先进制造技术——微机电系统.ppt
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1、 微机电系统微机电系统(MEMS)Micro-Electro-Mechanical Systems一、一、MEMS技术的历史技术的历史?微系统是从微传感器发展而来的,已有微系统是从微传感器发展而来的,已有几次突破性的进展几次突破性的进展7070年代微机械压力传感器产品问世年代微机械压力传感器产品问世年代微机械压力传感器产品问世年代微机械压力传感器产品问世8080年代末研制出硅静电微马达年代末研制出硅静电微马达年代末研制出硅静电微马达年代末研制出硅静电微马达9090年代喷墨打印头,硬盘读写头、硅加速度年代喷墨打印头,硬盘读写头、硅加速度年代喷墨打印头,硬盘读写头、硅加速度年代喷墨打印头,硬盘读写
2、头、硅加速度计和数字微镜器件等相继规模化生产计和数字微镜器件等相继规模化生产计和数字微镜器件等相继规模化生产计和数字微镜器件等相继规模化生产充分展示了微系统技术及其微系统的巨大应充分展示了微系统技术及其微系统的巨大应充分展示了微系统技术及其微系统的巨大应充分展示了微系统技术及其微系统的巨大应用前景用前景用前景用前景F微电子压力传感器微电子压力传感器利用了硅的三微结构与机械特性利用了硅的三微结构与机械特性聚合物薄膜聚合物薄膜硅硅压敏电阻器压敏电阻器吸湿膨胀吸湿膨胀电阻变化?电阻变化?微电子湿度传感器微电子湿度传感器真空微电子平板显示器硅硅Si基体基体硅尖锥硅尖锥玻璃玻璃荧光粉荧光粉电子电子电场电
3、场发光发光利用了硅的三微结构利用了硅的三微结构与机械加工特性与机械加工特性二、引二、引 言言?信息系统微型化信息系统微型化系统体积大大减小系统体积大大减小系统体积大大减小系统体积大大减小性能、可靠性大幅度上升性能、可靠性大幅度上升性能、可靠性大幅度上升性能、可靠性大幅度上升功耗和价格大幅度降低功耗和价格大幅度降低功耗和价格大幅度降低功耗和价格大幅度降低?信息系统的目标:微型化和集成化信息系统的目标:微型化和集成化微电子解决电子系统的微型化微电子解决电子系统的微型化微电子解决电子系统的微型化微电子解决电子系统的微型化非电子系统成为整个系统进一步缩小的关键非电子系统成为整个系统进一步缩小的关键非电
4、子系统成为整个系统进一步缩小的关键非电子系统成为整个系统进一步缩小的关键机械机械部分部分传感传感执行执行控制部分控制部分电子学电子学MEMS微电子学微电子学三、三、MEMS概念概念?从广义上讲,从广义上讲,从广义上讲,从广义上讲,MEMSMEMS是指集微型传感器、微型执行器、是指集微型传感器、微型执行器、是指集微型传感器、微型执行器、是指集微型传感器、微型执行器、信号处理和控制电路、接口电路、通信系统以及电源于信号处理和控制电路、接口电路、通信系统以及电源于信号处理和控制电路、接口电路、通信系统以及电源于信号处理和控制电路、接口电路、通信系统以及电源于一体的微型机电系统一体的微型机电系统一体的
5、微型机电系统一体的微型机电系统非纯电路装置非纯电路装置非纯电路装置非纯电路装置Fabrication of Silicon Tips for Scanning Probe MicroscopyFabrication of Silicon Tips for Scanning Probe Microscopy硅微尖锥硅微尖锥硅微齿轮硅微齿轮?弧形梳齿弧形梳齿静电静电硅微转子硅微转子硅微槽硅微槽硅微梁硅微梁硅微梁硅微梁硅微转动器硅微转动器硅微拖动器硅微拖动器硅微桥硅微桥硅微桥硅微桥硅微琴硅微琴已经制造出尖端直径已经制造出尖端直径已经制造出尖端直径已经制造出尖端直径为为为为5 5 mm的可以夹起一的可
