微机电系统技术与智能系统集成

激光微型投影仪三星(Sumsung)公司
使用固体激光器和MEMS微镜技术。激光投影仪图像清晰鲜 艳，而其提供自动调焦功能。
爬进静脉的微型机器人
以色列理工大学
该机器人使用MEMS技术制造，由磁场驱动，运动速度 可以达到9mm/s，不需要自身供电。该机器人还可以停 泊在病人体内，其微臂能够吸引到血管壁上，并能经受 血压的冲击。
压力传感器在汽车中的应用
主要用途
•发动机控制和传动系统。例如：流量绝对压力测量，气压 测量，排气回流测量，燃料压力测量。 •悬挂/制动和牵引控制系统。例如：轮胎压力监测，主动 悬挂液压测量。 •驾驶与乘座环境控制系统。例如：座椅腰部支撑压力测量， 空调控制压力传感器
加速度传感器在汽车中的应用
Systems (MEMS) ������ ( US) – Implies ―electrical component or functionality‖ – Implies ―mechanical component or functionality‖ Microsystems or Microsystems Technology (MST) ������ ( Europe) – ―Very small systems‖ – ―Systems made of small components‖
微型惯性测量组合MIMU
（Intertial Measurement Uint-IMU） 工作原理 陀螺仪测量姿态和转动的角速度，保持对加速度对 准的方向进行跟踪；加速度计测量加速度的变化 典型用途 提供运动物体姿态、位置和速度的信息，各种航 空航天平台及飞行器的制导系统 代表产品 美国德雷珀实验室，尺寸2cm×2cm×0.5cm，质 量约5g，陀螺的漂移不稳定性10°/h，加速度计 精度为250μg 作为微执行器的特点 寿命、可靠性高（无转动的部件） 成本低 体积和重量小
6个分系统：传感器系统、信息处理与自主导航系 统、通信系统、机动系统、破坏系统、驱动电源 固定式微型机器人 分布式战场微型传感器网络 探测人员、车辆运动信息，查明敌人军队部署调动 布撒、收集信息方式 移动式微型机器人 以色列微型飞行军事机器人——2007年 昆虫微型机器人 从携带到控制，从体外到体内，欺骗性更大 日本东京大学蟑螂机器人

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Concept MEMS Intelligent system Combined MEMS and intelligent system Development Tendency
Concept



微机电系统（MEMS）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。 智能系统(Intelligent system)是根据人工 智能原理构成的智能信息处理系统，它是专 家系统、神经网络、模糊控制的总称，它通 过信息处理技术求解问题的解答。 以微处理器为核心的电子系统，可以很容易 将计算技术与实用技术结合在一起，组成新 一代的“智能型系统”。
微机电系统技术与智能系统集成导论
朱嘉林 北京信息科技大学电工电子实验教学中心
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Concept MEMS Intelligent system Combined MEMS and intelligent system (example） Development Tendency
MEMS加速度传感器通过倾斜、晃动等动 作实现对用户界面、游戏等的操控，给人 们与设备之间的交互带来全新的体验。
意法半导体-单轴和多轴MEMS （微机电系统）陀螺仪。
在空中操作的三维鼠标和遥控器
荷兰飞利浦公司
MEMS显示器(美国Pixtronix)
LED背光、两片玻璃面板、MEMS快门、TFT基板组成。 MEMS快门的尺寸约为160×160μm，最快切换时间为 100μs。该显示器能耗仅是LCD的1/4 。
军事意义 •减少人员伤亡 •完成一些士兵难以进行的侦察 任务 •提高武器作战的消费比、降低 军费开支 •已成为信息战的重要组成部分 代表产品：美国，翼展12.7cm，重量50g，推力 0.127N，飞行速度57-114km/h，飞行距离60-120km， 25g甲烷/h
MEMS系统的代表——微型军用机器人
安全气囊 工作范围0-±50g 安装位置：汽车发生碰撞时受到挤压的部位/非挤 压的区域 悬挂系统 测量范围为0-2g。 暴露恶劣环境中，需复杂封装，价格高于安全气囊的 加速度计 防锁定制动系统（anti-lock braking system） 用于中档和高档的汽车
三、MEMS在生化、医学上的应用
Si Micro-maching process
MEMS fall into three general classifications; Bulk micromachining, Surface micromachining, High-aspect-ratio micromachining (HARM).

