Elke meter die met wisselspanning werkt, bepaalt de grootte van die spanning door een berekening uit te voeren met daarin een wortel van een gemiddelde van een kwadraat.
Voor de berekening van die zogenaamde rms-waarde zijn handige chips op de markt die deze berekening precies uitvoeren. Ir. Bert van Drieënhuizen vond dat het handiger kon. Hij ontwierp een chip met daarop een bewegend membraantje dat deze berekeningen overbodig maakt.
Figuur 1 Bert van Drieënhuizen
Bewegende elementen op een chip begint steeds meer in zwang te raken bij de chiptechnologen. Wanneer deze elementen samen met de elektronica op een chip zitten, kunnen complete sensoren op chipformaat gemaakt worden. Ir. B.P. van Drieënhuizen van de vakgroep elektronische instrumentatie promoveert morgen op een ontwerp van een nieuwe type effectieve-waarde meter.
De effectieve waarde van een signaal uit het stopcontact is bijvoorbeeld 220 Volt, maar eigenlijk varieert de wisselspanning tussen de 0 en 311 Volt. De effectieve waarde is dan dus de rms-waarde (root-mean-square) van de wisselspanning, 220 Volt.
Van Drieënhuizen: ,,De chips die nu deze berekeningen maken, werken prima. Het is niet zo dat er nou zo’n grote behoefte was aan een nieuwe rms-chip. Maar het lag wel in de lijn van de nieuwe ontwikkelingen van mechanica op chips om het eens te proberen. Bovendien heeft de nieuwe chip ook diverse voordelen.”
Hij vervolgt: ,,Zo is de huidige chip niet extreem snel doordat hij telkens moet kwadrateren en dat is best een complexe berekening. Mijn chip maakt gebruik van een natuurwet die het kwadraat gratis aflevert. Ook de thermische variant die op de markt te krijgen is, heeft nadelen. De temperatuurmeter die op de chip zit verbruikt namelijk energie die hij onttrekt aan het te meten signaal. Dat maakt dat de chip alleen te gebruiken is bij redelijk grote signalen.”
De chip van Van Drieënhuizen is opgebouwd uit een siliciumplak, een wafer, met daarin de standaard elektronica die volgens het zogenaamde DIMES01 proces is geproduceerd. Op die wafer maakte Drieënhuizen een miniscuul bruggetje uit silicium, een soort membraantje. Tussen deze membraan en de siliciumplak zit lucht. Van Drieënhuizen: ,,Het hele bruggetje is zo klein dat het achter een haar verdwijnt.”
Stroop
Figuur 2 Onder invloed van het elektrisch veld buigt het chip-bruggetje door
,,Je kunt de brug en de wafer beschouwen als twee elektrisch geleidende platen en daar komt een kracht tussen te staan”, legt Van Drieënhuizen uit. ,,Deze kracht zal de membraan iets doen doorbuigen. Het mooie is nu dat die kracht evenredig ismet het kwadraat van de spanning die tussen de brug en de siliciumplak zit.”
Doordat de lucht tussen de brug en de wafer de beweging van het membraan tegen probeert te houden krijg je ook nog eens een gemiddelde waarde. Van Drieënhuizen. ,,Vergelijk het met trillen in een pot stroop. Dat dempt de uitwijking waardoor deze uitmiddelt. Met die demping heb je eigenlijk alle berekeningen die je wilt maken gratis gekregen en hoef je alleen nog maar te meten hoever het bruggetje doorzakt.”
De eerste mechanisch correcte versie van de chip is nu gemaakt, maar nog niet in combinatie met alle benodigde elektronica. Maar alleen dit was al een lange bevalling. ,,Ik had er van tevoren niet op gerekend dat ik daar zo lang mee bezig zou zijn”, zegt Van Drieënhuizen. ,,Het uitdenken van het ontwerp van de chip kostte me de helft van de tijd, de overige vijftig procent was ik bezig met de fabricage.”
Een probleem waar Van Drieënhuizen tegen aan liep was de beperkte hoeveelheid technologiën die beschikbaar is om een brugje te maken op een chipje waar ook al elektronica inzit. Van Drieënhuizen: ,,De nieuwe technologiën die daarvoor nodig zijn heb ik in samenwerking met Dimes en collega-promovendi moeten ontwikkelen.”
