玻璃结构PCR芯片快速精密温控及实验验证

PCR芯片作为即时检测技术的一种核心生化分析器件,在疾病快速现场检测、便携式分析中有着广泛应用。温度快速精密控制对提高PCR芯片的扩增效率和准确性极为重要。相较于聚合物材料,玻璃材料具备优良的生物兼容性、导热性和密封性。设计并制作了一种全玻璃结构的PCR芯片,以PT100温度传感器和恒流源组成温度检测电路,将温度值线性转换成电压值。采用STM32控制器作为核心处理器,完成电压值的数字化采集。结合积分分离PID算法,对加热电极和风扇施加驱动电流和控制电压,实现对PCR芯片的快速精密温度控制。实验结果表明,该PCR芯片可获得6℃/s的升温速率以及3℃/s的降温速率,控温精度为0.4℃,优于当前市场上大多数PCR仪的性能。生物扩增实验验证了PCR芯片DNA扩增的有效性。     

微型PCR系统及其温控特性研究

介绍了一种基于芯片的微型聚合酶链式反应(polymerase chain reaction,PCR)系统,利用该系统进行了温度控制和响应特性研究.系统由PCR芯片、封装PCB板及单片机控制系统组成.PCR芯片采用MEMS技术制作.用微型PCR系统对芯片上含有微加热器的反应仓进行了升温降温、循环温度和液体负载对比加热等实验.结果显示:微加热器升温速度可以达到3 ℃/s,降温速度可以达到1℃/s,稳定后温度变化小于0.1 ℃.通过实验结果与理论计算的对比,分析了微加热器的最高温度与加热功率之间的对应关系及提高温控特性的关键因素.     

140 GHz毫米波岩石钻探技术研究

利用高功率微波加热熔化岩石实现地下快速破岩是全新的钻探技术,具有潜在技术优势.基于140 GHz高功率毫米波系统开展了高功率毫米波能量加热穿透岩石的快速钻井技术研究,测量并分析岩石在微波电磁场下的介电损耗特性,采用多物理场耦合法定量模拟不同波束尺寸和入射功率下的岩石温度分布及烧蚀情况,发现峰值功率密度在1～2 kW/c...     

高帧频宽温度范围红外点源干扰装置设计

针对机动性能好、突防能力强的红外成像制导系统,利用极薄金属片可以快速加热升温与自然降温的特性,提出了一种适用于末制导阶段的新型红外干扰方法。建立了金属片加热升温及自然降温过程的数学模型,确定了金属片结构形式及材料特性;设计了结构简单、密封环境良好的红外点源干扰装置。试验结果表明:金属片优选2 μm厚的镍片,其加热时间为50 ms （500~1 000 ℃）,自然降温时间为75 ms （1 000~500 ℃）,可以满足帧频要求（10 Hz）;并实现了温度规律性的周期变化。分析与试验结果证实了红外点源干扰装置能够模拟红外辐射特性的快速变化,可为末制导阶段干扰提供一种新思路。     

中频电磁感应加热空气的效果研究

本文利用中频电磁感应加热技术,在电磁感应磁场中依靠加热装置内部感应加热件所产生的感应热对空气加热得到高温空气。在实验中,利用中频电磁感应加热能快速方便的产生高温空气,同时得出了加热体形状、加热功率对空气温度有重要影响:减小加热体与感应线圈之间的距离,可以减小间隙无功功率;增大加热体表面积可以提高出口空气温度。     

LTCC基板与高硅铝合金大面积焊接工艺参数优化

基于低温共烧陶瓷(LTCC)电路基板和高硅铝合金封装载体互联的多通道T/R组件对互联界面质量要求高。为了优化大尺寸LTCC基板与高硅铝合金载体钎焊后的互联强度,该文采用试验设计方法设计了大面积LTCC基板与CE11高硅铝合金载体,并进行了焊接试验,利用主效应法识别出影响焊接强度的关键工艺因素是183～140℃内降温速率及焊接峰值温度,并采用回归分析法得到以上两类参数与界面焊接强度的关系模型。通过基于随机梯度下降的Adam算法得到最优的焊接工艺参数：降温速率为0.967℃/s,峰值温度为230℃。基于优化后的工艺参数可得验证样件界面焊接强度为23.6 MPa,与优化后模型预测值的相对误差为2.1%,这证明该文的研究对大尺寸基板与高硅铝合金载体钎焊后界面强度有显著的预测和提升作用。     

