微机电系统-MEMS简介_图文

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微机电系统精品PPT课件

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3、MEMS的发展
✓20世纪60年代-,集成电路制造工艺,CD目前已达45nm, 在1mm2内有若干个G以上容量的单元电路 ✓体微加工、深槽加工技术发展,形成MEMS制造技术。典 型代表: 德国LIGA 技术
MEMS发展的重要标志
• 制作水平方面——微马达(静电) • 应用水平方面——Lab-on-a-Chip、微飞行器、微机器人
阻量 =势能变化 / 速度、电流或流量的变化 容量 =质量或位移变化/ 势能变化 惯量 =势能变化/ 流量(速度或电流)每秒的变化
三、MEMS的制造方法概述
MEMS与IC工艺追求不同 • 从二维到“假三维” 、 “真三维” • 以IC平台发展起来为主,非IC工艺日渐丰富
1、在IC加工平台上发展的工艺
第一章 微机电系统(MEMS)概论
内容提要
✓ MEMS的基本概念,与宏观机电系统的对比特征 ✓ MEMS技术的发展过程与大致技术现状 ✓ MEMS典型产品的应用
一、MEMS的形成与发展
1、MEMS的形成基础
学科交叉的产物
机械电子学——机械学、电子学、计算机技术交叉 MEMS——机/电/磁 /光/声/热/液/气/生/化等多学科交叉
写在最后
成功的基础在于好的学习习惯
The foundation of success lies in good habits
21
谢谢大家
与机械电子学的关系
• 不是简单的提升 • 基本组成相同
2、MEMS的特点
MEMS的内涵
•“微” ——尺度效应的作用 •“机电”——拓展向更多物理量的融合 •“系统”——水平、实际应用现状
MEMS的特点
•以实现新功能、特殊性能为前沿目标 •微米量级空间里实现机电功能,提升已有性能(包括微型化、 集成化、高可靠性等) •采用微加工,形成类似IC的批量制造、低成本、低消耗特征

MEMS微机电系统(Micro-Electro-Mechanical Systems)

MEMS微机电系统(Micro-Electro-Mechanical Systems)

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。

MEMS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。

微机电系统MEMS简介

微机电系统MEMS简介

陀螺仪
总结词
用于测量或维持方向的传感器
详细描述
陀螺仪是一种基于角动量守恒原理的传感器,用于测量或维持方向。它通过测量物体旋转轴的方向变 化来工作,通常由高速旋转的陀螺仪转子组成。陀螺仪广泛应用于导航、姿态控制、游戏控制等领域 ,如智能手机、无人机和导弹制导系统等。
压力传感器
总结词
用于测量流体或气体压力的传感器
MEMS市场应用领域
消费电子
汽车电子
医疗健康
工业自动化
MEMS传感器在消费电子产品 中的应用广泛,如智能手机、 平板电脑、可穿戴设备等。这 些设备中的传感器用于运动检 测、加速度计、陀螺仪、气压 计等。
随着汽车智能化的发展, MEMS传感器在汽车领域的应 用也越来越广泛,如车辆稳定 性控制、安全气囊、发动机控 制等。
MEMS材料
单晶硅
单晶硅是MEMS制造中最常用的材料 之一,具有高强度、高刚度和良好的 化学稳定性。
多晶硅
多晶硅在MEMS制造中常用于制造柔 性结构,具有较好的塑性和韧性。
玻璃
玻璃在MEMS制造中常用于制造光学 器件,具有较高的透光性和稳定性。
聚合物
聚合物在MEMS制造中常用于制造生 物传感器和柔性器件,具有较好的生 物相容性和可塑性。
集成化
未来的MEMS系统将更加集 成化,能够将多个MEMS器 件集成在一个芯片上,实现 更高效、更低成本的应用。
03
CATALOGUE
MEMS传感器与器件
加速度传感器
总结词
用于测量 物体运动状态的传感器
详细描述
加速度传感器是一种常用的MEMS传感器,主要用于测量物体运动状态的加速度。它通常由质量块和弹性支撑结 构组成,通过测量质量块因加速度产生的惯性力来计算加速度值。加速度传感器广泛应用于汽车安全气囊系统、 手机和平板电脑的姿态控制、运动检测等领域。