No specific bias on functionality or manufacturing method
Micromachines
������
(Japan)
微机电系统
(China)
Scale sizes for microsystems
一、MEMS在军事上的应用
武器制导和个人导航芯片上的惯性导航组合 超小型、超低功率无线通信（RF MEMS）的机电信号处理 军备跟踪、环境监控、安全勘测的无人值导分布式传感器 系统 小型分析仪器、推进和燃烧控制的集成微流量系统 武器安全、保险和引信 有条件保养的嵌入式传感器和执行器 高密度、低功耗的大规模数据存储器件 敌友识别系统、显示和光纤开关的集成微光学机械器件 飞机分布式空气动力学控制和自适应光学的主动、共形表 面
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Concept MEMS Intelligent system Combined MEMS and intelligent system (example） Development Tendency
What is MEMS?
Micro-electro-mechanical
MEMS系统的代表——微型无人驾驶飞机 特点——小、轻、廉价、功能强
作用
低空侦察、通信 近敌电子干扰 携高能炸药攻击敌雷达和通信中枢 战场毁伤评估和生化武器的探测 城市作战，侦察、探测、查找敌对分子、窃听 边境巡逻、毒品禁运 通信中继 环境研究 自然灾害的监视与支援 大型牧场和城区监视等
MEMS系统的代表——微型无人驾驶飞机
JPL-Developed Microgyros
Its dimensions are 4 by 4 millimeters, its weight is less than one gram
Silicon Sensing Systems Japan Ltd. Rate Gyroscope
The materials of MEMS （Silicon）
发展方向——血管内手Βιβλιοθήκη Baidu、颅内手术及细胞手术
MEMS Examples
BoschMAP engine control pressure sensor
Motorola airbag accelerometer
Ford ISAAC two-chip accelerometer
MEMS with rotary bearing surfaces and interlocking gears (Sandia National Laboratories)
前提：神经尚健全 原理：与神经连线，光声信息采用-转换成电信号-分配 到不同电极连线——刺激神经 条件：经过条件反射训练
人工胰腺 葡萄糖传感器+胰腺素补充泵
体内显微手术、检查、释药
三大组成部分 运动、探测（要求可视化）、操作
优缺点 微创/无创——利用人体天生的入口或极小切口，避免损 伤健康的组织，康复快、痛感小 效果好——直接针对病毒 药量小——避免对健康组织的药物作用 操作困难 已有应用——消化道（肠道、胆结石去除）、耳鼻喉科、 泌尿、妇科
MEMS + Intelligent system 智能微系统


微机电系统（MEMS）用于信息的采集、处理、 计算、以及环境和宏观系统的控制，可以增加智 能化系统的行为能力、功用及效果。 MEMS技术与微电子智能技术相互融合、将传感 器、执行器、信号采集、数据处理、控制电路一 体化混合集成在一块三维基片上，以构成一能完 成一种或多种功能的智能微系统，导致了智能化 MEMS概念的出现。
二、MEMS在汽车上的应用
传感器对汽车的作用： 汽车是传感器第二大市场，每台车40到上百个传感器 汽车发展趋势（智能化）需要更多传感器，特别是安全方面
MEMS传感器在汽车应用中的优势：成本、性能、可靠、轻
应用位置： 安全气囊、ABS制动、测速、防撞、发动机燃烧状态、减振等 主要应用产品：MEMS加速度传感器、 MEMS压力传感器
Ultra-precision fabrication based on the traditional technology and special fabrication technology;
MEMS fabrication technology IC process


The fabrication process of MEMS based on the IC is borrowed from the process of Integrated Circuit. IC process: wafer process: Single silicon produced, Cutting, Grind-polishing, cleaning etc.. IC fabrication process: film deposition, Photolithography, expose, doping, etch, dicing and packing etc..
Si PROPERTIES
Why Use Silicon?
Microfabrication Technology of MEMS
Three kinds of technology


Ultra-precision fabrication based on the traditional technology and special fabrication technology; Micromachine process technology based on the IC fabrication technology; Some micromachine fabrication technology on developing with better future. Such as LIGA, etc..
World’s smallest helicopter is constructed from parts made using LIGA process. With a length of 24 millimeters and a weight of 0.4 grams the helicopter takes off at 40,000 rpm. With a diameter of only 1.9 millimeters the electromagnetic motors can reach an incredible revolution speed of nearly half a million rpm on the one hand, and a considerable torque of 7.5 µ Nm on the other hand.
微型加速度传感器在侵彻武器引信中的应用
侵彻武器概念与作用 美国在90年代初期开始研究硬目标灵巧引信（ETSF） 要求 •大量程、高g值——测量量程在几万g到十几万g •很好的抗过载能力——硅材料内部缺陷少 典型产品
美国ENDEVCO公司，90年代，20万g，压阻式加速度微 传感器，7270A
作用： 替代器官植入 体内量微手术 微量检测 医学成像 MEMS的优势：微型特别适合体内、细胞尺度的作用 产品形式特点：具体开发，形式多样
人工器官植入
心脏起搏器/人工心脏
1960年第一个起博器，双稳态多谐振荡器电路 原理：刺激心房和心室的心肌 2007年移植人工心脏成活 原来与现在工作模式 耳蜗植入/ MEMS替代有缺陷的视网膜