一种全光纤电流传感器温度补偿方法

为了解决传感光纤的弯曲、扭转以及外界工作环境的变化导致全光纤电流传感器测量精度降低的问题,提出了一种基于输出椭圆偏振光长轴斜率的全光纤电流传感器温度补偿方法。论证了椭圆偏振光长轴斜率能够反应输出椭圆偏振光的光椭率的大小,利用TMS320F28335和对应算法求出斜率,实验中使用输出椭圆偏振光长轴斜率对传感器进行修正并进行了实际测量。结果表明,基于该修正方法的测量系统,实现了在单次变温条件20℃~60℃内变化时测量结果偏差满足0.2s。这一结果对全光纤实用化研究是有帮助的。     

降温速率对Zr0.8Sn0.2TiO4陶瓷微波特性的影响

以Zr0.8Sn0.2TiO4 (ZST)作为主配方,以w(WO3)=0.25％和w(ZnO)=1％作为改性剂,采用传统的固相法工艺,在烧结环节对其进行降温速率的研究.通过对样品的线性收缩率的测量知1 340℃是最佳的烧结温度.在1 340～1 000℃的降温过程中研究了不同的降温速率对ZST微波性能的影响.对不同降温速率的样品进行了密度测量.结果表明,降温速率为10℃/h时,样品的密度5.05 g/cm3最大.通过X线衍射(XRD)分析仪及矢量网络分析仪对其样品晶体结构和微波介电性能进行了分析.实验结果表明,少量的WO3和ZnO加入可使ZST的烧结温度降低到1 340℃;降温速率的减缓会改变晶格尺寸,使晶格体积缩小.微波性能测试最佳结果为在1 340℃烧结、10℃/h降温速率处介电常数为36.88,品质因数与频率之积Q×f值为35 000 GHz(7.8 GHz).     

采用双振荡器结构的低功耗CMOS温度传感器

为提高温度传感器的能量转换效率并降低功耗,提出了一种基于双振荡器的CMOS温度传感器。提出的温度传感器利用两个环形振荡器生成随温度变化的频率,通过调整线性频率的差斜率,来提高温度传感器的线性度,最后使用一个频率数字转换器完成数字输出。此外,还提出了一个制程补偿方案,经过一点校正法后可提高温度传感器的精确度。采用65 nm CMOS工艺进行了实现,面积仅为0.01mm2。测试结果显示,校正后提出温度传感器的分辨率为0.2℃/LSB,并且在0℃~125℃的温度范围内,20个实测样品的最大误差小于±1.2℃。相比其他类似传感器,当转换率高达480kS/s时,功率消耗500?W,即每次转换的能量最小,仅为0.001J/sample     

回转窑生产控制系统上位机软件的设计与开发

伴随着国际控制系统技术的快速发展,加深集中化管理过程,分散性控制过程,数字化、信息化科技产业反战的相关思路认识,提高企业整体资源技术有效化的统一管理过程,实现具有先进性、可靠性、高效性的高权集成化软件设备控制,完成系统一体化的管理控制,完善整体监控数据系统的合理化管理,从而完善整体设备的有效化检测控制过程。回转窑在实际的生产过程中采用二期投产的方式完成同等产量转窑中相关原料的有效控制。通过对辅助设备的合理规模建设管理,对其工艺技术进行合理的分析,对原材料进行合理的存储过程控制,完成原料的下料、给料和烘干过程。经过输送机完成转运过程控制,保证烘干机的整体烘干效果,实现输送机的给料供给过程,完成输送机转运和加热烘干的整体效果,经过输送机的相关研磨过程控制,完成输送机运转过程的加热控制。经过输送机相关粉碎机的相关加工过程,完成输送机输配电过程的有效的过程控制,保证合理的技术要求,加深输送机相关物料的整理过程的有效控制,从而达到回转窑中相关小车情况的筛选效果,完成筛分后的链路机经过预热回到回转窑内。     

