微光机电

微机电系统技术与应用随着科技的不断进步，微机电系统技术作为新兴技术在应用领域中迅速崛起，并取得了极大的进展。

本文将深入探讨微机电系统技术的基础知识、发展历程以及其在各种领域中的应用。

一、微机电系统技术的基础知识微机电系统，简称MEMS，是指微小机电系统，主要由微机电元器件组成。

其主要原理是“微小化、整合化、智能化、多功能化”。

微机电系统技术自20世纪60年代就开始出现，随着纳米技术、信息技术、生物技术等相关技术的发展，它的应用领域也越来越广泛。

微机电系统技术主要包括微机械、微传感、微制造、微流体、微生物等学科，涵盖了力学、电学、光学、生物学等多个学科的交叉研究。

它不仅能够实现微小化的设计和制造，而且在许多领域中应用非常广泛，例如，医疗、航空航天、通讯、汽车等领域。

二、微机电系统技术的发展历程微机电系统技术的发展历程可以概括为四个阶段：起源期、发展期、成熟期和全面应用期。

起源期是20世纪60年代到70年代初，当时主要以生物学、医学为主要应用领域，主要研究微机械和微生物学。

发展期是70年代中期到80年代末期。

随着信息技术和微电子技术的快速发展，微机电元器件的制造技术得到了飞速发展，微传感器、微流体系统、微光机电系统等得到了广泛的应用。

成熟期是90年代，微机电技术逐步成熟、产业化，已发展起了芯片级、封装级和系统级的MEMS制造技术路线。

全面应用期是21世纪，微机电技术逐渐从传统的行动终端领域，向智能家居、智慧物流、智能医疗等领域延伸，未来其应用领域将更加广泛。

三、微机电系统技术在各种领域中的应用1. 医疗领域微机电系统技术在医疗领域的应用非常广泛，例如微型心脏起搏器、微型“人工肝”、体内检测等。

除此之外，微流控芯片、微制造技术也在医疗设备的制造中扮演着重要的角色，为医疗诊断和治疗提供了更多的选择。

2. 航空航天领域在航空和航天领域，微机电系统技术主要应用于姿态控制、气动力学、失速预警等方面。

微型惯性器件也可以用于导航和制导。

微光机电系统总结MOEMS(Micro Optical Electro-Mechanical-System) 是指微电子、微机械与光电子技术的整合，它是在微机电（MEMS）的基础上发展起来的一种新技术系，在信息、工业、医学等方面有广阔的应用前景。

它的前身可追溯到1946年2月15日在美国诞生的第一台电子计算机ENIAC。

随着技术和工艺的的革新，渐渐趋于小型化，微型化。

1987年10月IEEE的机器人和自动化委员会组织了有关讨论会，会后来自MIT、Berkeley、Stanford和NSF的15名科学家提出了“小机器,大机遇:关于新兴领域——微动力学的报告”的国家计划建议书，并引起美国政府的高度重视，从此微机电系统——MEMS技术正式诞生。

微光技术的发展可以追溯到1960年半导体激光波导的出现，微电子技术的发展则来自于1958年完整晶体管电路的出现，1967年Nathanson发明的谐振闸电晶体结合了电与机械。

MOEMS是MEMS在21世纪产生的重要应用之一，光子学的引入使常见的MEMS机械部件更为可靠。

光的引用体现了以下的优势：比率高，消耗低，干扰低；光与微机电都具有高度的平行性；很小的芯片上可以集成许多微型的设备。

普通机械和MOEMS最重要的区别是，MOEMS不需要体力性质的装配，而是装置在螺线管中以构造出三维结构。

MOEMS微光学设备可完成普通光学设备的基本功能，这样会减小许多光学系统的成本、尺寸和重量，特别是在一些特殊的环境下使用的光学仪器，如航天、核生化、机器人、汽车、生物医学等。

因而微光机电系统在通信、军事、航空航天、工业、医学等领域有着广阔的应用前景，尤其是在通信领域中有着非常诱人的发展前景。

采用微光机电系统的技术将光纤通信系统中的许多诸如波分复用器、光发射与接收装置以及其它补偿器、调制器、隔离器、衰减器、光开关等重要器件集成于微光机电系统中，对于开发新一代高速光纤传输系统 ,以及提高通信系统的容量、传输速率、信噪比等都具有十分重要的意义。