Airbag
Bij de oppervlakte-micromachining techniek die Van Drieënhuizen gebruikt, worden de mechanische structuren in dunne laagjes bovenop de chip aangebracht. Dit is een moderne, fijne en vrij complexe techniek vergeleken met de bulktechniek waarbij de mechanische structuren in het chipmateriaal zelf gemaakt worden en soms een aantal waferchips op elkaar gemonteerd worden. ,,Een voorbeeld van bulktechniek is de versnellingsopnemer waaraan binnen de vakgroep ook onderzoek verricht is, en die gebruikt wordt in de airbagindustrie”, vertelt Van Drieënhuizen. ,,Ook een mechanische chip, maar iets grover gebouwd.”
De versnellingsmeter bestaat uit drie volledige wafers, waarvan de middelste zo uitgekerfd is dat hij onder grote krachtblootstelling beweegt ten opzichte van de twee andere chipplakken. Door de afstand tussen de middelste wafer en de twee andere te meten, bepaalt de sensor of de schok zodanig groot was dat de airbag opgeblazen moet worden.”
,,In het algemeen geldt, hoe meer lagen hoe groter de selectiviteitsproblemen”, legt Van Drieënhuizen uit. ,,Toch zijn we zijn heel ver gekomen in het geschikt maken van oppervlakte-micromachining voor de fabricage van mijn effectieve-waardemeter. Maar sommige delen kunnen misschien met andere technieken makkelijker gerealiseerd worden.” Van Drieënhuizen had echter geen tijd meer om dat nog eens te proberen. ,,Vier jaar is toch wel erg kort.”
,
Elke meter die met wisselspanning werkt, bepaalt de grootte van die spanning door een berekening uit te voeren met daarin een wortel van een gemiddelde van een kwadraat. Voor de berekening van die zogenaamde rms-waarde zijn handige chips op de markt die deze berekening precies uitvoeren. Ir. Bert van Drieënhuizen vond dat het handiger kon. Hij ontwierp een chip met daarop een bewegend membraantje dat deze berekeningen overbodig maakt.
Figuur 1 Bert van Drieënhuizen
Bewegende elementen op een chip begint steeds meer in zwang te raken bij de chiptechnologen. Wanneer deze elementen samen met de elektronica op een chip zitten, kunnen complete sensoren op chipformaat gemaakt worden. Ir. B.P. van Drieënhuizen van de vakgroep elektronische instrumentatie promoveert morgen op een ontwerp van een nieuwe type effectieve-waarde meter.
De effectieve waarde van een signaal uit het stopcontact is bijvoorbeeld 220 Volt, maar eigenlijk varieert de wisselspanning tussen de 0 en 311 Volt. De effectieve waarde is dan dus de rms-waarde (root-mean-square) van de wisselspanning, 220 Volt.
Van Drieënhuizen: ,,De chips die nu deze berekeningen maken, werken prima. Het is niet zo dat er nou zo’n grote behoefte was aan een nieuwe rms-chip. Maar het lag wel in de lijn van de nieuwe ontwikkelingen van mechanica op chips om het eens te proberen. Bovendien heeft de nieuwe chip ook diverse voordelen.”
Hij vervolgt: ,,Zo is de huidige chip niet extreem snel doordat hij telkens moet kwadrateren en dat is best een complexe berekening. Mijn chip maakt gebruik van een natuurwet die het kwadraat gratis aflevert. Ook de thermische variant die op de markt te krijgen is, heeft nadelen. De temperatuurmeter die op de chip zit verbruikt namelijk energie die hij onttrekt aan het te meten signaal. Dat maakt dat de chip alleen te gebruiken is bij redelijk grote signalen.”
De chip van Van Drieënhuizen is opgebouwd uit een siliciumplak, een wafer, met daarin de standaard elektronica die volgens het zogenaamde DIMES01 proces is geproduceerd. Op die wafer maakte Drieënhuizen een miniscuul bruggetje uit silicium, een soort membraantje. Tussen deze membraan en de siliciumplak zit lucht. Van Drieënhuizen: ,,Het hele bruggetje is zo klein dat het achter een haar verdwijnt.”
Stroop
Figuur 2 Onder invloed van het elektrisch veld buigt het chip-bruggetje door
,,Je kunt de brug en de wafer beschouwen als twee elektrisch geleidende platen en daar komt een kracht tussen te staan”, legt Van Drieënhuizen uit. ,,Deze kracht zal de membraan iets doen doorbuigen. Het mooie is nu dat die kracht evenredig ismet het kwadraat van de spanning die tussen de brug en de siliciumplak zit.”