《微机电系统》课件 (2)

《微机电系统》课件 (2)

6. MEMS在生命科学中的应用
MEMS在生命科学领域具有广泛的应用前景。本节将介绍MEMS在医疗领域、 生物检测和环境检测中的应用案例,以及相关的技术发展和挑战。

7. MEMS未来的发展趋势
MEMS技术正在不断发展,为各行各业带来了巨大的影响。本节将回顾MEMS技术的发展历程,并展望未来的 发展方向和市场前景分析。
2. MEMS制造工艺
MEMS制造工艺包括生产MEMS器件所需的工艺流程和技术。本节将介绍常用 的MEMS加工工艺,以及在MEMS制造过程中可能面临的问题和解决方案。
3. MEMS传感器
MEMS传感器是一种将感知物理量转换为电信号的器件。本节将介绍MEMS传感器的基本原理,并重点讨论 MEMS压力传感器、加速度传感器、陀螺仪和微波传感器。
4. MEMS执行器
MEMS执行器是一种能够执行特定任务的器件。本节将介绍MEMS执行器的基本原理,并重点讨论MEMS振动器、 阀门和显示器。
5. MEMS系统集成
MEMS系统集成是将多个MEMS器件和其他电子元器件组合成一个整体系统的 过程。本节将介绍MEMS系统的集成方法、设计要点和未来发展趋势。
微机电系统 PPT课件 (2)
本课件将介绍微机电系统(MEMS)的概述、应用领域、制造工艺、传感器与 执行器、系统集成、在生命科学中的应用、未来发展趋势等内容。
1. 简介
微机电系统(MEMS)是一种将微电子技术与机械工程相结合的多学科交叉领域。本节将概述MEMS的定义、 发展历程和重要性,为后续内容打下基础。
8. 总结
本课件综合介绍了MEMS的概述、制造工艺、传感器与执行器、系统集成、在生命科学中的应用以及未来的发 展趋势。同时探讨了MEMS对未来的影响,以及提高MEMS技术研究和应用水平的挑战与机遇。

微机电系统-MEMS简介.

微机电系统-MEMS简介.
1981年 水晶微机械 (Yokogawa Electric) 1982年“Silicon as a mechanical material” (K. Petersen)
1983年 集成化压力传感器 (Honeywell)
1985年 LIGA工艺 (W. Ehrfeld et al.) 1986年 硅键合技术 (M. Shimbo)
8:21 AM
12
8:21 AM
13
在军事上的应用
MEMS已在空间超微型卫星上得到应用 ,该卫星外形尺寸为 2. 54 cm ×7. 62 cm ×10. 6 cm,重量仅为 250 g 。2000年 1月 ,发射的两颗试验小卫 星是证明空基防御能力增强的一个范例。对小卫星试验来说幸运的是 ,因 其飞行寿命短 ,所以 ,暴露在宇宙辐射之下并不是关键问题。小卫星上基 于硅的 RF开关在太空应用中表现出优异的性能 ,这得益于它的超微小尺
2、MEMS在军事国防上的应用
3、MEMS在汽车工业上的应用
4、MEMS在医疗和生物技术上的应用 5、MEMS在环境科学上的应用
6、MEMS在信息技术领域中的应用
8:21 AM
11
在汽车上的应用
MEMS传感器及其组成的微型惯性测量组合在汽车自动 驾驶、汽车防撞气囊、汽车防抱死系统(ABS)、减震 系统、防盗系统等。GPS定位系统。 *在汽车里作为加速表来控制碰撞时安全气囊防护系统 的施用 * 在汽车里作为陀螺来测定汽车倾斜,控制动态稳定 控制系统 * 在轮胎里作为压力传感器。
8:21 AM
20
影像工作站
OMOM胶囊内镜的工作原理是:患者像服药一样用水将智 能胶囊吞下后,它即随着胃肠肌肉的运动节奏沿着胃→十 二指肠→空肠与回肠→结肠→直肠的方向运行,同时对经 过的腔段连续摄像,并以数字信号传输图像给病人体外携 带的图像记录仪进行存储记录,工作时间达6~8小时,在 智能胶囊吞服8~72小时后就会随粪便排出体外。医生通过 影像工作站分析图像记录仪所记录的图像就可以了解病人 整个消化道的情况,从而对病情做出诊断。 优点: 操作简单:整个检查仅为吞服胶囊、记录与回放观察三个 过程。医生只需在回放观察过程中,通过拍摄到的图片即 可对病情做出准确判断。 安全卫生:胶囊为一次性使用,避免交叉感染 ;外壳采用不 能被消化液腐蚀的医用高分子材料,对人体无毒、无刺激 性 ,能够安全排出体外。 扩展视野:全小肠段真彩色图像清晰微观,突破了小肠检 查的盲区,大大提高了消化道疾病诊断检出率。 方便自如:患者无须麻醉、无须住院,行动自由,不耽误 正常的工作和生活。