感应预热对激光沉积修复TA15钛合金显微组织和残余应力的影响

利用6 kW光纤激光器的激光沉积修复系统和电磁感应加热设备,采用TA15钛合金粉末在基板未预热和预热到200℃、400℃时分别进行激光沉积修复实验。利用光学显微镜、显微硬度计、压痕法应力测试仪对激光沉积修复试样的显微组织、显微硬度、残余应力进行测试分析,得到不同预热温度对激光沉积修复显微组织、显微硬度、残余应力的影响规律。结果表明:随着感应预热温度的升高,片层组织变得粗大,初生相生长更加充分;组织分布均匀化,显微硬度轻微降低;残余应力明显减小。为感应加热辅助激光沉积修复提供指导依据。     

Electromagnetic fast firing for ultrashallow junction formation

The creation of low resistivity, ultrashallow source/drain regions in MOS device structures requires rapid thermal processing (RTP) techniques that restrict diffusion and activate a significant percentage of the implanted dopant species. While current heating techniques depend upon illumination based heating, a new technology, electromagnetic induction heating (EMIH), achieves a rapid heating of the silicon by coupling electromagnetic radiation directly into the silicon wafer. Heating rates of 125/spl deg/C/s to temperatures in excess of 1050/spl deg/C have been achieved for 75- and 100-mm-diameter wafers at input powers of 1000 and 1300 W, respectively. These ramp rates are suitable for ultrashallow junction formation, and junctions shallower than 30 nm with sheet resistances lower than 600 /spl Omega//square have been achieved. This paper details the application of electromagnetic heating using radiation in the microwave, 2450 MHz, frequency regime. Experimental results, comparing microwave annealed implants to the well documented SEMATECH requirements, and simulations, utilizing a coupled electromagnetic-thermal computer model, of the heating process are discussed.     

热处理对CuO纳米线生长的影响

本文通过热氧化法制备了CuO纳米线,利用X射线衍射和扫描电子显微镜,研究了温度和冷却方式对CuO纳米线生长的影响。600℃空冷样品只长出了少量CuO纳米线,600℃炉冷样品上观察到了大量CuO纳米线,400℃空冷样品上也生长了大量CuO纳米线,表明CuO纳米线的实际生长温度不高于400℃。温度比较高时,以CuO层的生长为主;在温度比较低时,以CuO纳米线的生长为主。这一结果可以通过铜离子在氧化层中的扩散过程来理解。     

红外热像下激光熔丝成形过程冷却速率实时监测

激光熔丝增材制造技术是一种具备成形精度高和加工余量小的一体化制造技术,但由于其非平衡态凝固和复杂的传热传质等物理现象,使得很难通过常规手段监测得到其冷却速率。针对这一问题,提出了一种利用红外热像技术的熔池温度和冷却速率实时监测算法。该算法利用FLIR X6520sc型红外热像仪实时捕获增材制造过程中的温度场信号,通过定位温度场中心位置得到熔覆道各点的实时冷却速率,实现了熔覆道冷却速率的全过程实时监测。在此基础上,研究了不同工艺参数对熔池温度和冷却速率的影响规律。最后,探讨不同冷却速率对凝固组织的影响。研究结果发现:在其他工艺参数不变的情况下,扫描速度从60 mm/min上升到300 mm/min,熔池温度减少了339 ℃,冷却速率却增加了1741 ℃/s;激光功率从200 W降低到100 W,冷却速率和熔池温度分别降低了264 ℃/s和420 ℃;随着送丝速度从120 mm/min升高到600 mm/min,熔池温度和冷却速率分别降低195 ℃和224 ℃/s;扫描速度是对冷却速率影响最大的因素,为后期研究闭环控制系统提供了基础。此外,随着冷却速率的增加,熔覆道经过快速凝固,其凝固组织得到显著细化。     

300 mm快速升降温炉体的研究

介绍了一种快速升降温炉体的研制。由于传统的炉体升温响应较慢,升温耗时耗能,与之相比的快速升降温炉体,在升温性能方面,实现了升温响应快、抑制超调效果好。在降温方面,传统炉体只能依靠自然降温,平均降温速率3~4℃/min,增加了晶圆的工艺时间,增大了设备工艺气体、水、电等资源的消耗,而具有快速降温能力的炉体,很好地克服了传统炉体自然降温方面的不利。在新近研制的300 mm立式氧化设备中,实现了30℃/min的升温速率和15℃/min的降温速率,大大缩短了晶圆的工艺时间,保证了晶圆的成膜质量。     

