MEMS封装技术的发展与应用
一、MEMS技术的发展状况
1.1 MEMS概述
MEMS是微机电系统（Micro-Electro-Mechanical Systems）的英文缩写。它是指可批量制作的，集微型机构、微型传感器、微型执行器以及信号处理和控制电路、直至接口、通信和电源等于一体的微型器件或系统。MEMS技术是以微电子、微机械和材料科学科学为基础，研究、设计、制造具有特定功能的微型装置的一门学科。MEMS器件与传感器集成技术经过十几年的发展，目前已相当成熟。但是封装的制造成本目前仍是制约MEMS产品市场进一步扩大的关键因素。
MEMS器件由于其应用环境的复杂而和很难与一般的封装方法相适应。通常，MEMS 器件的封装应满足下列要求：
1）封装应对传感器芯片提供一个或多个环境接口
2）封装对传感器芯片，尤其是那些对应力特别敏感的传感器带来的应力要尽可能小3）封装与封装材料不应对应用环境造成不良影响
4）封装应保护传感器及电子器件免遭不利环境的影响
5）封装必须提供与外界的通道，可通过电接触或无线的方法
通常情况下，可将各种封装方法分为三类：晶片级封装方法、单芯片封装和多芯片模块与微系统封装。
1.2 封装技术现状
1.2.1 晶片级封装
过去十几年中晶片贴合技术备受关注，国外已经开发了多种硅-硅、玻璃-硅和玻璃-玻璃贴合方法。早期的硅-硅贴合方法只能用于较高的温度，最近几年不断有低温方法出现，目前已可在120~400℃下实现牢固而可靠的贴合。因此可采用双极和CMOS工艺完成。玻璃-硅贴合通常采用阳极氧化。当只有一层玻璃介质层时可采用30~60V的低电压。当使用含碱量低的低熔点玻璃时，可用融化玻璃的方法实现镜片贴合，并完全与CMOS工艺兼容，如果在实际贴合之前用热处理的方法去除玻璃种的气泡，就可形成密封性能极好的高真空腔。晶片-晶片贴合的其他选择还包括采用粘结剂和易熔方法等。贴合期间在接触点上施加压力还可实现晶片之间的电互连。
另一种晶片级封装的方法是在一排生化传感器上制作一些微型Si3N4帽，用于保护化学传感器的寿命界面，从而达到延长传感器寿命的目的。还可以在晶片上制作流量敏感器和微泵的进出通道。可用晶片金属化技术通过服饰空实现晶片有源面与背面的连接。采用这种方法可使背面接触很容易地与有源面隔离开，芯片很容易的安装到任何载体上或任何屏蔽中，而不会妨碍进出通道。
1.2.2 单芯片封装
通常用于传感器件和电子芯片在一块芯片上合成的班上芯片方法。其具体工艺步骤是：首先在板上完成芯片贴合，用引线键合实现连接，最后在器件上涂一层塑料化合物，传感器/制动器的有源程序区除外，应用区被限制在相对安全的环境中。
对普通环境下的低成本应用而言，MEMS器件采用塑料封装技术是一种较好的选择，已开发出许多方法用于传感器和制动器的转移模封装，同时保留至有源器件区的进出通路。尽管塑料封装不能应用于侵蚀性环境，但预计大多数传感器都将应用于相对良好的条件下，因此塑料封装是一种较好的选择。在不能采用普通低成本封装方法的情况下，仍将继续采用在专用管壳中直接安装裸芯片的方法。
1.2.3多芯片模块与微系统
目前，由于各种应用都需将电子元件与传感器或制动器等MEMS器件集成在一个小型模块或位系统中，这就对专用封装技术提出了新的挑战。通常，采用一种技术不能达到传感器（制动器）与电子器件集成的目的，从经济的观点看，在一块芯片上合成也是不可取的，在这类情况下就需要小型多芯片模块。工作环境的不同对封装技术的要求也不同，因此采用的封装方法也有所不同。如果侧重多芯片集成就可采用较通用的方法，如果侧重应用就要采用专用方法。
目前有三种比较通用的方法用于低成本微系统封装。第一种方法是将现有的商用预成型塑料有引线芯片载体（PLCC）封装垂直叠加起来，用于连接所有的PLCC引线。最后用激光束蒸发金，将要用的连接隔离开。
第二种方法是采用一个装有电子器件的平台芯片，用引线键合或倒装芯片技术将传感器/制动器芯片安装起来。该平台连接母线、功率处理和微控制器的作用。最后可采用单芯片封装的方法完成封装的全过程。
第三种方法是在玻璃衬底上凹槽中安装裸芯片。先在表面上贴一层介质箔，在键合通路商开出窗口，然后淀积互连线，最后将窗口开至有源传感器的制动器区。这种方法的不足是，其窗口时采用激光烧蚀制成的，因此制作成本较高，而且在介质箔键合器件很容易对微机械机构造成损伤，因此随着其他高性能、低制作成本技术的不断出现，将来会逐步淘汰这一方法。
1.3 MEMS的测试方法
1.3.1 微机械测量
对MEMS的机械运动参数如位移、速度、振幅、频率等进行精确测量已成为MEMS发展的迫切要求。目前采用的微机械测量方法主要有电测法和光测法。电测法具有简单实用、稳定性好、信号分析处理容易等特点，包括压阻测试法、电容测试法、电感测试法、压电测试法等在内的电测法在微机械测量中占有重要地位，具体应用例子有：国内研制的一种硅微机械粘滞型谐振真空计，使用了制作在悬臂梁根部的横向压阻器件实现单晶硅制作的悬臂梁的振动信号机电转换；在研究微角速度传感器在不同气压下的振动特性时，采用电容检测技术测量微机械角速度传感器的振动信号等。
微机械的特征尺寸一般为毫米甚至亚微米远小于宏观机械，微机械的动态特性很容易被测量过程干扰，光电测试法由于是非接触测量，同时又具有分辨率好、精度高的特点，目前已成为微机械检测领域的研究特点，一些列应用光电检测方法的MEMS动态参数检测仪器，如激光多普勒测振仪、频闪显微干涉系统、计算机微视觉系统、光纤迈克尔逊干涉仪等已投入实际应用。
1.3.2 微几何量检测方法
微几何量测量主要是针对MEMS的微小构件的三维尺寸、三维形貌的精密测量。如何界定MEMS尺寸范围目前没有统一的认识，一般认为范围在亚微米到10mm之间。微几何量测量具有以下特点：测量力引起的误差较大；定位误差往往较大；温度引起的误差较大；被测件轮廓影像易受异物的影响；衍射效应的影响大。目前，光切法、干涉法、共焦显微干涉法等非接触测量方法已经成为对微小构件几何量精密测量的主要方法，其中，将计算机视觉技术与光学显微技术相结合的微视觉测量方法越来越受到重视。
1.3.4 微材料特性检测
MEMS器件的组成材料特性是影响MEMS可靠性、稳定性的重要因素，由于加工工艺、结构尺寸不同，即使是同样的材料也会表现出不同的材料特性，因此对MEMS器件组成材料特性进行检测具有重要意义。目前在MEMS设计、制造中比较常见的材料特性包括测量材料的断裂模数、弹性模量、应力应变、微摩擦特性等。常用的方法有：用静态梁弯曲实验测量材料的力学特性；用固有频率法测量微型梁的杨氏模量；应变/位移干涉测量仪的干涉测量法、微摩擦测量方法等。
二、MEMS技术的应用需求