6、以夹起一的可以夹起一的可以夹起一个红细胞的微型镊子个红细胞的微型镊子个红细胞的微型镊子个红细胞的微型镊子可以用于医疗手术可以用于医疗手术可以用于医疗手术可以用于医疗手术硅微型镊子硅微型镊子硅微型镊子硅微型镊子四、四、MEMS制造工艺制造工艺硅硅MEMS工艺工艺(1 1)化学腐蚀)化学腐蚀)化学腐蚀)化学腐蚀 High aspect ratio 60um trenchSTSDeepRIEsystematFID(2 2)反应离子刻蚀)反应离子刻蚀)反应离子刻蚀)反应离子刻蚀(3 3)LIGALIGA工艺工艺工艺工艺LithograpieLithograpie(光刻光刻光刻光刻)、Galvanofo
7、rmungGalvanoformung(电铸电铸电铸电铸)、AbformungAbformung(塑塑塑塑铸铸铸铸)德国为代表德国为代表德国为代表德国为代表主要用于金属微结构器件的形成主要用于金属微结构器件的形成主要用于金属微结构器件的形成主要用于金属微结构器件的形成LIGA工艺工艺模具模具五、五、MEMS的分类的分类?微执行器:微马达、微齿轮、微泵、微阀门、微执行器:微马达、微齿轮、微泵、微阀门、微开关、微喷射器、微扬声器、微谐振器等微开关、微喷射器、微扬声器、微谐振器等?微型构件:微膜、微梁、微探针、微齿轮、微型构件:微膜、微梁、微探针、微齿轮、微弹簧、微腔、微沟道、微锥体、微轴、微微弹簧
8、、微腔、微沟道、微锥体、微轴、微连杆等连杆等?微机械光学器件:微镜阵列、微光扫描器、微机械光学器件:微镜阵列、微光扫描器、微光阀、微斩光器、微干涉仪、微光开关、微光阀、微斩光器、微干涉仪、微光开关、微可变焦透镜、微外腔激光器、光编码器等微可变焦透镜、微外腔激光器、光编码器等?MEMS在航空、航天、汽车、生物医学、在航空、航天、汽车、生物医学、环境监控、军事以及几乎人们接触到的所有环境监控、军事以及几乎人们接触到的所有领域中都有着十分广阔的应用前景领域中都有着十分广阔的应用前景六、六、MEMS技术的应用技术的应用?空间应用空间应用用用用用作作作作运运运运行行行行参参参参数数数数测测测测量量量量的
9、的的的微微微微加加加加速速速速度度度度计计计计已已已已进进进进行行行行了了了了地地地地面面面面辐照实验,正在进行飞行搭载实验辐照实验,正在进行飞行搭载实验辐照实验,正在进行飞行搭载实验辐照实验,正在进行飞行搭载实验微陀螺、微推进和微喷管等微系统基础研究微陀螺、微推进和微喷管等微系统基础研究微陀螺、微推进和微喷管等微系统基础研究微陀螺、微推进和微喷管等微系统基础研究?通信方面通信方面光光光光通通通通信信信信正正正正在在在在向向向向有有有有光光光光交交交交换换换换功功功功能能能能的的的的全全全全光光光光通通通通信信信信网网网网络络络络方方方方向发展向发展向发展向发展无无无无线线线线通通通通信信信信
10、则则则则要要要要求求求求增增增增强强强强功功功功能能能能(如如如如联联联联网网网网等等等等)和和和和减减减减小小小小功功功功耗耗耗耗。包包包包括括括括美美美美国国国国朗朗朗朗讯讯讯讯公公公公司司司司在在在在内内内内的的的的一一一一些些些些公公公公司司司司和和和和大大大大学学学学正正正正在在在在研研研研究究究究全全全全光光光光通通通通信信信信网网网网用用用用的的的的微微微微系系系系统统统统及及及及无无无无线线线线通通通通信信信信用射频微系统用射频微系统用射频微系统用射频微系统?1、微传感器:、微传感器:机械类:力学、力矩、加速度、速度、机械类:力学、力矩、加速度、速度、角速度角速度(陀螺陀螺)、
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