微机电系统(M EMS研究现状及展望
张贵钦
福州大学机械系,福建福州350002
摘要:主要综述了微机电系统(M EMS领域所涉及的微材料、微机械学、微细加工技术、微元器件、封装等基础理论和关键技术的研究现状,分析了存在问题,指出了今后的研究重点,并对其未来发展作了展望,提出了相应的发展策略。
关键词:微机电系统;微机械学;微细加工;封装
中图分类号:TP27114-103文献标识码:A文章编号:1001-2265(200207-0001-03
MEMS:state of the art and f uture trends
ZHAN G Guiqin
Abstract:Current research status of the basic theory and principal techniques of MEMS such as micro-materials,micro-me2 chanics,micro-machining,micro-apparatus and packaging is overviewed.The existing problems are analyzed and study em2 phases are pointed out.The future development of MEMS is prospected and relative developing strategies are put forward.
K ey w ords:MEMS;Micro-mechanics;Micro-machining;Packaging
1引言
微机电系统(Micro Electro-Mechanical Systems, M EMS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。M EMS是随着半导体集成电路微细加工技术和超精密机械加工技术的发展而发展起来的,具有体积微小、耗能低;能进入一般机械无
法进入的微小空间进行工作;能方便地进行精细操作等优点。自1986年美国斯坦福大学研制出第一个医用微探针,1988年美国加州大学Berkeley 分校研制出第一个直径为200μm的微电机以来,国内外学者在M EMS工艺,材料以及微观机理方面取得了很大进展,发展了各种M EMS器件和系统,并开始产业化,如各种微型传感器--微压力传感器,微加速度计,微触觉传感器,微泵,微机器人等。
M EMS的研究内容不仅包括机械科学、微电子学,还涉及现代光学、气动力学、流体力学、热力学、声学、磁学、自动控制、仿生学、材料科学及表面物理与化学等领域,它是一门多学科的综合科学。M EMS不仅仅是传统机械在尺度上的微小型化,它已远远超出了传统机械的概念和范畴,而是基于现代科学技术,并作为整个纳米科学技术的重要组成部分,用一种崭新的思维方法指导下的产物。同传统机械相比在材料、机构设计、摩擦特性、加工方法、测试与定位、驱动方式等方面都有很大的不同,产生很多由于结构微型化而导致的特殊问题。另外,M EMS同微电子相比,在运用自然规律的广度、处理对象及与环境的关系等方面也存在明显的区别。下面就对M EMS领域所涉及的基础理论和关键技术作以综述,研究所面临的问题,并提出相应的应对策略。
2微机电系统研究
微机电系统(M EMS学科交叉很强,研究难度较大,近年来其发展不如人们预期的那么快,其中主要的原因在于很多基础问题和技术问题没有得到很好的解决,下面对M EMS的研究现状和存在的问题予以分析,并指出今后的研究重点。
1.M EMS所用材料
M EMS所用材料可分为:结构材料、导电材料、压电材料、绝缘材料(二氧化硅和记忆材料(氮化钛。其中结构材料又包括单晶硅、多晶硅、碳化硅、氮化硅、硅锗合金、镍、金、铝;导电材料包括金、铝、铜;压电材料有铅锆钛合金和石英晶体等。针对具体的应用场合,寻找适于该场合使用并能用现有微细加工工艺加工的满足一定性能的优良材料是目前微机械材料研究的主要内容。
2.微机械学[4]
微机械学同传统机械学类似,它主要研究微机械中的运动变换和动力传递,以及运动过程中的动态特
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性、微型构件在环境影响下的变形和失效规律并从原子、分子尺度出发,研究相互运动接触界面上的作用、变化与损伤及研究特定微机械系统如微机器人的微机器人机械学等。但微机械同传统机械相比,又有它自身的独特之处,主要体现在:
(1微机械由于几何尺寸的微小化,力的尺寸效应和表面效应在微观领域将变得非常突出,此时,体积力已不是主要的,相反表面张力、范德华力等将起主要作用。在进行微机械理论的研究时,一定要注意力的尺寸效应、微结构表面效应、热传导等的研究。
(2宏观上适用的一些定律原理是否在微机械领域仍然成立,这不能想当然而是有待于验证。如能量守恒定律、动量定理等仍然适用;而在微流体力学中,描述管道中液体运动特性的Navier-Stokes方程(NS 方程已不再适用。
(3微型机械一般都经过超精密制造,其摩擦副间隙常处于纳米量级甚至为零摩擦,对于这种摩擦界面上的摩擦磨损和润滑问题,应用宏观摩擦学的理论已不适合,而必须借助于以界面上原子、分子为对象的纳米摩擦学来研究,另外为保证微机械系统的性能和寿命,必须最大限度地降低磨损,如对于硬磁盘要求磨损率为0。
(4微结构由于其特殊的制造方法及尺寸效应的影响,其材料性能,特别是力学性能会发生很大变化,传统机械设计的力学计算方法象应力变形计算和动力学分析等已不能适用于微机械设计,而是要寻求新的方法。另外,表征微结构材料特性的一些物理量有待于重新制订,其测定方法也有待更进一步的研究。
3.微细加工技术[3][5][6][7]
微机电系统的设计加工与传统的设计加工不同,传统的设计加工思路是从零件到装配最后到系统,是自下而上的方法;微机电系统是采用微电子和微机械加工技术将所有的零件、电路和系统在通盘考虑下几乎同时制造出来,零件和系统是紧密结合在一起的,是一种自上而下的方法。微细加工技术是在硅微加工方法的基础上发展起来的,由于微电子工艺是平面工艺,在加工M EMS三维结构方面有一定的难度,为了实现高深宽比的三维微细加工,通过多学科的交叉渗透,已研究开发出了象L IG A、激光加工等方法,表1简单比较了现有的各种微细加工技术。
如何利用传统的精密加工来制造微机械零件,很多人也在作这方面的尝试,较成功的象日本小笠原制作所,用特殊的超小型滚刀,剃成了m=0.01,z=100的铜轴齿轮;如何寻找新的加工工艺也是微机械加工研究中的一个热点,象日本提出的IH工艺即集成聚合物固化立体光刻,它无须掩膜,加工周期短,可加工高纵横比三维立体聚合物和金属材料。另外还有利用快速成型(熔融沉积造型FDM、DEM(Deepetching, Electroforming,Microreplication技术等方法来进行微结构加工的研究。今后,在微细加工工艺的研究中应注意:
(1继续保持与硅集成电路的紧密联系,充分利用硅材料,广泛利用为集成电路开发的现有设备和技术,并且向着不断把信号检测电路和控制电路与微机械单片集成方向发展;
(2各种加工工艺在其发展过程中更加融合在一起,相互之间的界限更加模糊。实际上,由于微电子机械系统的多样性和广泛性,也只有多种技术的结合才更能满足微机械技术进一步发展的需要。象L IG A工艺就是多种微加工工艺成功融合的一个典范。
表1各种微细加工技术的比较
加工
技术
加工
材料
批量
生产
集
成
化
加工
自由度
加工
厚度
加工
精度
硅表面
微加工
多晶硅等
的薄膜
好好2维数μm~0.2μm 体硅微
加工
单晶硅、
石英
较好较好3维500μm~1μm
硅片蚀
除工艺
单晶硅好较好2维20μm~0.2μm L IG A
工艺
金属、塑
料、陶瓷
较好稍差 2.5维1mm~0.1μm 集束加工
金属、半
导体、塑料
较好稍差3维100μm~1μm
激光
加工
金属、半
导体、塑料
稍差稍差3维100μm~1μm
电火花
加工
金属等导
电性材料
稍差不可3维数mm~1μm
STM
加工
原子不可?2维
单原子
水平
4.微型元器件[1][9][10]
近年来,利用大规模集成电路的微细加工技术,将机构、驱动器、传感器、控制器集成在一个多晶硅片上,以实现有源机构和完整的机电一体化的微机械系统是国外微机械研究的一个新趋势。有关微驱动器、微传感器的研究已引起国内外业内人士的广泛兴趣。
微驱动器是微机械的一个重要组成部分,其驱动方式主要有:静电、压电、电磁、形状记忆合金、超声、高分子凝胶、热和光致动等。因为尺寸效应的影响,与尺寸的零次方成正比的静电力要优于分别与尺寸的二次方和四次方成正比的热膨胀力和电磁力。目前,主要
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组合机床与自动化加工技术
有利用静电力原理的静电微型电机和利用压电元件制成的微驱动器。它们具有响应快、定位精度高、不松动、分辨率高、易操作等优点。现在,美国已研制出了转子直径为50μm的静电电机,日本研制出了外型尺寸2mm的压电电机和0.8mm的电磁电机。
微传感器主要包括微型物理量传感器、化学量传感器、光电传感器及生物传感器等。它具有体积小、响应快、灵敏度高、成本低等特点。目前,以微压力、微温度、微速度、微加速度、微流量、微离子敏、微气敏传感器等的研究和应用较多,部分类型的传感器如微型压电传感器与加速度传感器等已实现大规模生产。“高分辨率、高灵敏度、高数据密度及与其他元器件的高度集成”是微型传感器发展的方向。
5.M EMS封装技术[8]
经过十余年的研究与开发,M EMS器件与系统的设计及制造工艺逐步成熟,但M EMS仍未能大量走出实验室,充分发挥其在军事与民品中的潜在应用,关键是M EMS封装技术未能得到有效的解决。M EMS封装完全不同于传统IC封装的概念,传统IC封装的目的是提供IC芯片的物理支撑,保护其不受环境的干扰与破坏,同时实现与外界的信号、能源与接地的电气互连。M EMS器件或系统既要感知外部世界,同时又要依据感知结果作出对外部世界的动作反应,由于这种与外部环境的交互作用关系以及自身的复杂结构使得对M EMS的封装除了高密度封装所面临的多层互联、散热问题、可靠性问题、可测试性问题之外,还要考虑将M EMS芯片、封装与工作环境作为一个交互作用的系统来设计M EMS的封装。目前对M EMS封装技术的研究主要集中在特定应用的传感器与制动器,也有少量的通用的封装技术与整体封装规划设计的研究。按封装的层次可分为硅片级封装(Wafer Lever Pack2 aging、单芯片封装(Single Chip Packaging和系统级封装三级。研究与开发低成本的高度封装柔性的封装技术是当前M EMS领域的重要课题。
3展望与对策[2]
当前M EMS正处于技术突破和高速发展的前夕, 21世纪肯定会展现一个大发
展的局面,它的广泛应用和效益将强有力地体现出来,它对信息、航空、航天、自动控制、医学生物学、力学、热学、光学、近代物理和工程学等诸领域发展的影响将是深远的,同时它将为人类提供更方便的获取信息的途径,使人类的生活方式与生存环境更为和谐。但M EMS研究设备昂贵,需要耗费巨大的人、财、物力,我国发展
微机械技术必须有所为有所不为,目前M EMS的研究应集中在下述几个方面:
1.微结构设计及基础理论研究应着重研究微驱动器、微执行器、微操作器等微小化结构的尺寸效应与表面效应;另外还应结合微机械的需要加强对微动力学、微
摩擦学、微流体力学、微热力学、微光学、微结构学、微仿生学等基础理论的研究;
2.微型机械制造基础技术的研究应更好地理解和应用现有的各种微细加工方法进行各种微构件的加工,并注意寻找创新性的工艺,另外还应注重对器件装配、键合与封装工艺的研究及对微器件的几何量、表面质量和理化特性测试技术的研究;
3.集成化微器件与微系统的研究微电子与微机械、微光学与微机械以及微与多微集成是M EMS发展的必然趋势,所以还应加强对微传感器、微机械手、微仪器模型(如干涉仪、光谱仪和气象色谱仪等及微系统集成的研究。
正如前面所述,M EMS是一门涉及众多学科的综合性技术的产物,所以对于它的研究只有各个学科通力合作,密切配合,才能真正地构筑和完善M EMS的技术体系,
加速对它的研究与开发。
[参考文献]
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界,1999,5
收稿日期:2001-11-29
作者简介:张贵钦(1973-,女,福建莆田人,福州大学机械系助教,硕士。(编辑何钢