鉴于MEMS器件具有体积小、质量轻、功耗低、可批量生产并与微型推进器相兼容的优势，在一些空间应用领域其可实现常规飞行器和卫星上许多部件的微型化与轻量化。同时，因具有冗余设计而提高了飞行可靠性。这些优势使其在智能化小型卫星、微型卫星、纳型微型和皮型微型领域有着广泛的应用前景。它们主要致力于数十个、上百个或上千个纳米级或皮型同类卫星协同工作，在太空可组成卫星星座，编队飞行，完成如空间硬件的构建、导航、侦察、监视和通信等任务，也可以执行反导和星际作战任务，例如著名的美国NASA与欧洲航天局的激光干涉空间天线（LISA）项目将使用基于MEMS的微推进器，计划于2019年执行太空飞行任务。目前航天领域广泛应用的国外MEMS器件及其技术成熟度如表1。如表1所示MEMS加速计、陀螺仪和其他专用惯性器件在保证宇航员安全和太空船导航系统在轨运行方面发挥作用已有十多年。MEMS晶振是NASA用于太空勘测的最新MEMS器件。与MEMS晶振类似，MEMS惯性器件的最大优点在于它们具有良好的抗震性以及很小的SW AP（尺寸、质量和功率的简称）。目前，SiTime公司已经可以生产频率高达125MHz 的MEMS晶振，是普通石英晶振体积的1/2，而且正在开发在同一裸片上集成多个MEMS 谐振器的芯片，以形成实现NASA超微型软件定义无线电所需的RF滤波器组件。它可在-100~+100℃正常工作，适合太空勘测任务。
表1 航天用MEMS器件及其技术成熟度
MEMS器件名称执行飞行任务预计技术成熟度惯性导航（加速度计、陀螺仪）为NASA执行常规飞行高级压力传感器为运载火箭执行常规飞行高级磁力仪在立方体卫星上飞行高级原子力显微镜2008年执行NASA的“凤凰”任务中高级
太阳传感器2008年执行Delfi 3C任务中高级
微型流体控制器执行NASA的GeneSat卫星任务中极
测辐射热计2009年执行欧航局的Planck任务中级
光学开关未执行过太空任务中级
推进器（离子、冷气、胶体和
固态推进剂）
2006执行NASA空间技术5的任务中级热控制器2006年执行NASA空间技术5的任务中级
射频开关和可变电容器2000年应用于绕轨皮卫星自动发射器
（OPAL）
中低级
MEMS振荡器未执行过太空飞行任务中低级此外，在轨飞行的还有一些纳型和皮型飞行，如绕轨皮卫星自动发射器于2000年发射升空，其内含两个皮型卫星。每个皮型卫星上装有Rockwell公司MEMS射频开关。当OPAL 进入轨道，就把一对皮型卫星释放到低地球轨道，每颗卫星的质量小于230g，尺寸为10.2cm X 7.6cm X 2.5cm，彼此通过30cm长的细绳连接（细绳中加入几股细金属丝），以便地面雷达跟踪。这对皮型卫星由美国宇航公司研制。其目的是观测MEMS器件在经受太空环境后如何工作，当皮型卫星在低轨道运行一年，回收后仍可正常工作。
三、MEMS技术的发展趋势
3.1 晶片级封装
保护涂层、晶片键合、晶片电镀及其他晶片级工艺最近不断取得新的进展，这些进步极大地促进了全晶片级封装概念的形成。因此，国外有许多机构和公司都在从事该技术的研究，然而微系统全晶片封装方法并不像标准的电子封装那么简单和直接，通常要取决于许多因素，如贴合点上焊点的生长和淀积，随后在印制电路板上安装的倒装芯片及模压混合物的表面精饰等。目前国外已开发出尤其适合多引线数电子电路应用的各种芯片尺寸的封装技术，如管壳封装和微型球栅阵列封装等。大多数传感器和制动器件不能使用标准的倒装芯片技术，因为它们对封装技术的要求较高。最重要的要求包括：
（1）许多传感器和制动器需要直接和敞开的进出通路与环境相通。在印制电路板或其他载体上采用面向下的安装方式，如倒装芯片技术等都会挡住进出通路。因此常用背面接触来解决这一问题；
（2）这些器件通常应用于侵蚀性（化学、生物、医学、物理等）环境，这就意味着，
为了防止退化，在最终应用中需要对背面接触进行特殊的保护处理
（3）传感器和制动器芯片全晶片封装所需的额外的工艺步骤及相应的成本要比电子芯片晶片级封装的成本高出许多。因此目前这一技术还很难与独立封装方法竞争（4）即使晶片级封装技术具有一定的竞争优势，也仍有许多因素限制它的实际应用。
尽管如此，全晶片级封装仍将是传感器和制动器等MEMS器件封装用的一种重要技术，且前景看好，因为采用该技术制作出的元件较小，并可满足如进出通路、保护和电接触等方面的所有基本要求。此外该技术易操作，并可应用于许多不同领域。但它目前离低成本、高灵活性和高性能的工艺要求仍有较大差距。
3.2 单芯片封装
单个传感器/制动器芯片封装可采用不同的方法。当应用对封装没有额外的要求和限制时可采用一下比较通用的方法：
（1）板上芯片方法：采用这种方法时，先将芯片安装到PCB或其他载体上，随后精确分布保护材料，当有敞开的进出通路通向有源芯片区时可使键合引线与芯片得到充分保。由于这一技术沿用了标准的电子封装方法，因此是一项比较成熟且成本较低的技术。
（2）预成型封装，如金属、陶瓷、玻璃和（预模压）塑料封装等技术是普遍采用的封装技术。这种方法的普及主要得益于它的简便和易操作等特点。它允许使用标准的芯片贴合和引线键合工艺。尽管如此，预成型封装的制作成本仍教较高，因而限制了它在大规模、低成本传感器制作中的广泛应用。
对低成本应用而言传感器采用塑料封装技术是一个较高的选择。例如在医学应用中，传感器通常是使用一次以后就要扔掉。对机械应力较敏感的器件，采用塑料封装的作用不太明显，这是封装材料之间的热膨胀系数不匹配造成的。
在专用封装中直接安装裸芯片的方法仍将在那些不能采用通用低成本方法的领域中得到广泛应用。
3.3 多芯片模块与微系统
多芯片模块常用的低成本方法可在许多相对安全的环境中广泛使用。侵蚀性环境如生物-医学移植器件应用似乎更青睐于玻璃封装的方法，因为玻璃封装具有良好的密封性能、生物兼容性和绝缘性，允许在无线通讯中使用天线，但至今这种封装只用于特殊器件，因此必须开发出更通用、成本更低的方法用于生物医学领域。
四、总结
MEMS以及MOEMS、NEMS的研发为新的技术革命提供了大量机遇。不同的MEMS 要求具体相应的封装结构，封装技术的特异性高，引发出大量的封装问题亟待解决。据国外权威统计公司SPC的统计，国内MEMS的研究处于世界前八位，可批量生产MEMS力敏传感器，研制成功MEMS光开关、RF-MEMS开关、微流体系统等多种原理样品，从总体水平上看，与国外的差距主要体现在产业技术化上。选择一些应用量大、面广的MEMS及其封装作为发展的市场切入点，形成产业，满足市场需求，为发展其他MEMS打下基础，
摸索出规律，这样就成功了一半，没有一项MEMS的研发会漠视封装技术。
从国外发展趋势看，MEMS的封装类别一般都沿用已经标准化的IC封装结构形式，或者加以改进来适应MEMS要求，力争采用更多的现有IC封装架构实现MEMS的封装。采用新型封装结构及其技术，建立MEMS封装单元库，注重成本的新封装结构与MEMS研发之间的进一步整合，成为另一个发展趋势。
在MEMS问题上，若将其封装展开充分的探讨，则各有各的方式，市场角逐要选择对路产品，在市场引导下组建起MEMS的完整产业链是值得期待的。