Doordat de lucht tussen de brug en de wafer de beweging van het membraan tegen probeert te houden krijg je ook nog eens een gemiddelde waarde. Van Drieënhuizen. ,,Vergelijk het met trillen in een pot stroop. Dat dempt de uitwijking waardoor deze uitmiddelt. Met die demping heb je eigenlijk alle berekeningen die je wilt maken gratis gekregen en hoef je alleen nog maar te meten hoever het bruggetje doorzakt.”
De eerste mechanisch correcte versie van de chip is nu gemaakt, maar nog niet in combinatie met alle benodigde elektronica. Maar alleen dit was al een lange bevalling. ,,Ik had er van tevoren niet op gerekend dat ik daar zo lang mee bezig zou zijn”, zegt Van Drieënhuizen. ,,Het uitdenken van het ontwerp van de chip kostte me de helft van de tijd, de overige vijftig procent was ik bezig met de fabricage.”
Een probleem waar Van Drieënhuizen tegen aan liep was de beperkte hoeveelheid technologiën die beschikbaar is om een brugje te maken op een chipje waar ook al elektronica inzit. Van Drieënhuizen: ,,De nieuwe technologiën die daarvoor nodig zijn heb ik in samenwerking met Dimes en collega-promovendi moeten ontwikkelen.”
Airbag
Bij de oppervlakte-micromachining techniek die Van Drieënhuizen gebruikt, worden de mechanische structuren in dunne laagjes bovenop de chip aangebracht. Dit is een moderne, fijne en vrij complexe techniek vergeleken met de bulktechniek waarbij de mechanische structuren in het chipmateriaal zelf gemaakt worden en soms een aantal waferchips op elkaar gemonteerd worden. ,,Een voorbeeld van bulktechniek is de versnellingsopnemer waaraan binnen de vakgroep ook onderzoek verricht is, en die gebruikt wordt in de airbagindustrie”, vertelt Van Drieënhuizen. ,,Ook een mechanische chip, maar iets grover gebouwd.”
De versnellingsmeter bestaat uit drie volledige wafers, waarvan de middelste zo uitgekerfd is dat hij onder grote krachtblootstelling beweegt ten opzichte van de twee andere chipplakken. Door de afstand tussen de middelste wafer en de twee andere te meten, bepaalt de sensor of de schok zodanig groot was dat de airbag opgeblazen moet worden.”
,,In het algemeen geldt, hoe meer lagen hoe groter de selectiviteitsproblemen”, legt Van Drieënhuizen uit. ,,Toch zijn we zijn heel ver gekomen in het geschikt maken van oppervlakte-micromachining voor de fabricage van mijn effectieve-waardemeter. Maar sommige delen kunnen misschien met andere technieken makkelijker gerealiseerd worden.” Van Drieënhuizen had echter geen tijd meer om dat nog eens te proberen. ,,Vier jaar is toch wel erg kort.”
Elke meter die met wisselspanning werkt, bepaalt de grootte van die spanning door een berekening uit te voeren met daarin een wortel van een gemiddelde van een kwadraat. Voor de berekening van die zogenaamde rms-waarde zijn handige chips op de markt die deze berekening precies uitvoeren. Ir. Bert van Drieënhuizen vond dat het handiger kon. Hij ontwierp een chip met daarop een bewegend membraantje dat deze berekeningen overbodig maakt.
Figuur 1 Bert van Drieënhuizen
Bewegende elementen op een chip begint steeds meer in zwang te raken bij de chiptechnologen. Wanneer deze elementen samen met de elektronica op een chip zitten, kunnen complete sensoren op chipformaat gemaakt worden. Ir. B.P. van Drieënhuizen van de vakgroep elektronische instrumentatie promoveert morgen op een ontwerp van een nieuwe type effectieve-waarde meter.
De effectieve waarde van een signaal uit het stopcontact is bijvoorbeeld 220 Volt, maar eigenlijk varieert de wisselspanning tussen de 0 en 311 Volt. De effectieve waarde is dan dus de rms-waarde (root-mean-square) van de wisselspanning, 220 Volt.
Van Drieënhuizen: ,,De chips die nu deze berekeningen maken, werken prima. Het is niet zo dat er nou zo’n grote behoefte was aan een nieuwe rms-chip. Maar het lag wel in de lijn van de nieuwe ontwikkelingen van mechanica op chips om het eens te proberen. Bovendien heeft de nieuwe chip ook diverse voordelen.”