微机电系统-MEMS简介_图文PPT53页

微机电系统-MEMS简介_图文PPT53页
微机电系统-MEMS简介_图文

6、黄金时代是在我们的前面,而不在 我们的 后面。

7、心急吃不了热汤圆。

8、你可以很有个性,但某些时候请收 敛。

9、只为成功找方法,不为失败找借口 (蹩脚 的工人 总是说 工具不 好)。

10、只要下定决心克服恐惧,便几乎 能克服 任何恐 惧。因 为,请 记住, 除了在 脑海中 ,恐惧 无处藏 身。-- 戴尔. 卡耐基 。
41、学问是异常珍贵的东西,从任何源泉吸 收都不可耻。——阿卜·日·法拉兹
42、只有在人群中间,才能认识自 己。——德国
43、重复别人所说的话,只需要教育; 而要挑战别人所说的话,则需要头脑。—— 玛丽·佩蒂博恩·普尔
44、卓越的人一大优点是:在不利与艰 难的遭遇里百折不饶。——贝多芬
45、自己的饭量自己知道。——苏联

微机电系统(MEMS)

微机电系统(MEMS)

2
機電系統

最早有紀錄的機電系統儀器,是在1785年 時由Charles-Augustine de Coulomb建造 用來量測電子電量。他的電扭矩平衡包含 了兩個球型金屬球,一個是固定的,另一 個則是沿著一根桿移動,這機構的運作有 點類似電容板。此例子說明了,大多數機 電系統裡兩個常見的基本原件:一個機械 原件和一個感測器(transducer)。
5
微機電系統的特性與優點
微機電系統的特性與優點如下:
1.
當一個機械系統從傳統大小縮小至微機械系統時,因其組 成元件尺寸的微小化,故系統的精度大為提高。
2.
因為尺寸的微小化,質量都很小,許多巨觀世界不需考慮 的物理特性與環境因素,在此都無法省略。
在生產上所消耗的產品原料少,且在製造與整合上,多利 用現有的半導體製程技術或是其他的特殊技術,易於大量 的批次生產,大幅降低生產的成本。 方便於更多可攜式產品的衍生與複雜系統的簡單微小化。
第四章 微奈米機電工程
4.1 前言
4.2 微機電系統
4.3 微機電元件之簡介
4.4 微機電系統的製造技術
4.5 微機電系統的應用
4.6 奈米機電系統的優點
4.7 奈米機電系統的製程4.8 奈Fra bibliotek機電系統的應用
1
4.1 前言
將各式機械元件和電子元件縮小至微奈米尺寸,是成為微奈米科技產 品的必經之路,這種縮小技術稱之為微機電系統或微系統 (MicroElectro-Mechanical System, MEMS) 。微機電系統(MEMS)技術是 以Top Down方式來作奈/微米科技元件的關鍵技術 。奈米機電系統 (NEMS)與微機電系統 (MEMS),都是處理微尺度的前瞻科技, 常被等同處理。微機電是指在微米尺寸,也就是10尺度下之製程技術, 所製造出的迷你機械元件。 就電子零組件的觀點而言,SOC(system on chip)就是一個明顯的例 子,這就是把許多不同功能的積體電路(IC)整合在一顆積體電路上, 不但可以大幅度縮小元件體積、並且提高系統性能,以求生產成本的 降低。 就產品的機構而言,以傳統的製造方式無法縮小體積,隨之是一種新 的製造技術產生,達到元件的微小化目的,這就是微機電系統 (MEMS),藉此微小化許許多多的關鍵組件,進而能製造出更智慧 的,更可靠的產品與系統。