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基于MEMS加速度传感器的双轴倾角计及其应用 引言 MAV由于体积和负载能力极为有限,因此,减小和减轻飞控导航系统的体积及重量,就显得尤为重要。本文基于MEMS加速度传感器,设计一种双轴倾角计,该装置精度高、重量轻,可满足MAV的姿态角测量要求,也可用于其他需要体积小、重量轻的倾角测量设备上。 MEMS加速度传感器 ADXL202 是最新的、低重力加速度双轴表面微机械加工的加速度计,以模拟量和脉宽调制数字量2种方式输出,并具有极低的功耗和噪音。表面微机械加工使加速度传感器、信号处理电路高度集成于一个硅片上。和所有加速度计一样,传感器单元是差动电容器,其输出与加速度成比例。加速度计的性能依赖于传感器的结构设计。差动电容是由悬臂梁构成,而悬臂梁是由很多相间分布的指状电容电极副构成,一副指状电容电极可简化为图1所示的结构。每个指状电极的电容正比例于固定电极和移动电极之间的重叠面积以及移动电极的位移。显然,这些都是很小的电容器,并且,为了降低噪声和提高分辨力,实际上需要尽可能大的差动电容。 悬臂梁的运动是由支撑它的多晶硅弹簧控制。这些弹簧和悬臂梁的质量遵守牛顿第二定律:质量为m 的物体,因受力F而产生加速度a,则F =m a。而弹簧的形变与所受力的大小成比例,即F = kx,所以 x = （m / k）a , 式中x为位移, m; m 为质量, kg; a为加速度, m / s2 ; k为弹簧刚度系数, N /m。 因此,仅有支撑弹簧的刚度和悬臂梁的质量2个参数是可控的。减小弹簧系数似乎是提高悬臂梁灵敏度的一种容易方法,但悬臂梁的共振频率正比例于弹簧系数,所以, 减小弹簧系数导致悬臂梁共振频率降低,而加速度计必须工作在共振频率之下。此外,增大弹簧系数使悬臂梁更坚固。所以,如果保持尽可能高的弹簧系数, 只有悬臂梁的质量参数是可变化的。通常,增大质量意味着增大传感器的面积,从而使悬臂梁增大。在ADXL202中,设计出一个新颖的悬臂梁结构。构成X轴和Y轴可变电容的指状电极沿着一个正方形四周的悬臂梁集成,从而使整个传感器的面积减小,而且,共用的大质量的悬臂梁提高了ADXL202的分辨力。位于悬臂梁四角的弹簧悬挂系统用以使X 轴和Y轴的灵敏度耦合减小到最小。 倾角测量原理 ADXL202 用于倾角测量是最典型的应用之一,它以重力作为输入矢量来决定物体在空间的方向。当重力与其敏感轴垂直时,它对倾斜最敏感,在该方位上其对倾角的灵敏度最高。当敏感轴与重力平行时,每倾斜1 °所引起输出加速度的变化被忽略。当加速度计敏感轴与重力垂直时,每倾斜1 °所引起输出加速度的变化约为17. 5mgn ,但在45°时,每倾斜1 °所引起输出加速度的变化仅为12. 5mgn ,而且,分辨力降低。表1为X, Y轴在铅垂面内倾斜±90 °时,X, Y 轴的输出。 当该加速度计的X, Y轴都与重力方向垂直时,可作为具有滚转角和俯仰角的双轴倾角传感器。一旦加速度计的输出信号被转化为一个加速度, 该加速度将位于- 1 gn 和+ 1 gn 之间。则倾斜角以度表示可按下式计算 θ= arcsin （AX / gn ） γ= arcsin （AY / gn ）,
MEMS压力传感器 姓名：唐军杰 学号：09511027 班级： _09511__
目录 引言 (1) 一、压力传感器的发展历程 (2) 二、MEMS微压力传感器原理 (3) 1.硅压阻式压力传感器 (3) 2.硅电容式压力传感器 (4) 三、MEMS微压力传感器的种类与应用范围 (5) 四、MEMS微压力传感器的发展前景 (7) 参考文献 (8)
内容提要 在整个传感器家族中，压力传感器是应用最广泛的产品之一， 每年世界性的压力传感器的专利就有上百项。微压力传感器作为微 型传感器中的一种，在近几年得到了快速广泛的应用。本文详细介 绍了MEMS压力传感器的原理与应用。 ［关键词］：MEMS压力传感器微型传感器微电子机械系统 引言 MEMS（Micro Electromechanical System，即微电子机械系统） 是指集微型传感器、执行器以及信号处理和控制电路、接口电路、 通信和电源于一体的微型机电系统。它是在融合多种微细加工技术，并应用现代信息技术的最新成果的基础上发展起来的高科技前沿学科。MEMS技术的发展开辟了一个全新的技术领域和产业，采用MEMS技术制作的微传感器在航空、航天、汽车、生物医学、环境 监控、军事以及几乎人们所接触到的所有领域中都有着十分广阔的 应用前景。 MEMS微压力传感器可以用类似集成电路的设计技术和制造工艺，进行高精度、低成本的大批量生产，从而为消费电子和工业过 程控制产品用低廉的成本大量使用MEMS传感器打开方便之门，使 压力控制变得简单、易用和智能化。传统的机械量压力传感器是基 于金属弹性体受力变形，由机械量弹性变形到电量转换输出，因此 它不可能如MEMS微压力传感器那样，像集成电路那么微小，而且 成本也远远高于MEMS微压力传感器。相对于传统的机械量传感器，MEMS微压力传感器的尺寸更小，最大的不超过一个厘米，相对于 传统“机械”制造技术，其性价比大幅度提高。
MEMS技术发展综述 施奕帆04209720 （东南大学信息科学与工程学院） 摘要：对于MEMS技术进行简要的介绍，了解其诞生与发展，所涉及的学科领域，目前的研究成果以及在生活、军事、医学等方面的应用。目前MEMS在我国的发展已取得一定成果，在21世纪可以有更大的突破，其未来在材料、工艺、微器件、微系统方面也具有巨大的发展空间。 关键词：MEMS、传感器、微制造技术 一、MEMS简介 微机电系统(micro electro mechanical system，MEMS)是在微电子技术基础上发展起来的多学科交叉的前沿研究领域，其起源可以追溯到20世纪50～60年代，最初贝尔实验室发现了硅和锗的压阻效应，从而导致了硅基MEMS传感器的诞生和发展。在随后的几十年里，MEMS得到了飞速发展，1987年美国加州大学伯克利分校研制出转子直径为60～120／μm的硅微型静电电机；1987～1988年，一系列关于微机械和微动力学的学术会议召开，所以20世纪80年代后期微机电系统一词就渐渐成为一个世界性的学术用语，MEMS技术的研究开发也成为一个热点，引起了世界各国科学界、产业界和政府部门的高度重视，经过几十年的发展，它已
成为世界瞩目的重大科技领域之一。 二、MEMS涉及领域及作用 MEMS技术涉及电子工程、机械工程、材料工程、物理学、化学以及生物医学等学科。MEMS开辟了一个新的技术领域，它的研究不仅涉及元件和系统的设计、材料、制造、测试、控制、集成、能源以及与外界的联接等许多方面，还涉及微电子学、微机构学、微动力学、微流体学、微热力学、微摩擦学、微光学、材料学、物理学、化学、生物学等基础理论 三、MEMS器件的分类及功能 目前，MEMS技术几乎可以应用于所有的行业领域，而它与不同的技术结合，往往会产生一种新型的MEMS器件。根据目前的研究情况，除了进行信号处理的集成电路部件以外，MEMS内部包含的单元主要有以下几大类： （1）微传感器： 主要包括机械类、磁学类、热学类、化学类、生物学类等。其主要功能是检测应变、加速度、速度、角速度（陀螺）、压力、流量、气体成分、湿度、pH值和离子浓度等数值，可应用于汽车、航天和石油勘探等行业。