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五金机电专业市场的总体状况及发展趋势 字号显示：大中小2008-11-01 08:40:00来源：《精品五金》杂志【一大把网站】我国五金机电市场发展到今天，形成的市场格局比例是“一代市场”占30%，“二代市场”占45%，“三代市场”约占25%。从数字中可以看出，五金机电市场为王的是那些以卖场为主，独立商铺为辅的市场商家。针对这样的行业现状，今后要如何合理发展？专家朱仁和有话说。 我国五金机电专业市场经过十多年的建设与改造，培育与提升，已形成具备一定规模的专业市场达150余家。 据测算，每年全国五金机电销售额的一半以上是通过这些专业市场实现的，可见专业市场在我国五金机电商品流通中的地位和作用。 如果对这150余家专业市场作一个不同类型的比重分析，或许能使我们对全国五金机电专业市场发展的总体状况有一个初步的了解。 首先，从专业市场的功能档次上区划分析，可分为三类：一类是“街场结合”，以街为主的市场，或称“一代市场”，约占总量的30%；另一类是“场的市场”，以卖场为主，独立商铺为辅的市场，或称“二代市场”，约占总量的45%；再一类是“城的市场”，以独立商铺为主，卖场为辅，配套服务设施齐备，功能齐全的市场，或称“三代市场”，约占总量的25%。 除上述对150家专业市场所作的类型分析外，我还想谈几点看法，可能不准确，但有助于我们对全国五金机电专业市场的总体状况及下一步的发展趋势有一个更深的认识。 第一、近几年专业市场的建设速度比较快，全国绝大多数的省级行政区域和一级城市或一级市场均被覆盖，就总体而言，发展是均衡的，布局是合理的，总量及类型也是与产业规模、市场容量以及区域经济发展水平相匹配的。 第二、绝大多数专业市场经营状况较好，就总体而言，上世纪九十年代形成的一、二代专业市场要好于近几年新建的三代市场，但大多数一、二代专业市场均存在着商户多而小的问题，年销售额及商户的平均销售额和利税额并不高；再者，产地型市场要好于销地型市场，区域型市场要好于城市型市场。 第三、未来五年或十年，专业市场的建设将由一线城市向二、三线城市发展，由东部及沿海经济发达地区向中、西部欠发达地区延伸；一、二代市场所占比重大，发展潜力也大，改造、提升的步伐会加快；新建的三代市场，虽然比重不大，但由于规模大，区域影响大，对原有市场格局冲击力强，要想重新建立一个以自己为中心的区域性市场格局难度较大，因此，其中的一部分未达到预期的目标和效果，正处于调整和培育期。 与此同时，相当一部分城市，作为销地型市场，不仅数量偏多、档次不高，且多为综合型，没有形成专业特色和错位经营，其结果造成竞争加剧，发展受到制约，重新洗牌不可避免；对于为数不多产地型、全国型且具有国际性的专业市场，我们十分看好，这是本土市场
M E M S传感器的现状及 发展前景 集团标准化小组：[VVOPPT-JOPP28-JPPTL98-LOPPNN]
毕 业 设 计 指 导 课 论 文 MEMS传感器的现状及发展前景 摘要：MEMS传感器是随着纳米技术的发展而兴起的新型传感器,具有很多新的特性,相对传统传感器其具有更大的优势。在追求微型化的当代,其具有良好的发展前景,必将受到各个国家越来越多的重视。文章首先介绍了MEMS传感器的分类和典型应用,然后着重对几个传感器进行了介绍,最后对MEMS传感器的发展趋势与发展前景进行了分析。 关键词：MEMS传感器;加度计;陀螺仪;纳米技术;微机构;微传感器StatusandDevelopmentProspectofMEMSSensors Abstract:MEMSsensorisanewtypeofsensorwiththedevelopmentofnanotechnology.Ithasma nynewfeatures,whichhasagreatadvantageovertraditionalsensors.Inthepursuitofminia turizationofthecontemporary,itsgoodprospectsfordevelopment,willbesubjecttomorea
ndmoreattentioninvariouscountries.Firstly,theclassificationandtypicalapplicatio nofMEMSsensorareintroduced.Then,severalsensorsareintroduced.Finally,thedevelopm enttrendanddevelopmentprospectofMEMSsensorareanalyzed. Keywords:MEMSsensor;accelerometer;gyroscope;nanotechnology;micro- mechanism;micro-sensor 目录 一、引言 MEMS传感器是采用微机械加工技术制造的新型传感器,是MEMS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MEMS技术的先河,MEMS技术的进步和发展促 进了传感器性能的提升。作为MEMS最重要的组成部分,MEMS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MEMS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,MEMS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作环境等优势,极大地促进了传感器的微型化、智能化、多功能化和网络化发展。MEMS传感器正逐步占据传感器市场,并逐渐取代传统机械传感器的主导地位,已得到消费电子产品、汽车工业、航空航天、机械、化工及医药等各领域的青睐。
《微机电机械系统》 学习心得 众所周知，21世纪是一个信息经济时代。为适应时代的发展，作为一名当代大学生，所受的社会压力将比任何时候的大学生都要来得沉重，因此在校期间，我们必须尽可能的利用好学习时间，尽可能地学习更多的知识和能力，学会创新求变，以适应社会的需要。 毕竟，不管将来是要从事什么样的相关行业，都需要掌握较为全面的电子知识，因为小到计算机的组装维修，大到器件的设计与制造，知道的更多更全面，那么对于自己以后找工作以及参加工作帮助就越大。在知识经济时代，没有一个用人单位会傻到和知识作对。 基于这样对社会现状的认识，让我积极、认真地对于学习微机电机械系统有了较为良好的心理基础。而我在第一次接触电子就觉得很新鲜，觉得很奇妙，但随着需求的变化，自己对电子接触的不断深入，认识越来越深，特别是进到大学，专业要求学习电路分析，模拟电路，数字电路，微机电机械系统等等之类。 通过学习微机电机械系统，我了解到：微机电系统是一种先进的制造技术平台。它是以半导体制造技术为基础发展起来的。MEMS技术采用了半导体技术中的光刻、腐蚀、薄膜等一系列的现有技术和材料，因此从制造技术本身来讲，MEMS中基本的制造技术是成熟的。但MEMS更侧重于超精密机械加工，并要涉及微电子、材料、力学、化学、机械学诸多学科领域。它的学科面也扩大到微尺度下的力、电、光、磁、声、表面等物理学的各分支。 微机电系统是微电路和微机械按功能要求在芯片上的集成，尺寸通常在毫米或微米级，自八十年代中后期崛起以来发展极其迅速，被认为是继微电子之后又一个对国民经济和军事具有重大影响的技术领域，将成为21世纪新的国民经济增长点和提高军事能力的重要技术途径。 微机电系统的优点是：体积小、重量轻、功耗低、耐用性好、价格低廉等优点。、性能稳定等。微机电系统的出现和发展是科学创新思维的结果，使微观尺度制造技术的演进与革命。微机电系统是当前交叉学科的重要研究领域，涉及电子工程、材料工程、机械工程、信息工程等多项科学技术工程，将是未来国民经济和军事科研领域的新增长点。