光机电一体化技术一、光机电一体化技术的基本概念光机电一体化技术是指将光学、机械学、电子学、信息处理和控制及专用软件等当代各种新技术进行综合集成的一种群体技术。

光机电一体化系统主要有五个组成部分:动力、机构、执行器、计算机和传感器,组成一个功能完善的柔性自动化系统,其中计算机、传感器和计算机软件是光机电一体化技术的重要组成要素。

光机电一体化系统具有结构简单、功能多、效率高、精度高、能耗低的特点,与传统的机械产品比较,光机电一体化产品至少有以下3 个优点:1. 原有的机构产品中增加信息处理装置及相应软件,来替代原有产品的部分机械控制机构,不仅提高了自动化程度,而且能大大提高产品质量,降低生产成本,提高经济效益。

2. 以光机电一体化技术为主的新型产品,与原机械产品相比,不仅结构简单,而且功能增加,精度提高。

3. 将光电子技术、传感器技术、控制技术与机械技术各自的优势结合起来,形成综合化优势,可开发出具有多种功能、智能化的高新技术产品。

二、光机电一体化技术的运用光机电一体化技术的运用主要包括在设计中和在加工制造中的运用。

光机电一体化技术在设计中的运用也就是光机电一体化设计,它要求设计者不仅要熟悉光学系统、机械结构、传感学、信息处理和控制等方面的知识,而且要熟悉计算机的硬件接口和软件设计方面的知识。

光机电一体化技术在加工制造中的运用主要包括各种激光加工技术、先进制造技术、工业生产过程控制和精密检测技术。

1.设计中的运用1) 信息处理技术(1) 计算机①进行大量的数据采集和处理; ②数字式或图像式生动明确的显示结果; ③对误差进行修正和补偿; ④利用计算机的高速运算和存储能力,提高系统的分析、实时反应速度; ⑤对图像信息进行自动处理和自动识别; ⑥通过网络进行协同工作和信息共享;⑦以计算机作为上位机、可编程控制器( PLC) 作为下位机可使系统具有层次结构,接口合理,便于维护。

(2) 软件①人工智能(包含各种遗传算法、神经网络数据处理方法、专家系统及决策支持系统) ,可优化数据处理,提高运行速度,并可提高决策能力和正确率; ②网络技术,可共享资源(包括数据、硬件和信息)和协同工作; ③仿真技术,可评估运行效果以辅助决策; ④良好、简便的人机交互界面。

MEMS（Micro-Electro-Mechanical System s，微机电系统）是指将微型机械、微型执行器、信号处理和控制电路等集于一体的可批量制作的微型器件或系统。

而MOEMS是 Micro-Opto-Electro- Mechanical Sy ST em的缩写，意为微光机电系统，把微光学应用到微机电系统中，这是MEMS在光通信中的重要应用。

微光电机械芯片通常是指包含一个以上微机械元件的光系统或光电子系统，其应用将遍及光通信、光显示、数据存储、自适应光学及光学传感等多个方面。

随着光通信的快速发展，作为光网络节点的光互连与光交换的地位越来越重要。

光交换器件是以光为核心实现光的通断和交叉连接的系统部件，不存在光电转换。

MEMS光开关具备了低损耗和高稳定的优点，且与传输的数据速率和信号协议无关。

实用化的MEMS光开关原理十分简单，其结构实质上是一个二维微镜片阵列，当进行光交换时，通过移动或改变镜片角度，把光直接送到或反射到光开关的不同输出端。

MEMS光开关是利用机械开关的原理，但又能像波导开关那样，集成在单片硅基底上，因此兼有机械光开关和波导光开关的优点，同时克服了它们所固有的缺点。

MEMS光开关响应速度和可靠性大大提高，插入损耗和串音低，偏振和波长相关损耗也非常低，对不同环境的适应能力良好，功率和控制电压较低，并具有闭锁功能。

2 MEMS光开关控制原理2.1 MEMS光开关简介典型的MEMS光开关器件可分为二维和三维结构。

二维MEMS的空间旋转镜通过表面微机械制造技术单片集成在硅基底上，准直光通过微镜的适当旋转被接到适当的输出端。

微铰链把微镜铰接在硅基底上，微镜两边有两个推杆，推杆一端连接微镜铰接点，另一端连接可平移梳妆电极。

转换状态通过调节梳妆电极使微镜发生转动，当微镜为水平时，可使光束从该微镜上面通过，当微镜旋转到与硅基底垂直时，它将反射入射到它表面的光束，从而使该光束从该微镜对应的输出端口输出。