MEMS传感器现状及应用 王淑华 (中国电子科技集团公司第十三研究所,石家庄 050051) 摘要:M EM S传感器种类繁多,发展迅猛,应用广泛。首先,简单介绍了M EMS传感器的分类和典型应用。其次,对M EMS压力传感器、加速度计和陀螺仪三种最典型的M EM S传感器进行了详细阐述,包括类别、技术现状和性能指标、最新研究进展、产品,及应用情况。介绍MEM S压力传感器时,给出了国内外采用新型材料制作用于极端环境下压力传感器的研究情况。最后,从新材料、加工和组装技术方面对MEM S传感器的发展趋势进行了展望。 关键词:微电子机械系统(M EMS);传感器;加速度计;陀螺仪;压力传感器 中图分类号:TH703 文献标识码:A 文章编号:1671-4776(2011)08-0516-07 Current Status and Applications of MEMS Sensors Wang Shuhua (The13th Research I nstitute,CET C,S hi jiazhuang050051,China) A bstract:MEMS senso rs feature g reat varieties,rapid development and w ide applications.Firstly, the catego ries and ty pical applicatio ns of M EMS senso rs are introduced briefly.Then three typi-cal M EMS sensors,i.e.the pressure sensor,acceleromete r and gy ro sco pe are illustrated in de-tail,including the subdivision,current technical capability and perfo rmance index,latest research pro gress,products and their applications.Besides that,the research status of the M EM S pres-sure senso r using new m aterials for the extreme enviro nment at ho me and abro ad is presented. Finally,developm ent trends of M EMS sensors are predicted in te rm s o f new materials,pro ces-sing and assembling technolog y. Key words:microelectromechanical sy stem(M EMS);sensor;accelerome ter;gy roscope;pres-sure senso r D OI:10.3969/j.issn.1671-4776.2011.08.008 EEACC:2575 0 引 言 MEM S传感器是采用微机械加工技术制造的新型传感器,是M EMS器件的一个重要分支。1962年,第一个硅微型压力传感器的问世开创了MEM S技术的先河,M EMS技术的进步和发展促进了传感器性能的提升。作为M EMS最重要的组成部分,M EMS传感器发展最快,一直受到各发达国家的广泛重视。美、日、英、俄等世界大国将M EMS传感器技术作为战略性的研究领域之一,纷纷制定发展计划并投入巨资进行专项研究。 随着微电子技术、集成电路技术和加工工艺的发展,MEM S传感器凭借体积小、重量轻、功耗低、可靠性高、灵敏度高、易于集成以及耐恶劣工 收稿日期:2011-04-06 E-mail:1117sh uhua@https://www.doczj.com/doc/b17331545.html,
MEMS(微机电系统是指集微型 传感器、执行器以及信号处理和控制电路、接口电路、通信和电源于一体的微型机电系统。 M E M S 压力传感器可以用类似集成电路(IC设计技术和制造工艺，进行高精度、低成本的大批量生产，从而为消费电子和工业过程控制产品用低廉的成本大量使用MEMS传感器打开方便之门，使压力控制变得简单易用和智能化。传统的机械量压力传感器是基于金属弹性体受力变形，由机械量弹性变形到电量转换输出，因此它不可能如MEMS压力传感器那样 做得像IC那么微小，成本也远远高于MEMS压力传感器。相对于传统的机械量传感器，MEMS压力传感器的尺寸更小，最大的不超过1cm，使性价比相对于传统“机械”制造技术大幅度提高。 MEMS压力传感器原理 目前的MEMS压力传感器有硅压阻式压力传感器和硅电容式压力传感器，两者都是在硅片上生成的微机电传感器。 硅压阻式压力传感器是采用高精密 半导体电阻应变片组 成惠斯顿电桥作为力电变换测量电路的，具有较高的测量精度、较低的功耗，极低的成本。惠斯顿电桥的压阻式传感器，如无压力变化，其输出为零，几乎不耗电。其电原理如图1所示。硅压阻式压力传感器其应变片电桥的光刻版本如图2。 M E M S 硅压阻式压力传感器采用周边固定的圆形的应力杯硅薄膜内壁，采用M E M S 技术直接将四个高精密半导体应变片刻制在其表面应力 最大处，组成惠斯顿测量电桥，作为力电变换测量电路，将压力这个物理量直接变换成电量，其测量精度能达0.01%~0.03%FS。硅压阻式压力传感器结构如图3
所示，上下二层是玻璃体，中间是硅片，硅片中部做成一应力杯，其应力硅薄膜上部有一真空腔，使之成为一个典型的绝压压力传感器。应力硅薄膜与真空腔接触这一面经光刻生成如图2的电阻应变片电 MEMS压力传感器及其应用 MEMS Pressure Sensor Principle and Application 颜重光华润矽威科技(上海有限公司(上海201103 本文于2009年3月22日收到。颜重光：高工，上海市传感技术学会理事，从事IC应用方案的设计策划和客户应用技术支持。 摘要：简述M E M S 压力传感器的结构与工作原理，并探讨了其应用、压力传感器Die的设计及生产成本分析，覆盖了从系统应用到销售链。 关键词：M E M S 压力传感器；惠斯顿电桥；硅薄膜应力杯；硅压阻式压力传感器；硅电容式压力传感器 D O I : 10. 3969/j. i s s n. 1005-5517.2009.06.015 图1 惠斯顿电桥电原理 图2 应变片电桥的光刻版本 图3 硅压阻式压力传感器结构 图4 硅压阻式压力传感器实物责任编辑：王莹 技术长廊｜智能传感器 ５８ https://www.doczj.com/doc/b17331545.html,