XXX有限公司 年产300万套微机电系统（MEMS）项目 可行性研究报告 编制单位：北京中投信德国际信息咨询有限公司编制时间：https://www.doczj.com/doc/f012186226.html, 高级工程师：高建
目录 第一章总论 (1) 1.1项目概要 (1) 1.1.1项目名称 (1) 1.1.2项目建设单位 (1) 1.1.3项目建设性质 (1) 1.1.4项目建设地点 (1) 1.1.5项目负责人 (1) 1.1.6项目投资规模 (1) 1.1.7项目建设规模 (2) 1.1.8项目资金来源 (2) 1.1.9项目建设期限 (3) 1.2项目承建单位介绍 (3) 1.3编制依据 (3) 1.4编制原则 (4) 1.5研究范围 (4) 1.6主要经济技术指标 (4) 1.7综合评价 (5) 第二章项目背景及必要性分析 (7) 2.1项目提出背景 (7) 2.2本次建设项目的提出 (8) 2.3项目建设必要性分析 (9) 2.3.1加快江西省工业结构调整的需要 (9) 2.3.2推进战略性新兴产业节能环保事业发展的需要 (9) 2.3.3顺应我国微机电系统（MEMS）行业快速发展的需要 (10) 2.3.4满足市场需求、促进企业长足发展的需要 (11) 2.3.5增加就业带动相关产业链发展的需要 (11) 2.3.6促进项目建设地经济发展进程的的需要 (12) 2.4项目可行性分析 (12) 2.4.1政策可行性 (12) 2.4.2市场可行性 (13) 2.4.3技术可行性 (13) 2.4.4管理可行性 (13)
第三章行业市场分析 (14) 3.1我国微电子产业发展状况分析 (14) 3.2我国微机电系统（MEMS）行业发展现状分析 (15) 3.3我国微机电系统（MEMS）产品特点分析 (16) 3.4微机电系统（MEMS）市场应用前景分析 (18) 3.5市场分析结论 (20) 第四章项目建设条件 (21) 4.1地理位置选择 (21) 4.2区域投资环境 (21) 4.2.1区域概况 (21) 4.2.2区域地形地貌条件 (22) 4.2.3区域气候水文条件 (22) 4.2.4区域交通条件 (23) 4.2.5区域经济发展条件 (23) 第五章总体建设方案 (25) 5.1土建方案 (25) 5.1.1方案指导原则 (25) 5.1.2土建方案的选择 (25) 5.2工程管线布置方案 (26) 5.2.1给排水 (26) 5.2.2供电 (26) 5.3主要建设内容 (27) 5.4道路设计 (27) 5.5总图运输方案 (27) 5.6土地利用情况 (28) 5.6.1项目用地规划选址 (28) 5.6.2用地规模及用地类型 (28) 第六章产品方案 (29) 6.1产品生产方案 (29) 6.2产品特点与优势 (29) 6.3产品标准 (30) 6.4产品生产规模确定 (30) 6.7技术工艺概述 (30) 第七章原料供应及设备选型 (32) 7.1主要原材料供应 (32) 7.2主要设备选型 (32)
基于Galerkin法分析微梁的动态响应 一、课题研究背景 1.MEMS的概念 MEMS是微机电系统(Micro-Electro-Mechanical System)的英文缩写，是指将微结构的传感技术、致动技术和微电子控制技术集成于一体，形成同时具有“传感－计算(控制)－执行”功能的智能微型装置或微型系统[1]。 随着技术的兴起和发展，MEMS已成为继微电子技术之后在微尺度研究领域中的又一次革命。MEMS通过力、电、磁等能量的转换来实现自身的特有功能，涉及多种物理场的互相耦合，因此它是一个多能量域耦合作用的极其复杂的系统。 2.MEMS的特点 一般地说MEMS具有以下几个非约束性的特征： （1）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。尺寸在毫米到微米范围之内，区别于一般宏(Macro)，即传统的、大于1cm 尺度的“机械”，并非进入物理上的微观层次。（2）以硅为主要材料，机械电器性能优良：硅的强度、硬度和杨氏模量与铁相当，密度类似于铝，热传导率接近钼和钨。基于(但不限于)硅微加工技术制造。 （3）批量生产大大降低了MEMS 产品成本。用硅微加工工艺在一片硅片上同时可制造出成百上千个微型机电装置或完整的MEMS，批
量生产使性能价格比比之传统“机械”制造技术大幅度地提高。（4）集成化。可以把不同功能、不同敏感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，甚至把多种功能器件集成在一起，形成复杂的微系统。微传感器、微执行器和微电子器件集成在一起可制造成可靠性、稳定性很高的MEMS。 3.MEMS的研究领域 作为一门交叉学科，MEMS的研究和开发更是为了在微观领域探索新原理、开发新功能、制造新器件。由于MEMS具有体系小、重量轻、能耗低、集成度高和智能化程度高等一系列优点，MEMS的研究领域不仅与微电子学密切相关，而且还广泛涉及到机械、材料、光学、流体、化学、热学、声学、磁学、自动控制、仿真学等学科，技术影响遍及包括各种传感器件、医疗、生物芯片、通信、机器人、能源、武器、航空航天等领域[2-5]，所以MEMS技术是一门多学科的综合技术。 MEMS的研究包括理论基础、技术基础和应用与开发研究。MEMS 理论基础研究主要包括由于尺寸的微小型化、结构材料以及加工方法的不同带来的一些新的理论问题。结构尺寸效应和微小型化理论，如:力的尺寸效应、微结构表面效应、微观摩擦机理、热传导、误差效应和微构件材料性能等等。尺寸减小到一定程度，有些宏观物理量甚至要重新定义，随着尺寸减小，需要进一步研究微结构力学、微动力学、微液体力学、微磨擦学、微电子学、微光学和微生物学等。 4.MEMS的应用
