دانشگاه آزاد اسلامی
واحد تهران جنوب
دانشکده تحصیلات تکمیلی
سمینار برای دریافت درجه کارشناسی ارشد “M.Sc”
مهندسی مکانیک – تبدیل انرژی
عنوان :
بررسی میکروپمپها و کاربرد آنها
چکیده
در این مجموعه ، با توجه به تحقیقاتی که تا کنون ارائه شده است ، ابتدا به معرف ی میکروپمپ ها پرداخته میـشود . بـرای
درک بهتر مفاهیم اولیه ، میکروپمپها بر اساس روشهای مختلف راه اندازی میکروپمپ و تشریح چگونگی عمـل پمپـاژ
تقسیم بندی میشوند . در تقسیم بندی دیگری میکروپمپ ها براساس روش یکطرفه شدن جریـان در آنهـا مـورد بررسـی
قرار میگیرند . با توجه به روش بکار اندازی میکروپمپ ، جریان سیال میتواند پیوسته و یـا بـصورت پالـسی باشـد . بـدین
ترتیب میکروپمپ ها از این دیدگاه نیزبررسی شده و در نهایت با ارائه موارد کاربردی ، اهمیت ادامـه تحقیقـات در ایـن
زمینه روشن خواهد شد .
تلاش شده است با دیدگاه ساخت نمونه ای نو ، اطلاعاتی مقدماتی در زمینه میکروپمپها گردآوری شـود تـا بـا توجـه بـه
اهمیت فراوان و نیاز به کاربرد روزافزون میکروپمپ ها در تکنولوژی مدرن ، گامی کوچک در ایـن امـربرداشـته شـود .
لذا در این مجموعه به معرفی مواد مورد استفاده در ساخت میکروپمپها و بررسی خواص آنه ا نیز پرداخته میشود . سـپس
تکنیک های مختلـف سـاخت و پروسـه هـای تولیـد معرفـی خواهنـد شـد . و در انتهـا مـروری کوتـاه بـر packaging
میکروپمپها خواهیم داشت .
امید است این مجموعه توجه علاقمندان را به کار در این زمینه جلب نماید ، که در این صورت بخش بزرگـی ازاهـداف
برآورده شده است.
مقدمه
با وجود اینکه برخی ابزارهای microfluidics خیلی جدید نیستند ، با یک تحقیـق گـسترده متوجـه خـواهیم شـد کـه
میتوان microfluidics را در گروه علوم جدید قرار داد . بطور مشخص زمینه میکروپمپها یکی از شاخه های این علم
است که مدتهاست مورد توجه میباشد . شروع آن اواسط 1970 بود که گـسترش بـدون وقفـه و تنـوع شـگفت آوری در
اصول میکروپمپها ، مفاهیم تکنیکی و کاربردهای متنوع در این زمینه شکل گرفت . این روند ادامه داشـت تـا امـروز کـه
در علم MEMS
، روشهای نوین مدلسازی جریان ثابت ، مواد ریز سازه ، اصـول عملگرهـا ، تکنولـوژی سـاخت ، و 1
کاربردهای آنها ارائه میشود که هنوز هم جهـت تحقیقـات در زمینـه میکروپمپهـا مـورد اسـتفاده قـرار میگیـرد . در میـان
پتانسیل های کاربردی موجود ، میتوان بطور خاص به کاربرد میکروپمپها در سنـسورهای بیوشـیمی و microfluidics
اشاره نمود که اززمان گذشته انگیزه ای قوی جهت تحقیقات بوده و با توجه به اهمیـت آن در آینـده نیـز ایـن تحقیقـات
ادامه خواهد داشت .
تکنیک های مختلف ساخت میکرو بسیار متفاوت از تکنیک های ساختی هـستند کـه بـرای ماشـین هـای معمـولی بکـار
میگیریم . اگرچه برخی از تکنیک های ساخت سنتی و معمول را میتوان در packaging تولیدات میکرو سیستم هـا و
MEMS بکار گرفت . تکنولوژی موجود جهت ساخت MEMS و میکروسیـستمها را نمیتـوان از روشـهای سـاخت
مورد استفاده در میکروالکترونیک جدا نمود . این ارتباط نزدیک در ساخت میکروسیـستمها و میکروالکترونیـک اغلـب
باعث میشود تا مهندسین دچار این اشتباه شوند که این دو روش کاملا قابل جایگزینی میباشند . توجه داریم کـه بـسیاری
از تکنیک های سـاخت میکروسیـستمها بـا تفـاوت انـدکی در سـاخت میکـرو الکترونیـک نیـز بکـار میرونـد . اگرچـه ،
چگونگی طراحی میکروسیستمها و همچنین packaging آن بطور کلی با آنچه د ر مورد میکروالکترونیک بکار میرود
، متفاوت است .