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山西大学本科论文MEMS传感器现状及应用 MEMS传感器现状及应用 摘要: MEMS传感器种类繁多,发展迅猛,应用广泛。首先,简单介绍了MEMS传感器的分类和典型应用。其次,对MEMS压力传感器、加速度计和陀螺仪三种最典型的MEMS传感器进行了详细阐述,包括类别、技术现状和性能指标、最新研究进展、产品,及应用情况。介绍MEMS压力传感器时,给出了国内外采用新型材料制作用于极端环境下压力传感器的研究情况。最后,从新材料、加工和组装技术方面对MEMS传感器的发展趋势进行了展望。 关键词: 微电子机械系统(MEMS);传感器;加速度计;陀螺仪;压力传感器 Current Status and Applications of MEMS Sensors Abstract: MEMS sensors feature great varieties, rapid development and wide applications. Firstly,the categories and typical applications of MEMS sensors are introduced briefly. Then three typi-cal MEMS sensors, i. e. the pressure sensor, accelerometer and gyroscope are illustrated in de-tail,including the subdivision, current technical capability and performance index, latest researchprogress, products and their applications. Besides that, the research status of the MEMS pres-sure sensor using new materials for the extreme environment at home and abroad is presented.Finally, development trends of MEMS sensors are predicted in terms of new materials, proces-sing and assembling technology. Key words: microelectromechanical system(MEMS); sensor; accelerometer; gyroscope; pres-sure sensor
MEMS压力传感器及其应用 MEMS压力传感器可以用类似集成电路(IC)设计技术和制造工艺，进行高精度、低成本的大批量生产，从而为消费电子和工业过程控制产品用低廉的成本大量使用MEMS传感器打开方便之门，使压力控制变得简单易用和智能化。传统的机械量压力传感器是基于金属弹性体受力变形，由机械量弹性变形到电量转换输出，因此它不可能如MEMS压力传感器那样做得像IC那么微小，成本也远远高于MEMS压力传感器。相对于传统的机械量传感器，MEMS压力传感器的尺寸更小，最大的不超过1cm，使性价比相对于传统“机械”制造技术大幅度提高。 一、压力传感器的发展历程 现代压力传感器以半导体传感器的发明为标志，而半导体传感器的发展可以分为四个阶段: (1)发明阶段(1945 - 1960 年):这个阶段主要是以1947 年双极性晶体管的发明为标志。此后，半导体材料的这一特性得到较广泛应用。史密斯(C.S. Smith)与1945 发现了硅与锗的压阻效应，即当有外力作用于半导体材料时，其电阻将明显发生变化。依据此原理制成的压力传感器是把应变电阻片粘在金属薄膜上，即将力信号转化为电信号进行测量。此阶段最小尺寸大约为1cm。 (2)技术发展阶段(1960 - 1970 年):随着硅扩散技术的发展，技术人员在硅的(001)或(110)晶面选择合适的晶向直接把应变电阻扩散在晶面上，然后在背面加工成凹形，形成较薄的硅弹性膜片，称为硅杯。这种形式的硅杯传感器具有体积小、重量轻、灵敏度高、稳定性好、成本低、便于集成化的优点，实现了金属- 硅共晶体，为商业化发展提供了可能。 (3)商业化集成加工阶段(1970 - 1980 年):在硅杯扩散理论的基础上应用了硅的各向异性的腐蚀技术，扩散硅传感器其加工工艺以硅的各项异性腐蚀技术为主，
MEMS技术的研究 一、MEMS技术概述 MEMS技术是采用微制造技术，在一个公共硅片基础上整合了传感器、机械元件、致动器（actuator）与电子元件。MEMS通常会被看作是一种系统单晶片（SoC），它让智能型产品得以开发，并得以进入很多的次级市场，为包括汽车、保健、手机、生物技术、消费性产品等各领域提供解决方案。 1.1、微机电系统（MEMS）概念 虚微机电系统(Micro-Electronic Mechanical System-MEMS)，是在微电子技术基础上结合精密机械技术发展起来的一个新的科学技术领域，微机电系统是一个独立的智能系统。 一般来说，MEMS是指可以采用微电子批量加工工艺制造的，集微型机构、微型传感器、微型致动器（执行器）以及信号处理和控制电路，直至接口、通讯和电源等部件於一体的微型系统。其基本组成见图1.1所示。 图1.1 MEMS的组成 通常，MEMS主要包含微型传感器、执行器和相应的处理电路三部分。 微机电系统的制造工艺主要有集成电路工艺、微米/纳米制造工艺、小机械
工艺和其他特种加工工种。 在微小尺寸范围内，机械依其特徵尺寸可以划分为1-10毫米的小型(Mini-)机械，1微米-1毫米的微型机械以及1纳米-1微米的机械。 所谓微型机械从广义上包含了微小型和纳米机械，但并非单纯微小化，而是指可批量制作的集微型机构，微型感测器，微型执行器以及接口信号处理和控制电路、通讯和电源等于一体的微电子机械系统。 1.2、微机电系统（MEMS）发展简史 微机电的概念最早可追溯到1959年R.Fe ym.在加州理工大学的演讲。 1982年,K.E .Pe terson发表了一篇题为“Silicon as a Mechanical Material”的综述文章，对硅微机械加工技术的发展起到了奠基的作用。 微机电研究的真正兴起则始于1987年，其标志是直径为10um的硅微马达（转子直径120微米，电容间隙2 微米）在加州大学伯克利分校的研制成功，其引起了世界的轰动。自此以后,微电子机械系统技术开始引起世界各国科学家的极大兴趣。专家预言，它的意义可与当年晶体管的发明相比。 为了进一步完善这一学科,使其更多更快地为人类服务，除探索新技术，新工艺以外，各国科学家们还在积极努力从事MEMS基础理论研究，包括对微流体力学，微机械磨擦和其他相关理论的研究，并建立一套方便，快捷的分析与设计系统。 相信在不久的将来，MEMS将广泛渗透到医疗、生物技术、空间技术等领域。 1.3、微机电系统（MEMS）的特点及前景 微机电系统（MEMS）具有以下六种特点： 1.微型化：MEMS器件体积小、重量轻、耗能低、惯性小、谐振频率高、响应时间短。 2.以硅为主要材料，机械电器性能优良。硅的强度、硬度及杨氏模量与铁相当，密度类似铝，热传导率接近相和钨。 3.大量生产：用硅微加工工艺在一片硅片上可同时制造成百上千个微型机电装置或完整的MEMS，批量生产可大大降低生产成本。 4.集成化：可以把不同功能、不同敏感方向或致动方向的多个传感器或执行器集成于一体，或形成微传感器阵列、微执行器阵列，甚至把多种功能的器件集