1.1 MEMS概况 1.1.1 MEMS的定义 MEMS是微机电系统（Micro-Electro-Mechanical Systems）的英文缩写。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，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是随着半导体集成电路微细加工技术和超精密机械加工技术的发展而发展起来的，目前MEMS加工技术还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。 微机电系统MEMS(Micro-Electro-Mechanical Systems)是一种全新的必须同时考虑多种物理场混合作用的研发领域，相对于传统的机械，它们的尺寸更小，最大的不超过一个厘米，甚至仅仅为几个微米，其厚度就更加微小。采用以硅为主的材料，电气性能优良，硅材料的强度、硬度和杨氏模量与铁相当，密度与铝类似，热传导率接近钼和钨。采用与集成电路（IC）类似的生成技术，可大量利用IC生产中的成熟技术、工艺，进行大批量、低成本生产，使性价比相对于传统“机械”制造技术大幅度提高。完整的MEMS是由微传感器、微执行器、信号处理和控制电路、通讯接口和电源等部件组成的一体化的微型器件系统。其目标是把信息的获取、处理和执行集成在一起，组成具有多功能的微型系统，集成于大尺寸系统中，从而大幅度地提高系统的自动化、智能化和可靠性水平。 1.1.2 MEMS的相关技术主要有以下几种： 1．微系统设计技术主要是微结构设计数据库、有限元和边界分析、CAD/CAM仿真和模拟技术、微系统建模等，还有微小型化的尺寸效应和微小
我国机电行业发展现状及问题分析 （2013年） 1我国机电产业发展现状 1．1成为国民经济的支柱 集货物贸易、技术贸易和服务贸易于一身的机电产品贸易，是国际贸易及国际高新技术产品贸易的主导产业，也是衡量一个国家参与经济全球化分工能力和外贸竞争力的重要标志。机电产品在世界出口商品中占60％以上。机电产业涉及机械、电子、汽车、轻工等多个行业。作为我国国民经济的支柱产业之一，长期以来受到了国家政策的重点扶持和保护，近些年迅速发展，显示出良好的发展前景，目前国内生产厂家多达十万家。加入WTO以来，我国机电产业更是迎来了新的发展机遇。据海关资料显示，上世纪80年代中期至90年代中期，我国外贸增长主要是靠轻工产品和纺织品服装来实现的；而从上世纪90年代中期到本世纪这十多年来，则主要靠机电产品的增长来支撑，我国外贸顺差的70％已是由机电产品实现的。从1994年至今，机电产品连续成为我国第一大类出口商品，机电产业成为推动我国经济增长的主要力量。在保持总量快速增长的同时，机电产品出口结构明显改善，出口质量稳步提升，出口市场更加多元化，出口主体迅猛增长，成为推动我国对外贸易发展和促进国民经济增长的重要力量。
1．2国际竞争力不断提升 我国机电产品出口中，自动数据处理设备、家电及消费类电子、通信设备、电子元器件四大类技术含量较高、附加值较大的大宗重点产品带动出口。随着机电产品出口总额的不断提升，我国已经成为机电产品出口的大国之一。上世纪80年代中期我国机电产品出口排在世界第28位。约占世界机电产品贸易额的2‰；上世纪90年代出口上升至第15位，但出口额仅相当于美国、日本的1／7、德国的1／6；2000年我国机电产品出口占世界机电产品出口总额的34％。2005年我国机电产品出口占世界机电产品出口总额的比重提升至8.5%。在世界机电产品出口国排位升至第四，仅次于德国、美国和日本。2006年，我国机电产品出口是上世纪90年代的12.5倍，占出口总额的比重为56.7％。在世界机电产品出口总额的比重超过10％。仅次于德国和美国，居世界第三，迈人世界机电产品出口贸易大国行列。 2发展中的问题 2．1行业关联度减低 从机电出口产品的集中指数来看，集中程度越来越高，且出口市场的集中度也一直维持在一个较高的水平，这说明我国出口产品结构和市场相对单一，这将不利于规避市场风险，容易引起机电产品出口波动。从长远看，这会影响中国机电产品国际竞争力的提升和产业升级创新的实现。 2．2自主创新能力欠缺
MEMS技术发展现状及发展趋势 MEMS系统在工业、信息通信、国防、航空航天、航海、医疗、生物工程、农业、环境和家庭服务等领域有着潜在的巨大应用前景，它将成为本世纪最重要的科技领域和主要的支柱技术之一。 目前对MEMS的需求产业主要来自于汽车工业、通信网络信息业、军事装备应用、生物医学工程；而按专业MEMS分四大类：生物MEMS技术、光学、MEMS技术、射频MEMS技术、传感MEMS 技术。 1.总述 1.1生物MEMS技术 生物MEMS系统具有微型化、集成化、成本低的特点。功能上有获取信息量大、分析效率高、系统与外部连接少，具有实时通信、连续检测的特点。国际上生物MEMS的研究已成为热点，在不久将为生物、分析化学分析系统带来一场重大的革新。 CardioMEMS公司采用MEMS技术制成心血管微传感器可测量动脉的压力，该传感器就像汽车里的EZPass设备(一种在高速公路入口无需停车即可完成付费的自动感应装置)一样工作，本身不带电源，读取信息时在外面用一个感应棒启动传感器即可得到此人动脉的所有相关数据。利用MEMS还能制作出智能型外科器械，减少手术风险和时间，缩短病人康复时间，降低治疗的费用。Verimetra公司正
在利用MEMS把现有手术器械转变成智能型手术器械，可用于多种场合，包括小手术、肿瘤、神经、牙科和胎儿心脏手术等。 药物注入是生物医学MEMS另一个可能有巨幅增长潜力的领域，MicroChipd公司正在开发的一种药物注入系统利用了硅片或聚合物微芯片，其上带有成千上万个微型贮液囊，里面充满药物、试剂及其它药品。这些微芯片能够向人体注入药物，使止痛剂、荷尔蒙以及类固醇之类的注入方式发生革命性的变化。类似这样的生物医学新进展还将催生出新型器械，如便携式掌上型透析机等。 1.2光学MEMS技术 随着信息技术、光信息技术的迅猛发展，MEMS发展的又一领域是与光学结合。即综合微电子、微机械、光电子技术等基础技术，开发新型光器件称为微光机电系统MOEMS，它能把各种MEMS机构件与微光学器件、光波导器件、半导体激光器、光电检测器件等完整地集成在一起，形成一种全新的功能系统。目前较成功的应用科学研究主要集中在两方面：一是基于MOEMS的新型显示、投影设备，主要研究如何通过反射面的物理运动进行光的空间调制，典型代表为新型投影仪、数字微镜阵列芯片和光栅光阀。二是通信系统，主要研究通过微镜的物理运动来控制光路发生预期的改变，较成功的有光开关、关调制器、光滤波器及复用器等光通信器件