MEMS惯性传感器简介演示

MEMS惯性传感器简介演示

04
MEMS惯性传感器的应 用领域
消费电子领域
1 2
移动设备
MEMS惯性传感器在智能手机、平板电脑等移动 设备中发挥重要作用,用于屏幕旋转、游戏控制 以及虚拟现实等功能的实现。
可穿戴设备
惯性传感器在可穿戴设备如智能手表、手环中, 用于计步、姿态识别、定位等功能的实现。
3
智能家居
在智能家居领域,MEMS惯性传感器可用于智能 遥控器的姿态控制、电视等家电设备的自动定向 等。
新型材料在MEMS传感器中的应用
碳纳米管
碳纳米管具有优异的力学、电学和热学性能,可以作为MEMS传感器的敏感材料,提高传 感器的灵敏度、响应速度和稳定性。
二维材料
如石墨烯等二维材料具有超高的载流子迁移率和机械强度,可用于制造高性能、柔性的 MEMS传感器。
复合材料
采用金属、陶瓷与聚合物等复合材料制造MEMS传感器,可以综合各材料的优点,实现传 感器的高性能、低成本和批量化生产。
通过本次PPT演示,我们将 深入探讨MEMS惯性传感器 的技术挑战、市场前景及发 展趋势,希望能够对这一领 域有一个更为全面、深入的 了解,并为相关企业和研究 机构提供有价值的参考。
THANKS
感谢观看
AI算法在传感器中的应用
01
02
03
自适应校准
利用AI算法对传感器进行 自适应校准,实时修正误 差,提高传感器的测量精 度和线性度。
故障诊断与预测
结合传感器数据和AI算法 ,实现传感器的故障诊断 与预测,提前发现潜在问 题,提高系统的可靠性。
智能传感器网络
运用AI算法优化传感器网 络的布局和数据传输,降 低能耗,提高网络整体性 能。

惯性传感器定义

MEMS简介3PPT课件

MEMS简介3PPT课件
全球微机电系统市场销售额分析:
✓在全球前30名MEMS公司的榜单中,很多公司受惠于智能手机市场的 蓬勃发展。例如瑞声科技(AAC)凭借MEMS麦克风的强劲增长(2012 年营收增长90%,达到6500万美元),首次挤进全球前30名。 ✓中国驻极体麦克风供应商购买英飞凌(Infineon)的MEMS裸片,然后 自己做封装、测试和销售,并成为苹果iPhone的第二货源。
• 意法半导体于2006 年成为全球首家以200 mm 晶圆生产MEMS 传感 器的厂商;
• IHS iSuppli 的统计数据显示:
a. 2012 年全球MEMS 芯片市场成长约5%,规模达到83 亿美元; b. 意法半导体与博世并列全球第一大MEMS 供应商,其中意法半导体营收年成长率23%
,博世年成长率为8%;
MEMS产业现状 及全球MEMS市场
(1)美国
MEMS的研究在60年代首先从斯坦福大学开始,逐步扩展到佐治亚理 工学院和加利福尼亚大学洛杉矶分校等大学,众多美国大学拥有了 100~150mm晶圆生产线。
(2)法国
法国有关MEMS的研发基地较为集中,主要由国立研究所法国LETI( Laboratoire dElectronique de Technologie de lInformation,电子和信息 技术实验室)承担。
➢ MEMS与CMOS制程技术的整合
➢ 3D 封装技术在异质整合特性下,可进一步整合模拟RF、数字Logic、 Memory、Sensor、混合讯号、MEMS 等各种组件
MEMS产业现状 及全球MEMS市场
MEMS产业现状 及全球MEMS市场
3.2.3 MEMS晶圆代工厂
• 近几年以来美国也有几家规模较小的晶圆代工厂,持续投入资源用 于MEMS晶圆代工;