作业2：叙述MEMS技术的最新发展并介绍几种MEMS传感器 MEMS(Micro-Electro-Mechanical Systems)是微机电系统的缩写。MEMS是美国的叫法，在日本被称为微机械，在欧洲被称为微系统，MEMS就是在一个硅基板上集成了机械和电子元器件的微小机构。在代工厂中，通过对电子部分使用半导体工艺和对机械部分使用微机械工艺将其或者直接蚀刻到一片晶圆中，或者增加新的结构层来制作MEMS产品。作为纳米科技的一个分支，MEMS被称为电子产品设计中的“明星”。目前MEMS加工技术又被广泛应用于微流控芯片与合成生物学等领域，从而进行生物化学等实验室技术流程的芯片集成化。 MEMS主要包括微型机构、微型传感器、微型执行器和相应的处理电路等几部分，它是在融合多种微细加工技术，并应用现代信息技术的最新成果的基础上发展起来的高科技前沿学科。 MEMS技术的发展开辟了一个全新的技术领域和产业，采用MEMS技术制作的微传感器、微执行器、微型构件、微机械光学器件、真空微电子器件、电力电子器件等在航空、航天、汽车、生物医学、环境监控、军事以及几乎人们所接触到的所有领域中都有着十分广阔的应用前景。MEMS技术正发展成为一个巨大的产业，就象近20年来微电子产业和计算机产业给人类带来的巨大变化一样，MEMS也正在孕育一场深刻的技术变革并对人类社会产生新一轮的影响。目前MEMS市场的主导产品为压力传感器、加速度计、微陀螺仪、墨水喷咀和硬盘驱动头等。大多数工业观察家预测，未来5年MEMS器件的销售额将呈迅速增长之势，年平均增加率约为18%，因此对对机械电子工程、精密机械及仪器、半导体物理等学科的发展提供了极好的机遇和严峻的挑战。 MEMS第一轮商业化浪潮始于20世纪70年代末80年代初，当时用大型蚀刻硅片结构和背蚀刻膜片制作压力传感器。由于薄硅片振动膜在压力下变形，会影响其表面的压敏电阻走线，这种变化可以把压力转换成电信号。后来的电路则包括电容感应移动质量加速计，用于触发汽车安全气囊和定位陀螺仪。 第二轮商业化出现于20世纪90年代，主要围绕着PC和信息技术的兴起。TI公司根据静电驱动斜微镜阵列推出了投影仪，而热式喷墨打印头现在仍然大行其道。 第三轮商业化可以说出现于世纪之交，微光学器件通过全光开关及相关器件而成为光纤通讯的补充。尽管该市场现在萧条，但微光学器件从长期看来将是MEMS一个增长强劲的领域。 目前MEMS产业呈现的新趋势是产品应用的扩展，其开始向工业、医疗、测试仪器等新领域扩张。推动第四轮商业化的其它应用包括一些面向射频无源元件、在硅片上制作的音频、生物和神经元探针，以及所谓的'片上实验室'生化药品开发系统和微型药品输送系统的静态和移动器件。 MEMS传感器已经存在几十年了，并成功的渗透到一些大规模应用的市场，如医疗压力传感器和安全汽囊加速度计等。尽管取得了这些成功，但MEMS传感器很大程度上还是局限于这些零散的应用。受到汽车电子和消费类电子市场的驱动，这种状况在下一个十年中有望得到改变。 MEMS传感器正在当今的两大热门产品中起到不可或缺的作用。使用测量物理运动从而提供运动感知能力的MEMS加速度计，任天堂公司的Wii无线游戏机允许使用者通过运动和点击互相沟通和在屏幕上处理一些需求，其原理是将运动（例如挥舞胳膊模仿网球球拍的运动）转化为屏幕上的游戏行为。在2006年5
为了监测车辆翻滚的这种状态，把陀螺仪输出的传感器信号与低g值加速度传感器的输出信号结合起来是至关重要的。通过处理两个传感器给出的信号，系统的算法确定车的Z轴以及垂直线之间的夹角，以及每一时刻车辆的角速度ωx。因此，车辆翻滚感测算法及时确定准确的时间点和位置，从而爆开特定的气囊或主动收紧绑在乘员身上的安全带，起到保护作用。 此外，电子稳定程序系统也是MEMS传感器的一个重要应用领域，它能够在所有的驾驶情况下提高车辆的行驶稳定性。通过传感器测量车辆的偏航率，并把它与其它参数类似转向角和速度一一进行比较，可以检测过度转向或转向不够这样的行驶状况。如果行驶过程中需要ESP发挥作用，那么，该系统会自动地分别制动车轮。因此，传感器提供的信号是ESP算法执行的根本基础，是提高行车稳定性的关键。 MEMS偏航传感器一般由容性硅振荡器构成，其周围是若干悬浮的网状材料。当受到垂直于振动轴的外部旋转运动的作用时，作用力使振动面出现偏离，从而导致电容的变化让驾驶员做出准确的操作。 目前，汽车安全系统应用中的偏航传感器的发展趋势是具有高偏移量稳定性、振动鲁棒性以及全数字信号处理功能。这使之比模拟传感器更为耐用。永久性的主动内部故障检测功能，使故障识别以及主动自测功能成为可能，因此，有助于增强可靠性。此外，根据整车系统设计的需要，传感器串由于采用了灵活的结构，能够在不同的车辆方向上监测偏航率以及加速度，因此，适合于高度动态以及高度精密的系统，如电子稳定程序、翻滚减轻系统以及电子主动操纵系统等等。偏航传感器与加速度传感器的结合构成一体化的传感器平台也是汽车传感器一大发展趋势。 艾驰商城是国内最专业的MRO工业品网购平台，正品现货、优势价格、迅捷配送，是一站式采购的工业品商城！具有10年工业用品电子商务领域研究，以强大的信息通道建设的优势，以及依托线下贸易交易市场在工业用品行业上游供应链的整合能力，为广大的用户提供了传感器、图尔克传感器、变频器、断路器、继电器、PLC、工控机、仪器仪表、气缸、五金工具、伺服电机、劳保用品等一系列自动化的工控产品。 如需进一步了解图尔克、奥托尼克斯、科瑞、山武、倍加福、邦纳、亚德客、施克等各类传感器的选型，报价，采购，参数，图片，批发信息，请关注艾驰商城https://www.doczj.com/doc/b17331545.html,/
