MEMS系统简介及实例分析
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质量块通过锚anchor， 铰链hinge，或弹簧spring 与底座连接。绿色部分 固定在底座。 当感应到加速度时，质量 块相对底座产生位移，电 容大小的变化可以产生 电流信号供其信号处理 单元采样
谢谢
机电 — 刘强 2016412045
MESE，Micro-Electro-Mechanical-System.
MEMS INTRODUCTION
Application of MEMS Technology
MEMS technology
MEMS micro accelerometer
以微电子、微机械及材料科 学为基础，研究、设计、制 造、具有特定功能的微型装 置，包括微结构器件、微传 感器、微执行器和微系统等 学科交叉现象极其明显，主 要涉及微加工技术，机械学 /固体声学理论，热流理论， 电子学，生物学等特征长度 从1μm到1mm
MEMS与IC在不同的硅片上制造好了再粘合在同一个封装内
MEMS技术应用
优点：体积小、重量轻、功耗低、可靠性高、灵 敏度高、易于集成 通信移动设备 以智能手机为主的移动设备中， 应用了大量传感器以增加其智能性
可穿戴/植入式领域 智能手表等穿戴设备， 以及医疗中MEMS实现人体感官功能 喷墨打印机 打印喷嘴 惯性传感器 导航、虚拟现实和体感输入， 汽车安全气囊和ABS防抱死系统
把MEMS的“机械”（运动或 传感）部分制作在沉积于硅 晶体的表面膜（如多晶硅、 氮化硅等）上，然后使其局 部与硅体部分分离，呈现可 运动的机构
复合微机械加工
Bulk micromachining
包括去加工（腐蚀）、附着 加工（镀膜）、改质加工 （掺杂）和结合加工（键合） 腐蚀技术主要包括干法腐蚀 和湿法腐蚀，也可分为各向 同性腐蚀和各向异性腐蚀.
MEMS需要专门的电子电路IC进行采样或 驱动，一般分别制造好MEMS和IC粘在同 一个封装内可以简化工艺，如图3。不过具 有集成可能性是MEMS技术的另一个优点。 正如之前提到的，MEMS和ASIC (专用集 成电路)采用相似的工艺，因此具有极大地 潜力将二者集成，MEMS结构可以更容易 地与微电子集成。然而，集成二者难度还 是非常大，主要考虑因素是如何在制造 MEMS保证IC部分的完整性。例如，部分 MEMS器件需要高温工艺，而高温工艺将 会破坏IC的电学特性，甚至熔化集成电路 中低熔点材料。
Composite micromachining
微加工工艺中有时需要将两 块微加工后的基片粘结起来， 可以获得复杂的结构，实现 更多的功能。将基片结合起 来的办法有焊接、融接、压 接（固相结合）、粘接、阳 极键合、硅直接键合、扩散 键合等方法.
体硅微机械加工技术
表面微机械加工技术
LIGA技术
—LI， Lithographier ，即深度X射
开关、继电器 体积小，速度快
1
硅基微机械加工技术
以美国为代表的以集成电路加工技术为基础
Hale Waihona Puke Baidu
MEMS加 工技术
2
LIGA技术
以德国为代表发展起来的利用X射线深度光刻、 微电铸、微铸塑
3
精密加工技术
以日本为代表，如微细电火花EDM、超声波 加工
硅基微机械加工技术
体硅微机械加工技术
表面微机械加工技术 Surface micromachining
线刻蚀；
—G，Galvanformug，即电铸成型； —A，Abformug，即塑料铸膜
LIGA技术是深度X射线刻 蚀、电铸成型、塑料铸膜 等技术的完美结合。 LIGA工艺问世以来，被 认为是最有前途的三维微 细加工技术。
准LIGA技术
A 紫外光光刻成模 B 电铸或化学镀及制模 C 塑铸
MEMS加速度计
MEMS的快速发展是基于相对成熟 的微电子技术、集成电路技术及其 加工工艺 MEMS需要专门的电子电路IC进行 采样或驱动，一般分别制造好 MEMS和IC粘在同一个封装内可以 简化工艺
从硅原料到硅片过程
MEMS器件加工技术并非机械式。相反，它们采用类似于集成电路批 处理式的微制造技术。批量制造能显著降低大规模生产的成本。若 单个MEMS传感器芯片面积为5 mm x 5 mm，则一个8英寸(直径20 厘米)硅片(wafer)可切割出约1000个MEMS传感器芯片，分摊到每 个芯片的成本则可大幅度降低。因此MEMS商业化的工程除了提高产 品本身性能、可靠性外，还有很多工作集中于扩大加工硅片半径 （切割出更多芯片），减少工艺步骤总数，以及尽可能地缩传感器 大小。
谢谢
机电 — 刘强 2016412045
MESE，Micro-Electro-Mechanical-System.