اغلب MEMS و میکروسیستمها شامل اجزای ظریفی به اندازه مرتبـه ای از میکرومتـر میباشـند . در صـورتی کـه ایـن
اجزاء به نحو مطلوبی package نشوند ، نسبت به کارکرد بد و یـا آسـیب پـذیری سـاختاری ، بـسیار حـساس میباشـند .
packaging قابـل اطمینـان ایـن لـوازم و سیـستمها رقـابتی عمـده در صـنعت میباشـد ، زیـرا تکنولـوژی packaging
میکروسیستمها ، در مقایسه با packaging در میکروالکترونیک به بلوغ نرسیده است . packaging میکروسیـستمها
، شامل سه موضوع سرهم نمودن ،packaging و تست کردن میباشد که آن را با علامت اختصاری AP&T نمـایش
میدهند . در AP&T ، MEMS بالاترین بخش از کل هزینه ساخت را به خود اختصاص میدهد . به عنوان مثال هزینه
packaging نوعی خاص از میکروسنسورهای فشار برای کاربری در محیط های toxic با دماهای خیلی بالا حـدود
95 درصد از هزینه تولید را به خود اختصاص میدهد . نکته بسیار مهمی که باید به آن توجه داشت این است کـه معمـولا
packaging منـشاء ایجـاد اغلـب مـشکلات در رابطـه بـا عـدم کـارکرد میکروسیـستمها میباشـد . بنـابراین تکنولـوژی
packaging یک فاکتور کلیدی در طراحی و ساخت و گسترش میکروسیستمها میباشد.
واقعیت شناخته شده این است که روش IC packaging فقط بـرای محافظـت از چیـپ هـای سـیلیکونی و سـیمهای
متصل به اثرات محیط بکار میرود . از طرفی packaging میکروسیستمها نه تنها برای محافظت از اجزای ظریفـی چـون
قالب های سیلیکونی از محیط مخرب بکار میرود ، بلکه اجازه میدهد ا ین قالـب هـا بطـور همزمـان بـا محـیط در تمـاس
باشند. بنـابراین بـرای مهندسـان packaging میکروسیـستم بـسیار پـر زحمـت تـر از packaging میکروالکترونیـک
میباشد.
در بسیاری ازمیکروسیستمها از مواد مورد استفاده در میکروالکترونیک ها ، مثل سیلیکون ، گالیوم آرسنید بـرای سـاخت
المانهای سنسورها و یا عملگرها استفاده میشود . عمدتا این مـواد انتخـاب میـشوند زیـرا کـه از نظـر ابعـاد پایـدار بـوده و
تکنیک های ساخت و packaging آنها همانند میکروالکترونیـک میباشـد . اگرچـه ، مـواد دیگـری ماننـد کـوارتز،
پیرکس ، پلاستیک و سرامیکها نیز برای تولید MEMS و میکروسیستمها بکار میروند که معمولا در میکروالکترونیک
کاربرد ندارند. علاوه بر این تقریبا تمامی عملیات تکنیک های ساخت میکرو ، شامل بهبود فیزیکـی و شـیمیایی مـوادی
است که اثرات آنها عموما برای بسیاری از مهندسین ناشناخته است چرا که با تکنیک های ساخت معمولی آشنای ی دارند
.بنابراین برای مهندسین لازم است تا قبل از اقدام به طراحی و ساخت میکرو سیـستم هـا و MEMS اطلاعـات کـافی از
فیزیک حالت جامد و تکنیک های میکرو ساخت مرتبط کسب نمایند . دانستن چنین اطلاعاتی بسیار ضـروری اسـت تـا
یک مهندس بداند یک طرح ارایه شده قابل ساخت میباشد یا خیر.
براي دانلود متن كامل پايان نامه اينجا كليك كنيد
نظرات شما عزیزان:
تبادل لینک هوشمند