Eddy Current Induced Heating for the Solder Reflow of Area Array Packages

This paper presents a feasibility study of using eddy current induced heating for the solder reflow of area array packages. With a high frequency electromagnetic field, Sn 3.5% Ag lead-free solder balls were heated to melt and wet the solder pads on an organic substrate. The experimental results showed that such a solder reflow process could be implemented effectively in a wide processing window. With an infrared temperature sensor, it was found that the temperature difference between the solder balls and the FR4 board might reach 80 , indicating a rather localized heating mechanism. In addition, the heating and cooling rates during the soldering were found very high. This is another feature of the induction heating reflow process. It was also found that the generated temperature in the solder balls would depend on the size of the solder balls. This characteristic may be used to perform selective soldering of flip chip BGA packages. Furthermore, the developed soldering process was applied to the board level reflow of actual components. The result verified that the induction heating reflow is a feasible soldering process in actual applications.     

一种多区域空冷式高低温精确温控系统的研究

为解决多区域空冷式高低温高精度控制问题,文中设计了一种新型大空间、多区域的控制方法。该方法采用PLC作为控制核心,以PT100温度传感器作为测温元件,以冷热机组作为温度调节元件,结合宏观PID控制算法、快速PWM调节及冷热机组混合调节控制实现对多区域温度的精确控制。该方法基于组态软件开发了用户登录功能,实验样机测试结果表明,该系统可以实现-520 ℃范围内温度精度为±0.5 ℃,2060 ℃范围内温度精度为±0.1 ℃的温度控制,其比常规PID算法的控制精度更高、可靠性更好且操作简便,具有良好的推广价值。     

Tm:YLF激光器温度场分布计算与实验

设计并研究了双晶四端泵浦的Tm:YLF激光器。利用Ansys软件中的稳态热分析模块计算了散热底板水通道在热交换系数分别为1000W/（m2℃）、4 000W/（m2℃）、8000W/（m2℃）和15000W/（m2℃）以及采用TEC制冷时对应的晶体夹具及散热底板的温度分布。根据计算结果,在采用水温16℃中等强制对流及以上时与TEC制冷控温18~20℃时对Tm:YLF晶体冷却效果近似,可近似等效于TEC制冷。根据模拟计算的结果,设计了可用光纤耦合半导体激光器泵浦的U型腔结构Tm:YLF激光器。在采用16℃冷却水直接冷却晶体夹具时,单晶双端泵浦和双晶四端泵浦的Tm:YLF输出功率分别达到了25。9W和46W的激光输出,对应的斜效率分别为40。7%和37。1%。在实验过程中,晶体夹具未出现温度过高。实验结果说明设计的直接传导冷却系统可有效地冷却泵浦功率在140W时的双晶四端泵浦结构Tm:YLF晶体。     

硅外延生长高频感应系统的热场仿真

应用多物理场分析工具COMSOL Multiphysics软件中的磁场和固体传热两种模块,建立了平板式外延炉反应腔体的有限元模型.结合高频感应加热的机理,分析了电磁场与热场耦合作用,重点研究了感应加热系统中线圈结构、电流密度和频率对热场分布的影响.模拟结果表明,高频感应系统呈现出明显的趋肤效应,感应电流主要集中在基座下表层,焦耳效应主要发生在涡流区,基座上部的热量来源于热传导.实验中,通过调节感应线圈横向和纵向的位置,改变了磁通密度的分布,从而决定了腔体内的热场分布.根据模拟仿真结构,对外延工艺的温度分布进行优化,实现了热场的径向温度梯度变化小于10℃,在此条件下,硅外延片电阻率的标准偏差为0.56％.     

镍基单晶高温合金短时时效过程中取向变化的原位研究

利用TEM和XRD原位研究了一种镍基单晶高温合金在时效过程中的取向变化.研究发现固溶-时效热处理后的初始样品内部不同γ′相之间存在~4°的小角度晶界.对材料在950℃下进行10 min短时时效处理,原位TEM和XRD结果表明γ′相的取向偏离初始取向~5°,且该取向变化在降温之后也不会完全恢复;该短时升、降温过程使γ′相的取向集中度增加.