微光机电系统教学大纲微光机电系统教学大纲引言微光机电系统是一门涵盖光学、机械和电子等学科的交叉学科，近年来得到了广泛的关注和研究。

本文将围绕微光机电系统的教学大纲展开讨论，深入探究其内容和结构，以期为相关领域的教学提供一定的参考和指导。

一、课程目标微光机电系统课程的目标是培养学生对微光机电系统的基本概念和原理的理解，以及掌握相关技能和实践能力。

通过该课程的学习，学生将能够熟悉微光机电系统的基本组成和工作原理，掌握相关的设计和分析方法，以及了解其在实际应用中的意义和发展趋势。

二、课程内容1. 基础知识a. 光学基础：光的传播和折射、反射、干涉、衍射等基本原理。

b. 机械基础：力学、材料力学、振动与波动等基本概念和原理。

c. 电子基础：电路理论、电子元器件、信号处理等基本知识。

d. 微电子学基础：半导体器件、集成电路等相关知识。

2. 微光机电系统的组成与原理a. 光学元件：透镜、棱镜、光栅等的基本原理和特性。

b. 机械元件：微驱动器件、微加工技术等的原理和应用。

c. 电子元件：光电二极管、光电传感器等的特性和应用。

d. 系统集成：微光机电系统的设计、制造和集成方法。

3. 微光机电系统的应用a. 光学传感器：光电传感器、光纤传感器等在测量和检测领域的应用。

b. 光学通信：微光机电系统在光纤通信中的应用和发展。

c. 生物医学：微光机电系统在医学影像、生物检测等领域的应用。

d. 其他应用：微光机电系统在信息技术、环境监测等领域的应用。

三、教学方法1. 理论授课a. 通过讲授基础知识和原理，帮助学生建立起对微光机电系统的整体认识。

b. 结合实例和案例分析，加深学生对相关概念和原理的理解。

2. 实验教学a. 设计和实施与微光机电系统相关的实验，培养学生的实践能力和动手能力。

b. 强调实验结果的分析和讨论，培养学生的问题解决能力和团队合作意识。

3. 课程设计a. 鼓励学生进行小组项目设计，培养学生的创新和合作能力。

论微电机系统MEMS以及它的发展趋势摘要:微光机电一体化系统简称微系统, 是当今技术发展的前沿领域之一。

微系统技术的发展将大大地促进许多产品或装置微型化、集成化和智能化, 成倍地提高器件和系统的功能密度、信息密度与互连密度, 大幅度地节能降耗, 有广阔的应用领域和市场，这里主要介绍了微机电系统概念、研究的主要领域和目前的应用领域，重点介绍了MEMS加工技术及其分类，最后给出了该技术的展望。

关键词：微系统；研究领域；MEMS；现状及展望 kk1. MEMS的概念1.1 MEMS的概述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。

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 .2 MEMS 的显著的特征1)微小与精密。

微机械器件在线度与体积上都很细小, 其尺寸一般在毫米到微米范围内。

微机械进行的操作也是极其微细的。

2)机电合一的系统。

由于它的体积微小且操作精密, 即便是最简单的器件也必须由电信号进行控制, 微机械的输出信息也必须由电子系统进行检测和处理。

微机电系统综述摘要：微机电系统(MEMS)是在微电子技术的基础上兴起的一个多学科交叉的前沿领域，集中了当今科学技术发展的许多尖端成果，在汽车电子、航空航天、信息通讯、生物医学、自动控制、国防军工等领域应用前景广阔[1]。

本文介绍了微机电系统起源及研究发展的背景，综述了微机电系统所涉及的器件设计、制作材料、制作工艺、封装与测试等关键技术，介绍了微机电系统在微传感器、微执行器、微机器人、微飞行器、微动力能源系统、微型生物芯片等方面的典型应用，大量先进的MEMS器件有望在未来几十年中从实验室推向实用化和产业化。