Hij vervolgt: ,,Zo is de huidige chip niet extreem snel doordat hij telkens moet kwadrateren en dat is best een complexe berekening. Mijn chip maakt gebruik van een natuurwet die het kwadraat gratis aflevert. Ook de thermische variant die op de markt te krijgen is, heeft nadelen. De temperatuurmeter die op de chip zit verbruikt namelijk energie die hij onttrekt aan het te meten signaal. Dat maakt dat de chip alleen te gebruiken is bij redelijk grote signalen.”
De chip van Van Drieënhuizen is opgebouwd uit een siliciumplak, een wafer, met daarin de standaard elektronica die volgens het zogenaamde DIMES01 proces is geproduceerd. Op die wafer maakte Drieënhuizen een miniscuul bruggetje uit silicium, een soort membraantje. Tussen deze membraan en de siliciumplak zit lucht. Van Drieënhuizen: ,,Het hele bruggetje is zo klein dat het achter een haar verdwijnt.”
Stroop
Figuur 2 Onder invloed van het elektrisch veld buigt het chip-bruggetje door
,,Je kunt de brug en de wafer beschouwen als twee elektrisch geleidende platen en daar komt een kracht tussen te staan”, legt Van Drieënhuizen uit. ,,Deze kracht zal de membraan iets doen doorbuigen. Het mooie is nu dat die kracht evenredig ismet het kwadraat van de spanning die tussen de brug en de siliciumplak zit.”
Doordat de lucht tussen de brug en de wafer de beweging van het membraan tegen probeert te houden krijg je ook nog eens een gemiddelde waarde. Van Drieënhuizen. ,,Vergelijk het met trillen in een pot stroop. Dat dempt de uitwijking waardoor deze uitmiddelt. Met die demping heb je eigenlijk alle berekeningen die je wilt maken gratis gekregen en hoef je alleen nog maar te meten hoever het bruggetje doorzakt.”
De eerste mechanisch correcte versie van de chip is nu gemaakt, maar nog niet in combinatie met alle benodigde elektronica. Maar alleen dit was al een lange bevalling. ,,Ik had er van tevoren niet op gerekend dat ik daar zo lang mee bezig zou zijn”, zegt Van Drieënhuizen. ,,Het uitdenken van het ontwerp van de chip kostte me de helft van de tijd, de overige vijftig procent was ik bezig met de fabricage.”
Een probleem waar Van Drieënhuizen tegen aan liep was de beperkte hoeveelheid technologiën die beschikbaar is om een brugje te maken op een chipje waar ook al elektronica inzit. Van Drieënhuizen: ,,De nieuwe technologiën die daarvoor nodig zijn heb ik in samenwerking met Dimes en collega-promovendi moeten ontwikkelen.”
Airbag
Bij de oppervlakte-micromachining techniek die Van Drieënhuizen gebruikt, worden de mechanische structuren in dunne laagjes bovenop de chip aangebracht. Dit is een moderne, fijne en vrij complexe techniek vergeleken met de bulktechniek waarbij de mechanische structuren in het chipmateriaal zelf gemaakt worden en soms een aantal waferchips op elkaar gemonteerd worden. ,,Een voorbeeld van bulktechniek is de versnellingsopnemer waaraan binnen de vakgroep ook onderzoek verricht is, en die gebruikt wordt in de airbagindustrie”, vertelt Van Drieënhuizen. ,,Ook een mechanische chip, maar iets grover gebouwd.”
De versnellingsmeter bestaat uit drie volledige wafers, waarvan de middelste zo uitgekerfd is dat hij onder grote krachtblootstelling beweegt ten opzichte van de twee andere chipplakken. Door de afstand tussen de middelste wafer en de twee andere te meten, bepaalt de sensor of de schok zodanig groot was dat de airbag opgeblazen moet worden.”
,,In het algemeen geldt, hoe meer lagen hoe groter de selectiviteitsproblemen”, legt Van Drieënhuizen uit. ,,Toch zijn we zijn heel ver gekomen in het geschikt maken van oppervlakte-micromachining voor de fabricage van mijn effectieve-waardemeter. Maar sommige delen kunnen misschien met andere technieken makkelijker gerealiseerd worden.” Van Drieënhuizen had echter geen tijd meer om dat nog eens te proberen. ,,Vier jaar is toch wel erg kort.”
Heb je een vraag of opmerking over dit artikel?
delta@tudelft.nl
Comments are closed.