MEMS封装技术.ppt

MEMS封装技术.ppt
Байду номын сангаас
MEMS可靠性测试
• 可靠性测试规范
(1)贴片工艺测试 (2)引线键合工艺测试 (3)封盖工艺测试 (4)MEMS封装可靠性筛选试验 (5)MEMS封装可靠性寿命试验
MEMS系统展望
• 目前的MEMS封装技术大多来自集成电路封装技 术,但是由于MEMS器件的特殊性,特殊的信号 界面、外壳要求、三维结构和可靠性要求等决定 了MEMS封装的难点所在,需要重点研究。由于 MEMS封装已经引起人们的重视,研究低成本高 性能的封装方法已经成为MEMS领域一个重要的 课题。
倒装芯片结构示意图
MEMS封装技术分类
• 近密封封装技术------通过使用某些特定的封装材料 来实现一定密封级别的同时为MEMS器件提供活动 空间或者光学通道的一种封装技术,采用的封装材 料大多是热固塑脂类环氧基聚合物或者热塑性塑料 系列材料等高分子材料 • 模块式MEMS封装设计------为MEMS设计提供一些 模块式的外部接口,从而使MEMS器件能使用统一 的标准化的封装批量生产,进而降低MEMS器件的 生产成本,缩短产品生产周期
THE
END
MEMS封装应满足的要求
• 应力:在MEMS器件中,微米或微纳米尺度的零部 件其精度高但十分脆弱,因此,MEMS封装应对器 件产生最小的应力
• 高真空:可动部件在真空中,就可以减小摩擦,达 到长期可靠工作的目标; • 高气密性:一些MEMS器件,如微陀螺必须在稳定 的气密条件下才能可靠长期地工作,有的MEMS封 装气密性要达到1×10-12 Pa m 3 / s
MEMS封装技术
SA11009042 卢钰
微机电系统 MEMS
• 微机电系统是指包括微传感器、微致动器(也称微执 行器)、微能源等微机械基本部分以及高性能的电子 集成线路组成的微机电器件或装置,也可称为微机 械系统。

《微机电系统》课件

《微机电系统》课件

02
《微机电系统设计与制造》
03
《微机电系统应用》
THANKS
详细描述
新型的微型陀螺仪采用先进的微 制造工艺和新型材料,具有更高 的灵敏度和稳定性。未来,随着 技术的进步和应用需求的增长, 微型陀螺仪的发展前景将更加广 阔。
微型加速度计
总结词
详细描述
总结词
详细描述
微型加速度计是一种用于测 量物体运动状态的传感器, 也是微机电系统的重要应用 之一。
微型加速度计被广泛应用于 汽车安全气囊系统、手机游 戏控制、医疗器械等领域。 由于其具有体积小、重量轻 、响应速度快等优点,微型 加速度计在许多领域都得到 了广泛应用。
详细描述
微机械结构采用微型化的加工技术制作而成,具有体积小、重量轻、精度高等特点。常见的微机械结构有连杆、 齿轮、轴承等,它们在微执行器、微传感器等元件中发挥着重要作用。
微控制器
总结词
微控制器是微机电系统中的控制中心,用于实现系统的智能化和自动化。
详细描述
微控制器是一种集成度较高的集成电路芯片,具有数据处理、控制输出等功能。在微机电系统中,微 控制器负责接收传感器信号、处理数据和控制执行器动作,从而实现系统的自动化和智能化。
测试方法
对封装好的微机电系统进行性能测试,以确保其满足 设计要求。
可靠性评估
对微机电系统的寿命和可靠性进行评估,以确定其在 实际应用中的表现。
04
微机电系统的应用实例
微流体控制系统
总结词
微流体控制系统是微机电系统的一个重要应用, 它利用微小的流体控制元件和控制电路对流体进 行精确控制。
总结词
微流体控制系统的优点在于其高精度、低能耗、 低成本和易于集成等特性,使得它在许多领域具 有巨大的应用潜力。

