4.1 概念設計
我們採用的被動式無線應變計的運作原理是利用 LC 共振頻率的改變與 偵測，而其共振頻率的改變可以有兩個來源，一為電感 L，一為電容 C，在 此要提出一新設計，同時運用電感 L 與電容 C 來造成共振頻率的變化。
此一新設計的電感 L 部分是我們的新型電感—包覆式螺旋電感，電容 C 部分是採用薄膜式梳狀電容，如圖 4.1 所示。
(a) 薄膜式梳狀電容
(b) 包覆式螺旋電感與薄膜式梳狀電容 圖 4.1 同時利用電容變化與電感變化
若此一電感沿其應變施加方向施以一拉伸應變，便會造成其分佈長度 l 的增加，同時包覆材料的截面積亦會縮小而造成螺旋線圈的截面積 A 縮小，
l 的增加與 A 的縮小皆會造成電感值 L 的減小。同時，拉伸應變會造成薄膜
式梳狀電容的梳狀結構的每個間距都被拉大，因此會造成電容值 C 的減小。
電感值 L 的減小與電容值 C 的減小都有助於共振頻率 f0的增加。
反之，若此電感受一壓縮應變，便會造成其分佈長度 l 的減小，同時包
覆材料的截面積亦會增加而造成螺旋線圈截面積 A 的擴大，l 的減小與 A 的 擴大皆會造成電感值 L 的增加。同時，壓縮應變會造成薄膜式梳狀電容的梳 狀結構的每個間距都被壓小，因此會造成電容值 C 的增加。電感值 L 的增 加與電容值 C 的增加都有助於共振頻率 f0的增加。
同時利用電容變化與電感變化，即同時使用包覆式螺旋電感與薄膜式梳 狀電容，相信會比單純使用包覆式螺旋電感搭配固定電容擁有更高的靈敏 度。
此外，在包覆式螺旋電感加上薄膜式梳狀電容後，仍保持其無論是拉伸 或是壓縮皆可以量測的優點。
4.2 細部設計與分析
包覆式螺旋電感搭配薄膜式梳狀電容的搭配情形如圖 4.2 與圖 4.3 所 示，將薄膜式梳狀電容貼於包覆式螺旋電感的上方，包覆式螺旋電感將採用 與 3.1.1 中所提到的設計相同，而薄膜式梳狀電容的幾何設計如圖 4.3 所示。
圖 4.2 包覆式螺旋電感搭配薄膜式梳狀電容立體彩色視圖
(a) 上視圖
而相關公式如表 4.1 所列，其中的 c
4.5 所示。。
從圖 4.5 與表 4.2 可以得知，包覆式鋸齒狀螺旋電感若搭配薄膜電容應 可擁有更高的靈敏度，靈敏度經模擬計算為徑向拉伸方式的 17.5 倍。
圖 4.5 包覆式鋸齒狀螺旋電感與薄膜梳狀電容搭配之模擬結果
表 4.2 包覆式鋸齒狀螺旋電感與薄膜梳狀電容搭配之靈敏度
靈敏度
包覆式鋸齒狀螺旋電感+薄膜梳狀電容模擬值 167.61 kHz/0.01ε 包覆式實驗值(使用固定電容) 121.90 kHz/0.01ε 徑向拉伸方式模擬值[6] 9.59 kHz/0.01ε
4.3 製程設計
薄膜式梳狀電容的設計將採用 Jia 等人於 2006 年提出的製法[5]，主要 是利用DuPont™ Polyimide-Cu 薄膜貼於矽晶片上，再利用黃光微影製程進 行型狀的定義，完成的薄膜自晶片上撕下後再黏貼於包覆式螺旋電感上，並 接線之，詳細製程如圖 4.6 所示。
圖 4.6 薄膜式梳狀電容搭配包覆式螺旋電感的製程示意圖