1、M E M S的概念？列举三种以上M E M S产品及应用？ 微机电系统(MEMS：Micro Electro-Mechanical System)指微型化的器件或器件组合，把电子功能与机械的、光学的或其他的功能相结台的综合集成系统，采用微型结构(包括集成微电子、微传感器和微执行器；这里“微”是相对于宏观而言)，使之能在极小的空间内达到智能化的功效。 微机电系统主要特点在于：(1)能在极小的空间里实现多种功能；(2)可靠性好、重量小且能耗低； (3)可以实现低成本大批量生产。 主要应用领域、产品：压力传感器、惯性传感器、流体控制、数据存储、显示芯片、生物芯片、微型冷却器、硅材油墨喷嘴、通信等。 2、何谓尺度效应？在MEMS设计中，如何利用尺度效应？ 当构件缩小到—定尺寸范围时将会出现尺寸效应，即尺寸的减小将引起响应频率、加速度特性以及单位体积功率等—系列性能的变化。构件特征尺寸L与动力学特性关系如表所示。 不同性质的作用力与尺寸的依赖关系不同，从而在微观研究中所占比重有所不同。例如，电磁力与尺寸是L2，L3，L4的关系，幂次较高，从而相对影响铰小；而静电力与尺寸是L0，L-2的关系，幂次较低，影响程度较大。 3、湿法刻蚀和干法刻蚀的概念及其在MEMS中的应用？ 刻蚀就其形式来说可分为有掩膜刻蚀和无掩膜刻蚀，无掩膜刻蚀较少使用。有掩膜刻蚀又可分为湿法刻蚀和干法刻蚀。湿法刻蚀一般用化学方法，这种方法刻蚀效率高，成本低，但是其刻蚀精度不高，公害产重(用大量的化学试剂)。干法刻蚀种类很多，有溅射刻蚀、离于铣、反应离子刻蚀和等离子刻蚀等。干法刻蚀中包括了化学反应和物理效应，因此其刻蚀精度较高，且适用于各种材料，包括半导体、导体和绝缘材料。 刻蚀分为湿法到蚀和干法刻蚀。它是独立于光刻的重要的一类微细加工技术，但刻蚀技术经常需要曝光技术形成特定的抗蚀剂膜，而光刻之后一般也要靠刻蚀得到基体上的微细图形或结构，所以刻蚀技术经常与光刻技术配对出现。经常采用的化学异向刻蚀方法又称为湿法刻蚀，它具有独持的横向欠刻蚀特性，可以使材料刻蚀速度依赖于晶体取向的特点得以充分发挥。干法刻蚀是指利用一些高能束进行刻蚀。以往的硅微细加工多采用湿法刻蚀。 4、键合的概念，有几种形式？有何用途？ 一个微型机电系统集微传感器、驱动器及处理器于一体，是一个复杂的智能微系统。其制造工艺，有硅表面微加工工艺、硅的体微加工工艺、硅微电子工艺以及非硅材料的微加工工艺。因此，如果把一个微机电系统建筑于同一硅基片上，那它首先不能克服微系统需用硅及作硅材料多样性上的矛盾；其次它无法解决微传感器、微处理器以及微驱动器集成于同一基片结构复杂性的矛盾；最后，在同一基片上无法解决硅表面及体微加工、非硅材料微加工工艺相容性上的矛盾。 如果将整个微机电系统按结构、材料及微加工工艺的不同，分别在不同基片上执行微加工工艺，然后将两片或多片基片在超精密装配设备上对准，并通过键合手段，把它们连接成一完整的微系统，这是获得低成本、高合格率及质量可靠的微系统的唯一途径。因此，键合技术成为微机电系统制作过程中的重要微加工工艺之一，它是微系统组封装技术的重要组成部分。 键合技术主要可分为硅熔融键合（SFB）和静电键合两种。 按界面的材料性质，键合工艺总体上可分为两大范畴，即硅／硅基片的直接键合和硅／硅基片的间接键合，后者又可扩展到硅／非硅材料或非硅材料之间的键合。对于硅／硅间接键合，按键合界面沉积的材料不同，其键合机制也不同，如沉积的是玻璃膜，按不同的玻璃性质，可以进行阳极键合或低温熔融键合；如果沉积的是金膜(或锡膜)，则进行共晶键合；用环氧或聚酰亚胺进行直接粘合。此外，还可借助于其他手段，如超声、热压及激光等技术进行键合。
2014年微机电系统MEMS行业分析报告 2014年1月
目录 一、MEMS：智能化时代的核心交互器件 (3) 1、MEMS简介 (3) 2、MEMS发展历程 (4) 3、汽车电子、消费电子和医疗电子是MEMS主要应用领域 (4) 二、智能化时代来临，MEMS迎来黄金发展期 (5) 1、消费电子领域：智能手机等智能终端快速普及驱动MEMS出货量倍增.5 （1）智能手机和平板电脑开启MEMS在消费电子领域应用的新篇章 (6) （2）可穿戴设备MEMS市场启动在即，增长潜力大 (8) 2、医疗电子：MEMS应用最有潜力的领域之一 (9) 3、汽车电子：仍将惯性增长 (11) 4、市场容量预测 (12) 5、从长期来看，物联网崛起将打开MEMS应用的蓝海 (13) 三、MEMS行业技术壁垒高，市场集中度高 (14) 1、技术壁垒高，新产品开发周期长 (14) 2、市场集中度高 (16) 四、国内MEMS产业发展相对滞后，但有望加速 (18) 1、国内市场空间巨大 (18) 2、政策助推，国内MEMS产业有望提速 (19) 3、国内企业在中低端市场已经开始有所突破 (22) 五、相关公司概况 (23) 六、主要风险 (24)
一、MEMS：智能化时代的核心交互器件 1、MEMS简介 在智能化时代，随着技术进步及应用终端朝着“短、小、轻、薄”方向发展，对传感器设备的微型化、低功耗等性能提出了新的要求，MEMS正好适应这一潮流，迎来了黄金发展期。 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，简言之，其工作原理是外部环境物理、化学和生物等信号输入，通过微传感器转换成电信号，经过信号处理（模拟信号或数字信号）后，由微执行器执行动作，达到与外部环境“互动”的功能。
微电子学与集成电路分析 1微电子学与集成电路解读 微电子学是电子学的分支学科，主要致力于电子产品的微型化，达到提升电子产品应用便利和应用空间的目的。微电子学还属于一门综合性较强学科类型，具体的微电子研究中，会用到相关物理学、量子力学和材料工艺等知识。微电子学研究中，切实将集成电路纳入到研究体系中。此外，微电子学还对集成电子器件和集成超导器件等展开研究和解读。微电子学的发展目标是低能耗、高性能和高集成度等特点。集成电路是通过相关电子元件的组合，形成一个具备相关功能的电路或系，并可以将集成电路视为微电子学之一。集成电路在实际的应用中具有体积小、成本低、能耗小等特点，满足诸多高新技术的基本需求。而且，随着集成电路的相关技术完善，集成电路逐渐成为人们生产生活中不可缺少的重要部分。 2微电子发展状态与趋势分析 2.1发展与现状 从晶体管的研发到微电子技术逐渐成熟经历漫长的演变史，由晶体管的研发→以组件为基础的混合元件（锗集成电路）→半导体场效应晶体管→MOS电路→微电子。这一发展过程中，电路涉及的内容逐渐增多，电路的设计和过程也更加复杂，电路制造成本也逐渐增高，单纯的人工设计逐渐不能满足电路的发展需求，并朝向信息化、高集成和高性能的发展方向。现阶段，国内对微电子的发展创造了良好的发展空间，目前国内微电电子发展特点如下：（1）微电子技术创新取得了具有突破性的进展，且逐渐形成具有较大规模的集成电路设计产业规模。对于集成电路的技术水平在0.8~1.5μm，部分尖端企业的技术水平可以达到0.13μm。（2）微电子产业结构不断优化，随着技术的革新产业结构逐渐生成完整的产业链，上下游关系处理完善。（3）产业规模不断扩大，更多企业参与到微电子学的研究和电路中，有效推动了微电子产业的发展，促使微电子技术得到了进一步的完善和发展。 2.2发展趋势 微电子技术的发展中，将微电子技术与其他技术联合应用，可以衍生出更多