第一章 微机电系统(MEMS)概论

第一章 微机电系统(MEMS)概论

Strictly Confidential -Do Not Distribute –Copyright 2011Xiangliang Jin Ph.Dxiangliangjin@ & jinxl@Micro -/Optical -Electronics and System on A ChipChances, Challenges and ApplicationsMicro-Electro-Mechanical-System(MEMS)2Strictly Confidential -Do Not Distribute –Copyright 2011第一章微机电系统(MEMS )概论内容提要9MEMS 的基本概念,与宏观机电系统的对比特征9MEMS 技术的发展过程与大致技术现状9MEMS 典型产品的应用3Strictly Confidential -Do Not Distribute –Copyright 2011本章学习要求•理解MEMS 的基本概念,明确其与宏观机电系统的对比特征。

•了解MEMS 技术的发展过程与大致技术现状。

•了解MEMS 在军事、汽车、医学等重要领域中的应用,特别是一些典型产品。

4Strictly Confidential -Do Not Distribute –Copyright 2011一、简介机械与机电系统;宏观机电系统与微机电系统 微机电系统:它是以微传感器、微执行器以及驱动和控制电路为基本元器件组成的、可以活动和控制的、机电合一的微机械装置。

特点:1、学科交叉(力学、机械、电学、光学、电磁学、生物、化学等学科)2、微型化、集成化和智能化;3、低成本批量化;4、应用广泛(军民两用)5、高新技术。

微机电系统的相关术语:MEMS(Microelectromechanical Systems)(美国)Micro Machine (日本)Micro System Technology (欧洲)5Strictly Confidential -Do Not Distribute –Copyright 2011微机电系统的组成微机械电子系统(微机电系统)的组成:一般可定义为由微米和纳米加工技术制作而成的,融机、电、光、磁以及其他相关技术群为一体的,可以活动和控制的微工程系统。

微机电系统(MEMS)

微机电系统(MEMS)

何谓微机电系统(MEMS)为了说明什么是微机电系统MEMS (Micro Electro Mechanical Systems),首先来解释一下什么是机电系统。

20多年以前,汽车还是一个单纯的机械系统,后来随着电子技术的发展,汽车的很多零部件(例如电子点火器、燃油电子喷射装置、电控自动变速箱等)都依靠电子系统进行控制,因此现在的汽车实际上就是一个大的机械电子系统。

而微机电系统则是指微小的机械电子系统,例如比一粒花生米还要小的飞机或汽车,是由很多只有几百微米大小的零件组成的,而这些零件是用微电子等微细加工技术制备出来的,既包含机械部件又包含电子部件,因此我们称这类微小的机械电子系统为微机电系统。

微机械电子系统是微电子技术的拓宽和延伸,它是将微电子技术和精密机械加工技术相互融合,并将微电子与机械融为一体的系统。

MEMS将电子系统和外部世界有机地联系起来,它不仅能感受运动、光、声、热、磁等自然界的外部信号,使之转换成电子系统可以识别的电信号,而且还能通过电子系统控制这些信号,进而发出指令,控制执行部件完成所需的操作。

MEMS主要包含微型传感器、执行器和相应的处理电路三部分。

作为输入信号的自然界各种信息首先通过传感器转换成电信号,经过信号处理以后(模拟/数字)再通过微执行器对外部世界发生作用。

传感器可以把能量从一种形式转化为另一种形式,从而将现实世界的信号(如热、运动等信号)转化为系统可以处理的信号(如电信号)。

执行器根据信号处理电路发出的指令完成人们所需要的操作。

信号处理器则可以对信号进行转换、放大和计算等处理。

美国AnalogDevice公司已经研制出很多种将集成电路与MEMS集成在一起的集成微加速度计、微陀螺等产品。

MEMS技术是一种典型的多学科交叉的前沿性研究领域,它几乎涉及到自然及工程科学的所有领域,如电子技术、机械技术、光学、物理学、化学、生物医学、材料科学、能源科学等。