剖析MEMS传感器的三大应用领域 来源：互联网 [导读] MEMS传感器是采用微电子和微机械加工技术制造出来的新型传感器。与传统的传感器相比，它具有体积小、重量轻、成本低、功耗低、可靠性高、适于批量化生产、易于集成和实现智能化的特点。同时，在微米量级的特征尺寸使得它可以完成某些传统机械传感器所不能实现的功能。 关键词：可穿戴设备MEMS汽车电子 随着可穿戴智能设备的发展，特别是医疗可穿戴智能设备，主要依靠MEMS传感器，从而检测到穿戴者的身体各项信息。那么什么是MEMS传感器呢？ MEMS即微机电系统（Microelectro Mechanical Systems），是MEMS传感器在微电子技术基础上发展起来的多学科交叉的前沿研究领域。经过四十多年的发展，已成为世界瞩目的重大科技领域之一。它涉及电子、机械、材料、物理学、化学、生物学、医学等多种学科与技术，具有广阔的应用前景。 截止到2010年，全世界有大约600余家单位从事MEMS的研制和生产工作，已研制出包括微型压力传感器、加速度传感器、微喷墨打印头、数字微镜显示器在内的几百种产品，其中MEMS传感器占相当大的比例。 MEMS传感器是采用微电子和微机械加工技术制造出来的新型传感器。与传统的传感器相比，它具有体积小、重量轻、成本低、功耗低、可靠性高、适于批量化生产、易于集成和实现智能化的特点。同时，在微米量级的特征尺寸使得它可以完成某些传统机械传感器所不能实现的功能。 它的主要应用有一下三个方面： 1.应用于医疗 MEMS传感器应用于无创胎心检测，检测胎儿心率是一项技术性很强的工作，由于胎儿心率很快，在每分钟l20～160次之间，用传统的听诊器甚至只有放大作用的超声多普勒仪，用人工计数很难测量准确。而具有数字显示功能的超声多普勒胎心监护仪，价格昂贵，仅为少数大医院使用，在中、小型医院及广大的农村地区无法普及。此外，超声振动波作用于胎儿，会对胎儿产生很大的不利作用尽管检测剂量很低，也属于有损探测范畴，不适于经常性、重复性的检查及家庭使用。 基于VTI公司的MEMS加速度传感器，提出一种无创胎心检测方法，研制出一种简单易学、直观准确的介于胎心听诊器和多普勒胎儿监护仪之间的临床诊断和孕妇自检的医疗辅助仪器。 通过加速度传感器将胎儿心率转换成模拟电压信号，经前置放大用的仪器放大器实现差值放大。然后进行滤波等一系列中间信号处理，用A/D转换器将模拟电压信号转换成数字信号。通过光隔离器件输入到单片机进行分析处理，最后输出处理结果。
MEM传感器的现状及应用0引言 MEMS （微电子机械系统）传感器是利用集成电路技术工艺和微机械加工方法将基于各种物理效应的机电敏感元器件和处理电路集成在一个芯片上的传感器。20世纪60年代霍尼韦尔研究中心和贝尔实验室研制出首个硅隔膜压力传感器和应变计开创了MEMS技术的先河。此后,MEMS技术的快速发展使得MEMS 传感器受到各发达国家的广泛关注，与此同时，美国、俄国、日本等世界大国将MEMS传感器技术作为战略性的研究领域之一，纷纷制定相关的计划并投入巨资进行专项研究。 MEMS传感器具有体积小、质量轻、功耗低、灵敏度咼、可靠性咼、易于集成以及耐恶劣工作环境等优势，从而促进了传感器向微型化、智能化、多功能化和网络化的方向发展。步入21世纪以后，MEMS传感器正逐步占据传感器市场，并逐步取代传统机械传感器的主导地位，在消费电子产品、汽车工业、航空航天、机械、化工及医药等各领域备受青睐。 1 MEMS专感器的分类及原理 MEMS传感器种类繁多，按照测量性质可以分为物理MEMS传感器、化学MEMS传感器、生物MEMS传感器。按照被测的量又可分为加速度、角速度、压力、位移、流量、电量、磁场、红外、温度、气体成分、湿度、pH值、离子浓度、生物浓度及触觉等类型的传感器。目前，MEMS压力传感器、MEMS加 速度计、MEMS陀螺仪等已在太空卫星、运载火箭，航空航天设备、飞机、各种车辆、生物医学及消费电子产品等领域中得到了广泛的应用。 MEMS传感器主要由微型机光电敏感器和微型信号处理器组成。前者功能与传统传感器相同，主要区别在于用MEMS工艺实现传统传感器的机光电元器
件的同时对敏感元件输出的数据进行各种处理，以补偿和校正敏感元件特性不理想和影响量引入的失真，进而恢复真实的被测量。 待测量 / : 基片/ :——------- -------------- 图1.1 MEMS传感器原理图 MEMS传感器主要用于控制系统。利用MEMS技术工艺将MEMS传感器、MEMS执行器和MEMS控制处理器都集中在一个芯片上，则所构成的系统称为MEMS芯片控制系统。微控制处理器的主要功能包括A/D和D/A转换，数据处理和执行控制算法；微执行器将电信号转换成非电量，使被控对象产生平动、转动、 声、光、热等动作。 2 MEMS专感器的典型应用 2.1 MEMS压力传感器 MEMS压力传感器一般采用压阻力敏原理，即被测压力作用于敏感元件引起电阻变化，利用恒流源或惠斯顿电桥将电阻变化转化成电压，是目前应用最为 广泛的传感器之一，其性能由测量范围、测量精度、非线性和工作温度决定。这种传感器以单晶硅作材料，并采用MEMS技术在材料中间制成力敏膜片，然后在膜片上扩散杂质形成四只应变电阻，再以惠斯顿电桥的方式将应变电阻连接成电路，来获得高灵敏度。从信号检测方式来划分，MEMS压力传感器可分为压 阻式、电容式和谐振式等； 2.1.1 MEMS压力传感器在汽车上的应用 MEMS传感器是在汽车上应用最多的微机电传感器。汽车上MEMS压力传感器可用于测量气囊贮气压力、燃油压力、发动机机油压力、进气管道压力、空气过
激光微细加工技术及其在M EMS微制造中的应用La ser Micromachining and I ts Application in the Microfabrication of MEMS 潘开林①② 陈子辰② 傅建中① (①浙江大学生产工程研究所 ②桂林电子工业学院) 摘 要:文章综述了当前MEMS各类微制造技术,阐述了各种激光微细加工技术的原理、特点,主要包括准分子激光微细加工技术、激光LIGA技术、激光微细立体光刻技术等,以及它们在MEMS微制造中的应用。 关键词:激光微细加工 微机电系统 激光LIGA 微细立体光刻 微制造 1 MEMS及其微制造技术概述 微机电系统(ME MS)是微电子技术的延伸与拓宽,它不但具有信号处理能力,而且具有对外部世界的感知功能和执行功能,在此基础上可开发出高度智能、高功能密度的新型系统。ME MS器件与系统未来将成为多个领域的核心,其作用与以CPU为代表的集成电路构成当今电子系统的核心一样。鉴于ME MS技术的重要技术经济潜力和战略地位,引起了世界各国的高度重视。ME MS主要是美国学者的称谓,在日本称为微机械,在欧洲称为微系统。此外,微技术在不同的学科与应用领域,还有类似的不同的专业或行业术语,如生物技术领域的基因芯片(DNA芯片)、生物芯片(Bio-Chip),分析化学领域的微全流体分析系统(uT AS)、芯片实验室(Lab on Chip),与光学集成形成微光机电系统(MOE MS)等。 ME MS是从微电子技术发展而来,其微制造技术主要沿用微电子加工技术与设备。微电子加工技术与设备价格昂贵,适合批量生产。由于微电子工艺是平面工艺,在加工ME MS三维结构方面有一定的难度。目前,通过与其它学科的交叉渗透,已研究开发出以下一些特定的ME MS微制造技术。 (1)LIG A技术 LIG A和准LIG A技术最大的特点是可制出高径比很大的微构件,但缺点同样突出,成本高。 (2)材料去除加工技术 这类技术主要包括准分子激光微细加工[1～4]、微细电火花加工[5]、以牺牲层技术为代表的硅表面微细加工、以腐蚀技术为主体的体硅加工技术、电子束铣、聚焦离子束铣等。 (3)材料淀积加工技术 这类技术主要包括激光辅助淀积(LC VD)、微细立体光刻[6、7]、电化学淀积等。 上述各类技术的对比分析如表1所示[5]。 