微系统集成与封装技术发展现状与趋势探讨 李晨 王杨 中国电子科技集团公司发展战略研究中心 微系统原来是指MEMS（微机电系统），在欧洲被称为微系统，在美国被称为MEMS，在日本被称为微机器。 如今，美国DARPA的MTO给予微系统技术的定义是：赋予未来能力的一项综合系统技术能力。欧洲对微系统技术的定义是：两类以上技术的微集成。美国军方权威专家评价这是一项引发武器装备新一轮革命性变革的重大创举，是未来战场对抗的核心技术。对我国来说，微系统是继集成电路之后的下一个基础性、战略性、先导性产业，是关注太空、海洋、战略预警和电磁的技术基础。 微系统涉及微电子、光电子、MEMS、架构、算法五方面的集成。微电子、光电子和MEMS 器件是微系统的核心硬件，而架构和算法是构成微系统的宏观基础。本文分别以传感—信息处理—通信与导航—电源管理—集成微细统（功能集成）、新材料—设计方法—制造工艺—系统封装（研发流程）为主线介绍了几十项MTO和IPTO主持的微系统项目，分析微系统的国外技术发展现状。接下来分析了微系统技术的未来发展趋势，包括后摩尔定律将成为指导微系统发展的新规律、三维异构集成是微系统的核心集成技术、向纳米尺度发展、与生物技术相结合、与信息系统一体化等。 由于在未来5~10年，微系统的三维异构集成技术在我国难以应用于大规模批量生产，但在MCM的基础上利用封装技术发展功能集成的微系统可能是比较现实的技术途径。除了实现功能集成，封装还能提高微系统的可信度、抗辐照等特殊环境适应能力，是实现关注海洋、太空、战略预警和电磁的技术途径之一。美国的NASA正在大力开展NEPP项目，希望国内引起足够重视。 在对比分析国内外技术发展差距的基础上，本文总结了国内制约微系统发展的主要问题，包括对微观性与系统性协同发展认识不足、需求超前探索力度不够、系统性研究不够、传统的微电子与MEMS研发水平落后、基础平台投入不足、技术攻关方向不够聚焦与明确、科技情报与技术发展战略研究力量不足等。最后，针对上述问题、未来技术发展趋势和我国国情提出了推动我国微系统技术发展的措施建议，包括加强科技情报与发展战略研究、加强需求牵引落实具体重大项目、创新微系统研发的合作模式、加强领军人才培养、创新项目运作管理模式等。
习题3-16 一根细长的硅梁受到纵向张应力的作用。力的大小为1mN ，横截面积为20um*1um 。纵向的杨氏模量为120GPa 。求出梁的相对伸长量（百分比）。如果硅的断裂应变为0.3%，那么要加多大力梁才会断裂？ 答：伸长量 l EA Fl l 00042.010 *1*10*20*10*12010*16693 ===?--- 相对伸长量 %042.0%100*=?=l l δ 极限力 mN EA F 2.710*1*10*20*10*120*%3.0669max ===--δ 习题3-19 求出下面所示悬臂梁的惯性矩。材料是单晶硅。悬臂梁纵向的杨氏模量为140GPa 。 答：惯性矩 4193 66310*07.112 )10*40(*10*2012m wt I ---== 习题11-4
下面是北京大学微系统所给出的MEMS标准工艺，以一个MEMS中最主要的结构——梁为例介绍MEMS表面加工工艺的具体流程。 1.硅片准备 2.热氧生长二氧化硅(SiO2)作为绝缘层 3.LPCVD淀积氮化硅(Si3N4)作为绝缘及抗蚀层 4.LPCVD淀积多晶硅1(POLY1)作为底电极 5.多晶硅掺杂及退火 6.光刻及腐蚀POLY1，图形转移得到POLY1图形 7.LPCVD磷硅玻璃(PSG)作为牺牲层 8.光刻及腐蚀PSG，图形转移得到BUMP图形 9.光刻及腐蚀PSG形成锚区 10.LPCVD淀积多晶硅2(POLY2)作为结构层 11.多晶硅掺杂及退火 12.光刻及腐蚀POLY2，图形转移得到POLY2结构层图形 13.溅射铝金属(Al)层 14.光刻及腐蚀铝层，图形转移得到金属层图形 15.释放得到活动的结构
1、微机电制造工艺有哪些，及其主要技术特征是哪些？ 目前，常用的制作微机电系统器件的技术主要有三种。 第一种是以日本为代表的利用传统机械加工手段，即利用大机器制造小机器，再利用小机器制造微机器的方法。 第二种是以美国为代表的利用化学腐蚀或集成电路工艺技术对硅材料进行加工，形成硅基微机电系统器件。 第三种是以德国为代表的LIGA(即光刻、电铸和塑铸)技术，它是利用X射线光刻技术，通过电铸成型和塑铸形成深层微结构的方法。 上述第二种方法与传统IC工艺兼容，可以实现微机械和微电子的系统集成，而且适合于批量生产，已经成为目前微机电系统的主流技术。LIGA技术可用来加工各种金属、塑料和陶瓷等材料，并可用来制做深宽比大的精细结构(加工深度可以达到几百微米)，因此也是一种比较重要的微机电系统加工技术。LIGA技术自八十年代中期由德国开发出来以后得到了迅速发展，人们已利用该技术开发和制造出了微齿轮、微马达、微加速度计、微射流计等。第一种加工方法可以用于加工一些在特殊场合应用的微机械装置，如微型机器人、微型手术台等。 2、在微机电系统制造过程中，常用的材料有哪几种，每一种材料的优缺点。陶瓷、金属、硅材料。常用的是硅。硅的优点？回答出主要特征。 答：压电材料、记忆合金、巨磁材料、 半导体材料：硅及其化合物等 电致伸缩材料：压电陶瓷、氧化锌、石英等 磁致伸缩材料：镍钛合金 压电材料的优点1、充当容性负载, 在静态操作时需要非常小的功率,简化电源需求。2、充当容性负载,需要非常小的功率在静态操作,简化电源需求。3、可达到大约1/1000的张力 记忆合金的优点1、产生很大的力2、比着其他材料有很大的变形3、没有污染和噪声 缺点 1 延迟效应2、根据专门的应用必须分类 硅是用来制造集成电路的主要原材料。由于在电子工业中已经有许多实用硅制造极小的结构的经验，硅也是微机电系统非常常用的原材料。硅的物质特性也有一定的优点。单晶体的硅遵守胡克定律，几乎没有弹性滞后的现象，因此几乎不耗能，其运动特性非常可靠。此外硅不易折断，因此非常可靠，其使用周期可以达到上兆次。一般微机电系统的生产方式是在基质上堆积物质层，然后使用平板印刷和蚀刻的方法来让它形成各种需要的结构。硬度非常强，相对较轻 3、在制造微机电系统时，其中最主要的环节是框架，主要由哪几种工艺，每一种工艺的条件制作薄膜有几种工艺，每一种工艺的优缺点。 硅表面微机械加工技术包括制膜工艺和薄膜腐蚀工艺。制膜工艺包括湿法制膜和干式制膜。湿法制膜包括电镀（LIGA工艺）、浇铸法和旋转涂层法、阳极氧化工艺。其中LIGA工艺是利用光制造工艺制作高宽比结构的方法，它利用同步辐射源发出的X射线照射到一种特殊的PMMA感光胶上获得高宽比的铸型，然后通过电镀或化学镀的方法得到所要的金属结构。干式制膜主要包括CVD（Chemical Vapor Deposition）和PVD（Physical Vapor Deposition）。薄膜腐蚀工艺主要是采用湿法腐蚀，所以要选择合适的腐蚀液。 3、在制造微机电系统时，其中最主要的环节是frame，主要由哪几种工艺，每一种工艺的条件制作薄膜有几种工艺，每一种工艺的优缺点。