MEMS技术的目标是通过系统的微型化、集成化来探索具有新原理、新功能的元件和系统。

微机电系统第二章MEMS设计基础

微机电系统第二章MEMS设计基础
MEMS设计。 • MEMS中如何应用CAD技术。
B.有限元方法 ▪将研究对象物理近似成模型 ▪数学近似方法:离散化
有限元方法简介
• 有限单元法是随着电子计算机的发展而迅速发展起来的 一种现代计算方法。它是50年代首先在连续体力学领域 --飞机结构静、动态特性分析中应用的一种有效的数值 分析方法,随后很快广泛的应用于求解热传导、电磁场、 流体力学等连续性问题。
• COMSOL Multiphysics 以高效的计算性能和杰出 的多场直接耦合分析能力实现了任意多物理场的 高度精确的数值仿真,在全球领先的数值仿真领 域里得到广泛的应用。
• COMSOL Multiphysics 集前处理器、求解器和后 处理器于一体,在同一个图形化操作界面中可以完 成几何建模、网格剖分、方程和边界参数设定、求 解以及后处理。
• 动画
思考题
• MEMS的设计涉及那些学科?简述MEMS的设计方 法及特点
• 工程系统设计通常有几种方法?其主要思路是什么? 试举例说明。
• 在MEMS产品中如何应用尺度效应进行设计?其根 据是什么?对于一阶尺度,如表面—体积尺度变化 规律是什么?
• 什么是微观力学?其基本假设是什么? • 简述如何应用ANASYS和COMSOL软件进行
2、MEMS建模
目的:对实际工程状态的特性进行分析计算
建模要求
▪正确性 ▪可视性 ▪网格划分的适用性
建模过程
▪工程实际状态的模型化 ▪物理模型的建立 ▪数学模型的建立 ▪仿真 ▪验模
五、 MEMS设计的具体方法
两种分析方法
A. 微分方程组求解法 ▪物理有效量多与时间和空间有关,因此求解较难 ▪数学近似方法:将微分转换为差分等
1 ANSYS在MEMS设计中的应用
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分析和遗传诊断 ,利用微加工技术制造各种微泵、微阀、微摄子、微沟槽、
微器皿和微流量计的器件适合于操作生物细胞和生物大分子。所以,微机械
在现代医疗技术中的应用潜力巨大,为人类最后征服各种绝症延长寿命带来
了希望。
*
19
OMOM智能胶囊消化道内窥镜系统
• 金山科技集团研制的胶囊内镜
“胶囊内镜”是集图像处理、信息通讯、光电工程、生物医 学等多学科技术为一体的典型的微机电系统(MEMS) 高科技产品,由智能胶囊、图像记录仪、手持无线监视 仪、影像分析处理软件等组成。
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微射流MEMS技术应用于糖尿病治疗.
这个一次性胰岛素注射泵融合了Debiotech的胰岛素输注系统技术和ST的微射流 MEMS芯片的量产能力。纳米泵的尺寸只有现有胰岛素泵的四分之一. 微射流技术还能 更好地控制胰岛素液的注射量,更精确地模仿胰岛自然分泌胰岛素的过程,同时还能检 测泵可能发生的故障,更好地保护患者的安全。 成本非常低廉。
微机电系统-MEMS简介_图文.ppt
MEMS定义
早在二十世纪六十年代,在硅集成电路制造技术发 明不久,研究人员就想利用这些制造技术和利用硅很好 的机械特性,制造微型机械部件,如微传感器、微执行 器等。如果把微电子器件同微机械部件做在同一块硅片 上,就是微机电系统——MEMS: Microelectromechanical System。
胆固醇,可探测和清除人体内的癌细胞 ,进行视网膜开刀时 ,大夫可将遥控机
器人放入眼球内,在细胞操作、细胞融合、精细外科、血管、肠道内自动送
药等方面应用甚广。
MEMS的微小可进入很小的器官和组织和能自动地进行细微精确的操作的特
点 ,可大大提高介入治疗的精度 ,直接进入相应病变地进行工作 ,降低手术风
险。同微电子,集成电路,IC,工艺,设计,器件,封装,测试,MEMS时,可进行基因
的是“体硅加工”技术。
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20世纪80年代:
“表面微加工”技术在加速度计、压力传感器和其 他微电子机械结构制作中得到了应用。
20世纪80年代后期:
MEMS在世界范围内受到了广泛重视,在美国、欧洲和 亚洲,投入的研究资金和研究人员都以令人惊讶的速 度在大幅增长。MEMS正在处于蓬勃发展的关键时期, 不断地有新型器件和新型技术给予报道,人们见证了 基于MEMS技术的喷墨打印头、压力传感器、流量计、 加速度计、陀螺仪、非冷却红外成像仪和光学投影仪 等设备的不断开发和产业化的进程。(如同IC)
