MEMS是由微加工技�(shù)制備,特征結(jié)�(gòu)在微米尺度(1um~0.1mm范圍)的,集成有�傳感�、微致動(dòng)�、微電子信號(hào)處理與控制電路等部件的微型系�(tǒng)。其中微傳感器獲取外部信息,微電子信�(hào)處理與控制電路處理信息并作出決策,微致動(dòng)器執(zhí)行決��
MEMS系統(tǒng)器和器件的尺寸十分微小,通常在微米量�(jí),微小的尺寸不僅使得MEMS能夠工作在一些常�(guī)�(jī)電系�(tǒng)�(wú)法介入的微小空間�(chǎng)�,而且意味著系�(tǒng)具有微小的質(zhì)量和消耗,微小的尺寸通常還為MEMS器件帶來(lái)更高的靈敏度和更好的�(dòng)�(tài)特��80[%]以上的MEMS采用硅微工藝�(jìn)行制�,使其具有大批量生產(chǎn)模式,制造成本因而得以大大降�。在單一芯片�(nèi)�(shí)�(xiàn)�(jī)電集成也是MEMS�(dú)有的特點(diǎn)。單片集成系�(tǒng)能夠避免雜合系統(tǒng)中有各種連接所帶來(lái)的電路寄生效�(yīng),因此可�(dá)到更高的性能并更加可靠,單片集成有利于節(jié)約成�。組件裝配特別困�,目前許多MEMS都是�(shè)�(jì)成不需要裝配或者具有自裝配功能的系�(tǒng)。MEMS�(gòu)件的加工誤差�,使用的材料也較為單一,三維加工能力明顯不��
MEMS技�(shù)的發(fā)展已�(jīng)�(kāi)辟了一�(gè)全新的技�(shù)�(lǐng)域和�(chǎn)�(yè),基于MEMS技�(shù)制作的微傳感�、微�(zhí)行器、微型構(gòu)�、微�(jī)械光�(xué)器件、真空微電子器件、電力電子器件等在航�、航天、汽�(chē)、生物醫(yī)�(xué)、環(huán)境監(jiān)�、軍事以及幾乎人們所接觸到的所有領(lǐng)域中都有著十分廣闊的�(yīng)用前�。MEMS技�(shù)正發(fā)展成為一�(gè)巨大的產(chǎn)�(yè),就象近20年來(lái)微電子產(chǎn)�(yè)和計(jì)算機(jī)�(chǎn)�(yè)給人類帶�(lái)的巨大變化一�,MEMS也正在孕育一�(chǎng)深刻的技�(shù)變革并對(duì)人類社會(huì)�(chǎn)生新一輪的影響。目前MEMS市場(chǎng)的主�(dǎo)�(chǎn)品為壓力傳感器、加速度�(jì)、微陀螺儀、墨水噴咀和硬�(pán)�(qū)�(dòng)頭等。大多數(shù)工業(yè)觀察家�(yù)�(cè),未�(lái)5年MEMS器件的銷(xiāo)售額將呈迅速增�(zhǎng)之勢(shì),年平均增加率約�18[%],因此對(duì)�(duì)�(jī)械電子工�、精密機(jī)械及儀器、半�(dǎo)體物理等�(xué)科的�(fā)展提供了極好的機(jī)遇和�(yán)峻的挑戰(zhàn)�
MEMS所帶來(lái)的輪商業(yè)化浪潮在20世紀(jì)70年代�80年代�,當(dāng)�(shí)用大型蝕刻硅片結(jié)�(gòu)和背蝕刻膜片制作壓力傳感�。由于薄硅片振動(dòng)膜在壓力下變�,會(huì)影響其表面的壓敏電阻曲線,這種變化可以把壓力轉(zhuǎn)換成電信�(hào)。后�(lái)的電路則包括電容感應(yīng)移動(dòng)�(zhì)量加速計(jì),用于觸�(fā)汽車(chē)安全氣囊和定位陀螺儀�
第二輪商�(yè)化出�(xiàn)�20世紀(jì)90年代,主要圍繞著PC和信息技�(shù)的興�。TI公司根據(jù)靜電�(qū)�(dòng)斜微鏡陣列推出了投影儀,而熱式噴墨打印頭�(xiàn)在仍然大行其��
第三輪商�(yè)化可以說(shuō)出現(xiàn)于世紀(jì)之交,微光學(xué)器件通過(guò)全光�(kāi)�(guān)及相�(guān)器件而成為光纖通訊的補(bǔ)�。盡管該市場(chǎng)�(xiàn)在蕭條,但微光學(xué)器件從長(zhǎng)期看�(lái)將是MEMS一�(gè)增長(zhǎng)�(qiáng)勁的�(lǐng)��
目前MEMS�(chǎn)�(yè)呈現(xiàn)的新趨勢(shì)是產(chǎn)品應(yīng)用的�(kuò)展,其開(kāi)始向工業(yè)、醫(yī)�、測(cè)試儀器等新領(lǐng)域擴(kuò)張。其它應(yīng)用正推動(dòng)第四輪商�(yè)�,包括一些面向射頻無(wú)源元�、在硅片上制作的音頻、生物和神經(jīng)元探�,以及所謂的'片上�(shí)�(yàn)�'生化藥品�(kāi)�(fā)系統(tǒng)和微型藥品輸送系�(tǒng)的靜�(tài)和移�(dòng)器件�
1、微系統(tǒng)�(shè)�(jì)技�(shù) 主要是微�(jié)�(gòu)�(shè)�(jì)�(shù)�(jù)�(kù)、有限元和邊界分析、CAD/CAM仿真和模擬技�(shù)、微系統(tǒng)建模等,還有微小型化的尺寸效�(yīng)和微小型理論基礎(chǔ)研究等課�,如:力的尺寸效�(yīng)、微�(jié)�(gòu)表面效應(yīng)、微觀摩擦�(jī)�、熱傳導(dǎo)、誤差效�(yīng)和微�(gòu)件材料性能��
2 微細(xì)加工技�(shù) 主要指高深度比多層微�(jié)�(gòu)的硅表面加工和體加工技�(shù),利用X 射線光刻、電鑄的LIGA 和利用紫外線的準(zhǔn)LIGA 加工技�(shù);微�(jié)�(gòu)特種精密加工技�(shù)包括微火花加�、能束加�、立體光刻成形加�;特殊材料特別是功能材料微結(jié)�(gòu)的加工技�(shù);多種加工方法的�(jié)�;微系統(tǒng)的集成技�(shù);微�(xì)加工新工藝探索等�
3 微型�(jī)械組裝和封裝技�(shù) 主要指粘接材料的粘接、硅玻璃靜電封接、硅硅鍵合技�(shù)和自�(duì)�(zhǔn)組裝技�(shù),具有三維可�(dòng)部件的封裝技�(shù)、真空封裝技�(shù)等新封裝技�(shù)�
4 微系�(tǒng)的表征和�(cè)試技�(shù) 主要有結(jié)�(gòu)材料特性測(cè)試技�(shù),微小力�(xué)、電�(xué)等物理量的測(cè)量技�(shù),微型器件和微型系統(tǒng)性能的表征和�(cè)試技�(shù),微型系�(tǒng)�(dòng)�(tài)特性測(cè)試技�(shù),微型器件和微型系統(tǒng)可靠性的�(cè)量與�(píng)�(jià)技�(shù)�
目前,常用的制作MEMS 器件的技�(shù)主要有三種�
種是以日本為代表的利用傳�(tǒng)�(jī)械加工手�,即利用大機(jī)器制造小�(jī)�,再利用小機(jī)器制造微�(jī)器的方法�
第二種是以美�(guó)為代表的利用化學(xué)腐蝕或集成電路工藝技�(shù)�(duì)硅材料�(jìn)行加�,形成硅基MEMS 器件�
第三種是以德�(guó)為代表的LIGA(即光�、電鑄和塑鑄)技�(shù),它是利用X 射線光刻技�(shù),通過(guò)電鑄成型和塑鑄形成深層微�(jié)�(gòu)的方��
上述第二種方法與傳統(tǒng)IC 工藝兼容,可以實(shí)�(xiàn)微機(jī)械和微電子的系統(tǒng)集成,而且適合于批量生�(chǎn),已�(jīng)成為目前MEMS 的主流技�(shù)。LIGA 技�(shù)可用�(lái)加工各種金屬、塑料和陶瓷等材�,并可用�(lái)制做深寬比大的精�(xì)�(jié)�(gòu)(加工深度可以�(dá)到幾百微�),因此也是一種比較重要的MEMS 加工技�(shù)。LIGA 技�(shù)自八十年代中期由德國(guó)�(kāi)�(fā)出來(lái)以后得到了迅速發(fā)�,人們已利用該技�(shù)�(kāi)�(fā)和制造出了微齒輪、微馬達(dá)、微加速度�(jì)、微射流�(jì)等。種加工方法可以用于加工一些在特殊�(chǎng)合應(yīng)用的微機(jī)械裝�,如微型�(jī)器人、微型手�(shù)�(tái)�。下面主要介� LIGA 和硅MEMS 技�(shù)�
LIGA 技�(shù) :LIGA 技�(shù)是將深度X 射線光刻、微電鑄成型和塑料鑄模等技�(shù)相結(jié)合的一種綜合性加工技�(shù),它是�(jìn)行非硅材料三維立體微�(xì)加工的工�� LIGA 技�(shù)制作各種微圖形的�(guò)程主要由兩步�(guān)鍵工藝組成,即首先利用同步輻射X 射線光刻技�(shù)光刻出所要求的圖�,然后利用電鑄方法制作出與光刻膠圖形相反的金屬模�,再利用微塑鑄制備微�(jié)�(gòu)�
LIGA 技�(shù)為MEMS 技�(shù)提供了一種新的加工手段。利用LIGA 技�(shù)可以制造出由各種金�、塑料和陶瓷零件組成的三維微�(jī)電系�(tǒng),而用它制造的器件�(jié)�(gòu)具有深寬比大、結(jié)�(gòu)精細(xì)、側(cè)壁陡�、表面光滑等特點(diǎn),這些都是其它微加工工藝很難達(dá)到的�
硅基MEMS 技�(shù):以硅為基礎(chǔ)的微�(jī)械加工工藝也分為多種,傳�(tǒng)上往往將其歸納為兩大類,即體硅加工工藝和表面硅加工工藝。前者一般是�(duì)體硅�(jìn)行三維加�,以襯底單晶硅片作為�(jī)械結(jié)�(gòu);后者則利用與普通集成電路工藝相似的平面加工手段,以�(單晶或多�)薄膜作為�(jī)械結(jié)�(gòu)�
在以硅為基礎(chǔ)的MEMS 加工技�(shù)中,最�(guān)鍵的加工工藝主要包括深寬比大的各向異性腐蝕技�(shù)、鍵合技�(shù)和表面犧牲層技�(shù)�。各向異性腐蝕技�(shù)是體硅微�(jī)械加工的�(guān)鍵技�(shù)。濕法化�(xué)腐蝕是最早用于微�(jī)械結(jié)�(gòu)制造的加工方法。常用的�(jìn)行硅各向異性腐蝕的腐蝕液主要有EPW 和KOH �,EPW 和KOH �(duì)濃硼摻雜硅的腐蝕速率很慢,因此可以利用各向異性腐蝕和濃度選擇腐蝕的特�(diǎn)將硅片加工成所需要的微機(jī)械結(jié)�(gòu)。利用化�(xué)腐蝕得到的微�(jī)械結(jié)�(gòu)的厚度可以達(dá)到整�(gè)硅片的厚度,具有較高的機(jī)械靈敏度,但該方法與集成電路工藝不兼容,難以與集成電路�(jìn)行集�,且存在難以�(zhǔn)確控制橫向尺寸精度及器件尺寸較大等缺�(diǎn)。為了克服濕法化�(xué)腐蝕的缺�(diǎn),采用干法等離子體刻蝕技�(shù)已經(jīng)成為微機(jī)械加工技�(shù)的主�
。隨著集成電路工藝的�(fā)展,干法刻蝕深寬比大的硅槽已不再是難�。例如采用感�(yīng)耦合等離子體、高密度等離子體刻蝕�(shè)備等都可以得到比較理想的深寬比大的硅槽� 鍵合技�(shù)是指不利用任何粘合劑,只是通過(guò)化學(xué)鍵和物理作用將硅片與硅片、硅片與玻璃或其他材料緊密地�(jié)合起�(lái)的方法。鍵合技�(shù)雖然不是微機(jī)械結(jié)�(gòu)加工的直接手�,卻在微�(jī)械加工中有著重要的地�。它往往與其他手段結(jié)合使�,既可以�(duì)微結(jié)�(gòu)�(jìn)行支撐和保護(hù),又可以�(shí)�(xiàn)�(jī)械結(jié)�(gòu)之間或機(jī)械結(jié)�(gòu)與集成電路之間的電學(xué)連接�
在MEMS 工藝中,最常用的是�/硅直接鍵合和�/玻璃靜電鍵合技�(shù),最近又�(fā)展了多種新的鍵合技�(shù),如硅化物鍵合、有�(jī)物鍵合等� 表面犧牲層技�(shù)是表面微�(jī)械技�(shù)的主要工�,其基本思路為:首先在襯底上淀積犧牲層材料,并利用光刻、刻蝕形成一定的圖形,然后淀積作為機(jī)械結(jié)�(gòu)的材料并光刻出所需要的圖形,再將支撐結(jié)�(gòu)層的犧牲層材料腐蝕掉,這樣就形成了懸浮的可�(dòng)的微�(jī)械結(jié)�(gòu)部件。常用的�(jié)�(gòu)材料有多晶硅、單晶硅、氮化硅、氧化硅和金屬等,常用的犧牲層材料主要有氧化硅、多晶硅、光刻膠��
1 研究方向多樣化和縱深� MEMS 技�(shù)的研究日益多樣化,MEMS 技�(shù)涉及軍事、民用等各�(gè)�(lǐng)�。從研究深度上來(lái)�(shuō),MEMS 的發(fā)展規(guī)律是�(chǎn)生比傳統(tǒng)�(jī)電系�(tǒng)更的�(chǎn)�。例如微光機(jī)電系�(tǒng)(MOEMS)就是微�(jī)電系�(tǒng)與光�(xué)技�(shù)相結(jié)�,有希望解決全光交換�(jī)的光通信瓶頸。目前開(kāi)展的MOEMS �(xiàng)目主要有:可�(diào)諧光器件—� 利用MOEMS 技�(shù)可制造出可動(dòng)腔鏡,獲得很大的�(diào)諧范�,與半導(dǎo)體激光器集成成為可調(diào)諧激光源;光可變衰減器和光調(diào)制器——MOEMS 通過(guò)微檔板插入光纖間隙的深度控制兩光纖的耦合程度,實(shí)�(xiàn)可變光衰�;光�(kāi)�(guān)和光�(kāi)�(guān)陣列 ——MOEMS 將機(jī)�(gòu)�(jié)�(gòu)、微觸動(dòng)�、微光學(xué)元件集成在同一襯底上,具有操縱方便、插入損耗小、串音干擾低等特�(diǎn)。MOEMS 的目�(biāo)是制成全光功能模塊和系統(tǒng),如全光終端�(jī)、全光交換機(jī)��
2 加工工藝多樣� 加工工藝有傳�(tǒng)的體硅加工工�、表面犧牲層工藝、溶硅工�、深槽刻蝕與鍵合相結(jié)合的加工工藝、SCREAM工藝、LIGA 加工工藝、厚膠與電鍍相結(jié)合的金屬犧牲層工�、MAMOS 工藝、體硅工藝與表面犧牲層工藝相�(jié)合等,具體的加工手段更是多種多樣�
3 系統(tǒng)的�(jìn)一步集成化和多功能� 集成化、智能化和多功能化的微系�(tǒng)將有的性能,在軍事、醫(yī)�(xué)和生物研�、核電等�(lǐng)域有著誘人的�(yīng)用前�� 4.4MEMS 器件芯片制造與封裝�(tǒng)一考慮 MEMS 器件與集成電路芯片的主要不同在于:MEMS 器件芯片一般都有活�(dòng)部件,比較脆�,在封裝前不利于�(yùn)輸。所�,MEMS 器件芯片制造與封裝�(yīng)�(tǒng)一考慮�
5 普通商用低性能MEMS 器件與高性能特殊用途MEMS 器件并存 以加速計(jì)為例,既有大量的只要求精度為0.5g 以上�,可廣泛�(yùn)用于汽車(chē)安全氣囊等具有很高經(jīng)�(jì)�(jià)值的加速度�(jì),也有要求精度為10-8 �,可�(yīng)用于航空、航天等高科技�(lǐng)域的加速度�(jì)�
維庫(kù)電子�,電子知�(shí),一查百��
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