3-1建设背景：申报专业所面向的行业产业现状及发展趋势分析。 3-1-1、机电一体化技术概述 机电一体化是一门新兴的技术，正处于高速发展阶段，代表着机械工业技术革命的发展方向。一般认为，机电一体化技术是一门跨学科的综合性较高的技术，是由微电子技术、计算机技术、信息技术、机械技术及其他技术相融合而构成的一门独立的交叉性的综合性技术。目前，国际上普遍采用日本机械振兴协会的定义：“机电一体化是在机械的主功能、动力功能、信息功能和控制功能上引进微电子技术，并将机械装置与电子装置用相关软件有机结合而构成的系统的总称”，涉及机械制造技术、电子技术、信息处理技术、测试和传感器技术、控制技术、接口技术、计算机技术、伺服驱动等多种技术。机电一体化技术对现代工业的发展有巨大的推动力，因此世界各国都在大力推广机电一体化技术。 3-1-2、行业产业现状及人才需求分析 近年来，全球制造业始终面临着转型升级和可持续发展的挑战。2013 年4 月，德国开启了“工业4.0 ”第四次工业革命。“工业 4.0”是基于对制造业前景的预测而制订的前瞻性计划，试图呈现以信息物理系统（Cyber-Physical Systems,CPS,被译为“信息物理融合系统”）为核心，引领第四次工业革命的生产体系。“工业4.0 ”主要包括两个主题，即“智能工厂”与“智能生产”。“智能生产”的基本设想是制造的产品集成有动态数字存储器、感知和通信能力，承载 着在其整个供应链和生命周期中所需的各种必需的信息；整个生产价值链中所集成的生产设施能够实现重组与自配置，能够根据当前的状况灵活地决定生产过程。智能生产目标是满足用户的各种需求，建立一个高度灵活的个性化和数字化的产品与服务的生产模式。实现智能生产的主要手段之一是采用“智能技术系统”。 我国机电一体化经过多年的发展和积累，机电一体化取得了巨大进步。但发展并不完善，现阶段我国机电一体化技术水平与发达国家相比仍有相当大的差距，机电一体化水平仍有待提高。2015 年 5 月，我国发布了“中国制造2025”行动纲领。该纲领将制造业定位成“立国之本，兴国之器，强国之基”，并提出了建设制造业强国的三步走战略：第一步，2015 ～2025 年，迈入制造强国行列；第二步，2025 ～2035 年，达到制造强国中等水平；第三步，2035 ～2049 年，进入世界制造强国前列，建成全球领先的技术和产业体系。我们应该借鉴工业
论述危机电系统（MEMS）原理应用以及发展趋势 090920413 贾猛机制四班首先，我们了解什么叫MEMS。 MEMS是微机电系统（Micro-Electro-Mechanical Systems）的英文缩写。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，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是随着半导体集成电路微细加工技术和超精密机械加工技术的发展而发展起来的，目前MEMS加工技术还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发展的目标在于，通过微型化、集成化来探索新原理、新功能的元件和系统，开辟一个新技术领域和产业。MEMS可以完成大尺寸机电系统所不能完成的任务，也可嵌入大尺寸系统中，把自动化、智能化和可靠性水平提高到一个新的水平。21世纪MEMS将逐步从实验室走向实用化，对工农业、信息、环境、生物工程、医疗、空间技术、国防和科学发展产生重大影响。 微机电系统基本上是指尺寸在几厘米以下乃至更小的小型装置，是一个独立的智能系统，主要由传感顺、作动器(执行器)和微能源三大部分组成。微机电系统涉及物理学、化学、光学、医学、电子工程、材料工程、机械工程、信息工程及生物工程等多种学科和工程技术。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。微机电系统在国民经济和军事系统方面将有着广泛的应用前景。主要民用领域是医学、电子和航空航天系统。美国已研制成功用于汽车防撞和节油的微机电系统加速度表和传感器，可提高汽车的安全性，节油10%。仅此一项美国国防部系统每年就可节约几十亿美元的汽油费。微机电系统在航空航天系统的应用可大大节省费用，提高系统的灵活性，并将导致航空航天系统的变革。例如，一种微型惯性测量装置的样机，尺度为2厘米×2厘米×0.5厘米，重5克。在军事应用方面，美国国防部高级研究计划局正在进行把微机电系统应用于个人导航用的小型惯性测量装置、大容量数据存储器件、小型分析仪器、医用传感器、光纤网络开关、环境与安全监测用的分布式无人值守传感等方面的研究。该局已演示以微机电系统为基础制造的加速度表，它能承受火炮发射时产生的近10.5个重力加速度的冲击力，可以为非制导弹药提供一种经济的制导系统。设想中的微机电系统的军事应用还有：化学战剂报警器、敌我识别装置、灵巧蒙皮、分布式战场传感器网络等。 MEMS的特点是： 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、硬度和杨氏模量与铁相当，密度类似铝，热传导率接近钼和钨。 3)批量生产：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成在一起，形成复杂的微系统。微传感器、微执行器和微电子器件的集成可制造出可靠性、稳定性很高的MEMS。 5)多学科交叉：MEMS涉及电子、机械、材料、制造、信息与自动控制、物理、化学和生物等多种学科，并集约了当今科学技术发展的许多尖端成果。 MEMS发展现状及市场规模：MEMS技术发展日新月异，各种新产品不断涌现。随着新微机电系统和微系统产品的诞生和不断发展，这些产品的市场扩展非常迅速，MEMS产品在商业市场的每个方面都将占据主导地位。根据市场研究机构The Information Network预估，2008年全球MEMS应用市场将成长11%，市场规模可达78亿美元，其中MEMS在消费电子应用比例可近五成，规模将为35亿美元，预估到2012年全球MEMS应用市场规模将达154亿美元，其中MEMS消费电子应用规模可成长至71亿美元。iSuppli的报告则指出，手机将会是MEMS 下一阶段最具潜力的应用市场，成长预期可超过PC周边和汽车感测领域；到2012年MEMS在手机领域的应用规模将达8.669亿美元，约为2007年3.048亿美元的3倍，出货量达2.009亿颗,是2007年的4倍。市调机构Yole Development的报告更为乐观，其预计2012年MEMS零组件在手机应用市场规模可望达到25亿美元。