MEMS INTRODUCTION
Application of MEMS Technology
MEMS technology
MEMS micro accelerometer
以微电子、微机械及材料科 学为基础，研究、设计、制 造、具有特定功能的微型装 置，包括微结构器件、微传 感器、微执行器和微系统等 学科交叉现象极其明显，主 要涉及微加工技术，机械学 /固体声学理论，热流理论， 电子学，生物学等特征长度 从1μm到1mm
MEMS与IC在不同的硅片上制造好了再粘合在同一个封装内
MEMS技术应用
优点：体积小、重量轻、功耗低、可靠性高、灵 敏度高、易于集成 通信移动设备 以智能手机为主的移动设备中， 应用了大量传感器以增加其智能性
可穿戴/植入式领域 智能手表等穿戴设备， 以及医疗中MEMS实现人体感官功能 喷墨打印机 打印喷嘴 惯性传感器 导航、虚拟现实和体感输入， 汽车安全气囊和ABS防抱死系统
把MEMS的“机械”（运动或 传感）部分制作在沉积于硅 晶体的表面膜（如多晶硅、 氮化硅等）上，然后使其局 部与硅体部分分离，呈现可 运动的机构
复合微机械加工
Bulk micromachining
包括去加工（腐蚀）、附着 加工（镀膜）、改质加工 （掺杂）和结合加工（键合） 腐蚀技术主要包括干法腐蚀 和湿法腐蚀，也可分为各向 同性腐蚀和各向异性腐蚀.
MEMS需要专门的电子电路IC进行采样或 驱动，一般分别制造好MEMS和IC粘在同 一个封装内可以简化工艺，如图3。不过具 有集成可能性是MEMS技术的另一个优点。 正如之前提到的，MEMS和ASIC (专用集 成电路)采用相似的工艺，因此具有极大地 潜力将二者集成，MEMS结构可以更容易 地与微电子集成。然而，集成二者难度还 是非常大，主要考虑因素是如何在制造 MEMS保证IC部分的完整性。例如，部分 MEMS器件需要高温工艺，而高温工艺将 会破坏IC的电学特性，甚至熔化集成电路 中低熔点材料。
Composite micromachining
微加工工艺中有时需要将两 块微加工后的基片粘结起来， 可以获得复杂的结构，实现 更多的功能。将基片结合起 来的办法有焊接、融接、压 接（固相结合）、粘接、阳 极键合、硅直接键合、扩散 键合等方法.
体硅微机械加工技术
表面微机械加工技术
LIGA技术
—LI， Lithographier ，即深度X射
开关、继电器 体积小，速度快
1
硅基微机械加工技术
以美国为代表的以集成电路加工技术为基础
Hale Waihona Puke Baidu
MEMS加 工技术
2
LIGA技术
以德国为代表发展起来的利用X射线深度光刻、 微电铸、微铸塑
3
精密加工技术
以日本为代表，如微细电火花EDM、超声波 加工
硅基微机械加工技术
体硅微机械加工技术
表面微机械加工技术 Surface micromachining
线刻蚀；
—G，Galvanformug，即电铸成型； —A，Abformug，即塑料铸膜
LIGA技术是深度X射线刻 蚀、电铸成型、塑料铸膜 等技术的完美结合。 LIGA工艺问世以来，被 认为是最有前途的三维微 细加工技术。
准LIGA技术
A 紫外光光刻成模 B 电铸或化学镀及制模 C 塑铸
MEMS加速度计
MEMS的快速发展是基于相对成熟 的微电子技术、集成电路技术及其 加工工艺 MEMS需要专门的电子电路IC进行 采样或驱动，一般分别制造好 MEMS和IC粘在同一个封装内可以 简化工艺
从硅原料到硅片过程
MEMS器件加工技术并非机械式。相反，它们采用类似于集成电路批 处理式的微制造技术。批量制造能显著降低大规模生产的成本。若 单个MEMS传感器芯片面积为5 mm x 5 mm，则一个8英寸(直径20 厘米)硅片(wafer)可切割出约1000个MEMS传感器芯片，分摊到每 个芯片的成本则可大幅度降低。因此MEMS商业化的工程除了提高产 品本身性能、可靠性外，还有很多工作集中于扩大加工硅片半径 （切割出更多芯片），减少工艺步骤总数，以及尽可能地缩传感器 大小。