”, ACM Conference on Human Factors in Computing Systems, 1733-1742, 2014.

9. [9] Thiele S., Arzenbacher K., Gissibl T., Schmidti S., Gross H., Giessen H., Herkommer A.M., “Design, simulation and 3D printing of complex micro-optics for imaging”, Conference of Optical MEMS and Nanophotonics, 1-2, 2016.
10. [10] Walczak R., “Application of Inkjet 3D Printing in MEMS Technique”, 2018 25th International Conference of Mixed Design of Integrated Circuits and System (MIXDES), Gdynia, 2018, pp. 121-124.
11. [11] Dahle R. and Rasel R., “3-D Printing as an Effective Educational Tool for MEMS Design and Fabrication”, in IEEE Transactions on Education, vol. 59, no. 3, pp. 210-215, Aug. 2016.
12. [12] G. Aspar, B. Goubault, O. Lebaigue, J-C. Souriau, G. Simon, L. Di Cioccio, Y. Bréchet., “3D Printing as a New Packaging Approach for MEMS and Electronic Devices”, 2017 IEEE 67th Electronic Components and Technology Conference (ECTC), Orlando, FL, 2017, pp. 1071-1079.
13. [13] Chen J., Yang J., and Zuo T., “Micro Fabrication with Selective Laser Micro Sintering”, 2006 1st IEEE International Conference on Nano/Micro Engineered and Molecular Systems, Zhuhai, 2006, pp. 426-429.
14. [14] Wu S., Yang C., Hsu W., Lin L., “3D-printed microelectronics for integrated circuitry and passive wireless sensors”, Microsystems & Nanoengineering, 1, 15013, 2015.
15. [15] Zhu C. et al., “3D printed functional nanomaterials for electrochemical energy storage”, NanoToday, Vol. 15, 107-120, 2017.
16. [16] Tanwilaisiri A. et al., “Design and fabrication of modular supercapacitors using 3D printing”, Elsevier Journal of Energy Storage, Vol. 16, 1-7, 2018.
17. [17] Gokdel Y.D. et al., “Self-terminating electrochemical etching of stainless steel for the fabrication of micro-mirrors”, J. Micromach. Microeng., Vol. 20, 095009, 2010.