表1 MEMS主要微制造技术对比 技术最小尺寸精度高宽比粗糙度 几何自 由度 材料范围LIG A 技术 ++++++++ 金属、聚合物、 陶瓷 刻蚀技术+-+-+-金属、聚合物 准分子 激光 -(+)-+--+ 金属、聚合物、 陶瓷 微细立 体光刻 -(+)-(+)++-++聚合物 微细电 火化 +++++++ 金属、半导体、 陶瓷LCVD++-++-+金属、半导体 金刚石 精密切削 +++++-- 非铁金属、 聚合物 注:表中++、+、-、--分别表示很好、好、较差、很差,+-表示不同应用条件下的相对效果,括号内的“+”表示最新研究有所进展。 在目前ME MS微细加工技术的研究与应用中,激光微细加工技术得到了广泛的关注与研究。激光微细加工制造商宣称激光微细加工技术具有:非接触工艺、有选择性加工、热影响区域小、高精度与高重复率、高的零件尺寸与形状的加工柔性等优点。 实际上,激光微细加工技术最大的特点是“直写”加工,简化了工艺,实现了ME MS的快速原型制造。此外,该方法没有诸如腐蚀等方法带来的环境污染问题,可谓“绿色制造”。 在ME MS微制造中主要采用的激光微细加工技术有:激光直写微细加工、激光LIG A、激光微细立体光刻等,下面分别加以介绍。 2 准分子激光直写微细加工及其在MEMS中的应用 准分子激光以其高分辨率、光子能量大、冷加工、 ? 5 ? 制造技术与机床 2002年第3期 Special R eports综 述
测控新技术课程报告 ＭＥＭＳ技术的发展与应用 摘要 微机电系统(Micro-Electronic Mechanical System-MEMS),是在微电子技术基础上结合精密机械技术发展起来的一个新的科学技术领域。 早在二十世纪六十年代，在硅集成电路制造技术发明不久，研究人员就想利用这些制造技术和利用硅很好的机械特性，制造微型机械部件，如微传感器、微执行器等。如果把微电子器件同微机械部件做在同一块硅片上，就是微机电系统——MEMS: Microelectromechanical System。一般来说，MEMS是指可以采用微电子批量加工工艺制造的，集微型机构、微型传感器、微型致动器（执行器）以及信号处理和控制电路,直至接口、通讯和电源等部件於一体的微型系统。 由于MEMS是微电子同微机械的结合，如果把微电子电路比作人的大脑，微机械比作人的五官（传感器）和手脚（执行器），两者的紧密结合，就是一个功能齐全而强大的微系统。 关键词：精密机械技术，微执行器，微传感器，微型致动器
前言 微电子机械系统（Micro Electro Mechanical System），简称MEMS，是在微电子技术基础上发展起来的集微型机械、微传感器、微执行器、信号处理、智能控制于一体的一项新兴的科学领域。它将常规集成电路工艺和微机械加工独有的特殊工艺相结合，涉及到微电子学、机械设计、自动控制、材料学、光学、力学、生物医学、声学和电磁学等多种工程技术和学科，是一门多学科的综合技术。MEMS在许多方面具有传统机电技术所不具备的优势，包括质量和尺寸普遍减小、可实现大批量生产、低的生产成本和能源消耗、易制成大规模和多模式阵列等。MEMS 研究的主要内容包括微传感器、微执行器和各类微系统，现在已成为世界各国投入大量资金研究的热点。从广义上讲，MEMS 是指集微型传感器、微型执行器以及信号处理和控制电路，甚至接口电路、通信和电源于一体的微型机电系统。 1．MEMS的发展过程 微机电的概念最早可追溯到1959年R.Fe ym.在加州理工大学的演讲。1982年,K.E .Pe terson发表了一篇题为“Silicon as a Mechanical Material”的综述文章，对硅微机械加工技术的发展起到了奠基的作用。 微机电研究的真正兴起则始於1987年，其标志是直径为10um的硅微马达在加州大学伯克利分校的研制成功。自此以后,微电子机械系统技术开始引起世界各国科学家的极大兴趣。 为了进一步完善这一学科,使其更多更快地为人类服务，除探索新技术，新工艺以外，各国科学家们还在积极努力从事MEMS基础理论研究，包括对微流体力学，微机械磨擦和其他相关理论的研究，并建立一套方便，快捷的分析与设计系统。相信在不久的将来，MEMS将广泛渗透到医疗、生物技术、空间技术等领域 2．MEMS的基本原理 MEMS由传感器、信息处理单元。执行器和通讯/接口单元等组成。其输入是物理信号，通过传感器转换为电信号，经过信号处理（模拟的和/或数字的）后，由执行器与外界作用。每一个微系统可以采用数字或模拟信号（电、光、磁等物理量）与其它微系统进行通信 3．MEMS的特点 .微型化、以硅为主要材料、大量生产、集成化、多学科交叉、应用上的高度广泛。 4．MEMS的制造技术 MEMS的制作主要基于两大技术：IC技术和微机械加工技术，其中IC技术主要用于制作MEMS中的信号处理和控制系统，与传统的IC技术差别不大，而微机械加工技术则主要包括体微机械加工技术、表面微机械加工技术、LIGA技术、准LIGA技术、
MEMS传感器及其应用 科目：先进制造技术教师：周忆（教授）姓名：张雷学号： 专业：机械设计及理论类别：学术 上课时间：2011年11月至2011 年1月 考生成绩： 阅卷评语： 阅卷教师(签名)
MEMS传感器及其应用 张雷 （机械传动实验室） 摘要:和传统的传感器相比，微型传感器具有许多新特性，它们能够弥补传统传感器的不足，具有广泛的应用前景，越来越受到重视。文中简单介绍了一些微型传感器件的结构和原理及其应用情况。 关键词: MEM压力传感器；MEM加速度传感器；应用
1 引言 微机电系统（Microelectro Mechanical Systems,MEMS）是在微电子技术基础上发展起来的多学科交叉的前沿研究领域。经过几十年的发展，已成为世界瞩目的重大科技领域之一。它涉及电子、机械、材料、物理学、化学、生物学、医学等多种学科与技术，具有广阔的应用前景。目前，全世界有大约600余家单位从事MEMS的研制和生产工作，已研制出包括微型压力传感器、加速度传感器、微喷墨打印头、数字微镜显示器在内的几百种产品，其中微传感器占相当大的比例。微传感器是采用微电子和微机械加工技术制造出来的新型传感器。与传统的传感器相比，它具有体积小、重量轻、成本低、功耗低、可靠性高、适于批量化生产、易于集成和实现智能化的特点。同时，在微米量级的特征尺寸使得它可以完成某些传统机械传感器所不能实现的功能。本文概述国内外目前已实现的微机械传感器特别是微机械谐振式传感器的类型、工作原理、性能和发展方向。 2 MEMS传感器的特点及分类 2.1MEMS传感器特点 MEMS传感器是利用集成电路技术工艺和微机械加工方法将基于各种物理效应的 机电敏感元器件和处理电路集成在一个芯片上的传感器。MEMS是微电子机械系统的缩写，一般简称微机电。如图1所示，主要由微型机光电敏感器和微型信号处理器组成。前者功能与传统传感器相同，区别是用MEMS工艺实现传统传感器的机光电元器件。后者功能是对敏感元件输出的数据进行各种处理，以补偿和校正敏感元件特性不理想和影量引入的失真，进而恢复真实的被测量。 图1 MEMS传感器原理图