关键词：MEMS；微机械加工；封装；测试；应用Abstract;Micro-electromechanical system(MEMS)，developed on the basis of microelectronics，is a scientific research frontier of multidiscipline and assimilates the most advanced achievements in current research and development．MEMS extends into various fields with wide application prospects，such as automotive electronics, aeronautics and astronautics，information communication, biomedicine，auto-control and defense industry，and so on．This paper introduces the basic theory research of MEMS development and its background.Summarizes the key technologies of MEMS such as device design，fabricating material, machining processes ,micro-packaging and testing．Further more，the typical applications and latest development in fields including micro-sensor，micro-actuator，micro-robot，micro air vehicle，micro-power energy system，micro biological chip are discussed．A plenty of advanced MEMS devices would be put into practicality and industrialization from laboratory in recent decades．Keywords:micro-electromechanical system; micro -machining; package; testing; usage1 引言微机电系统简称为MEMS（Micro-Electro-Mechanical System），是利用微米/纳米技术，以微细加工为基础，将微传感器、微执行器和电子电路、微能源等组合在一起的微机电器件、装置或系统。

MEMS封装可靠性测试规范MEMS 封装可靠性测试规范华中科技大学微系统中心MEMS 封装可靠性测试规范1. 引言1.1 MEMS 概念微光机电系统(Micro ElectroMechanical Systems—MEMS)，以下简称 MEMS。

MEMS 是融合了硅微加工、LIGA(光刻、电铸和塑铸)和精密机械加工等多种微加工技术，并应用现代信息技术构成的微型系统。

它在微电子技术的基础上发展起来的，但又区别于微电子技术。

它包括感知外界信息 (力、热、光、磁、电、声等)的传感器和控制对象的执行器，以及进行信号处理和控制的电路。

MEMS 器件和传统的机器相比，具有体积小、重量轻、耗能低、温升小、工作速度快、成本低、功能强、性能好等特点。

MEMS 封装可靠性测试规范所含范围 1.2本可靠性测试规范涉及到在 MEMS 封装工艺中的贴片(包括倒装焊、载带自动焊)、引线键合、封盖等几个重要工艺的可靠性测试。

每步工艺的测试项目可根据具体器件要求选用。

2. 贴片工艺测试2.1 贴片工艺测试要求贴片工艺是将芯片用胶接或焊接的方式连接到基座上的工艺过程。

胶接或焊接的质量要受到加工环境与工作环境的影响，因此要对胶接或焊接的质量与可靠性进行测试。

胶接或焊接处表面应均匀连接，无气孔，不起皮，无裂纹，内部无空洞，并能承受一定的疲劳强度。

在热循环、热冲击、机械冲击、振动、恒定加速度等环境工作时，芯片与基座应连接牢固，不能产生过大的热应力。

芯片与基座无裂纹。

2.2 贴片工艺测试项目测试项目测试说明失效判据外部目检外观缺陷 50 倍放大镜检查芯片剪切强度大于最小剪切强度加力方向应与衬底表面方向平行芯片与基座的附拉力方向应与衬底表面方向垂直大于最小抗拉力着强度芯片与基座连接沿横截面贴光栅，用云纹干涉仪来测应变大于 0.1, 其应力应变场处的应力应变检测焊点或胶接处内部的空隙 X 射线照相空隙长度和宽度小于接触面积的 10, 芯片脱离、有裂纹高温高湿 85?、85,RH、1000h芯片脱离、有裂纹恒定加速度一般 30000g一般 1500g、0.5ms 芯片脱离、有裂纹机械冲击一般-65?,150?、10 次温度循环芯片脱离、有裂纹一般-40?,100?、5min/10sec 热冲击芯片脱离、有裂纹一般 20,2000Hz，20g 芯片脱离、有裂纹扫频振动沿芯片表面法线方向无冲击地拉芯片小于最小外加应力倒装片拉脱试验3.1 引线键合工艺测试要求引线键合工艺是用金或铝线将芯片上的信号引出到封装外壳的管脚上的工艺过程。