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在汽车上的应用
MEMS传感器及其组成的微型惯性测量组合在汽车自动 驾驶、汽车防撞气囊、汽车防抱死系统(ABS)、减震 系统、防盗系统等。GPS定位系统。
*在汽车里作为加速表来控制碰撞时安全气囊防护系统 的施用 * 在汽车里作为陀螺来测定汽车倾斜,控制动态稳定 控制系统 * 在轮胎里作为压力传感器。
工作时间:8小时左右 视 角 度:140度 视 距:3cm 分 辨 力:0.1mm 体 积:13mm ×27.9mm 重 量:<6g 外 壳:无毒耐酸耐碱高分子材料
图象记录仪
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影像工作站
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OMOM胶囊内镜的工作原理是:患者像服药一样用水将智 能胶囊吞下后,它即随着胃肠肌肉的运动节奏沿着胃→十 二指肠→空肠与回肠→结肠→直肠的方向运行,同时对经 过的腔段连续摄像,并以数字信号传输图像给病人体外携 带的图像记录仪进行存储记录,工作时间达6~8小时,在 智能胶囊吞服8~72小时后就会随粪便排出体外。医生通过 影像工作站分析图像记录仪所记录的图像就可以了解病人 整个消化道的情况,从而对病情做出诊断。
• 硅微机械加工工艺:体硅工艺和表面牺牲层工艺 –美国为代表
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Materials
• 硅基材料
单晶硅,多晶硅,非晶硅,二氧化硅,氮化硅,碳 化硅,SOI(Silicon On Insulator)。
• 聚合物材料 光刻胶,聚二甲硅氧烷
• 其他材料 砷化镓,石英,玻璃,钻石,金属。
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Technologies
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世界上第一个微静电马达
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MEMS的发展过程
20世纪60年代 :
采用将传感器和电子线路集成在一个芯片上的设计思 想来制作集成传感器 。 20世纪60年代后期:
硅刻蚀技术用于制作能将压力转换为电信号的应变 薄膜结构。
20世纪70年代 :
人们使用硅各向异性选择性腐蚀制作薄膜,掺杂以
及基于电化学的腐蚀停刻技术也出现了,随之而来
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MEMS的发展过程的重要历史事件
1939年 P-N结半导体 (W. Schottky) 1948年 晶体管 (J. Bardeen, W.H. Brattain, W. Shockley) 1954年 半导体压阻效应 (C.S. Smith) 1958年 集成电路(IC) (J.S. Kilby) 1959年 “There is plenty of room at the bottom” (R. Feynman) 1962年 硅集成压力驱动器 (O.N. Tufte, P.W. Chapman, D. Long) 1965年 表面微机械加速度计 (H.C. Nathanson, R.A. Wichstrom) 1967年 硅各向异性深度刻蚀 (H.A. Waggener) 1973年 微型离子敏场效应管 (Tohoku University) 1977年 电容式硅压力传感器 (Stanford)
1993年 数字微镜显示器件 (Texas Instruments)
1994年 商业化表面微机械加速度计 (Analog Devices)
* 1999年 光网络开关阵列 (Lucent)
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MEMS的应用领域
由于MEMS器件和系统具有体积小、重量 轻、功耗小、成本低、可靠性高、性能优异、 功能强大、可以批量生产等传统传感器无法比 拟的优点,因此在航空、航天、汽车、生物医 学、环境监测、军事以及几乎人们接触到的所 有领域中都有着十分广阔的应用前景。
1985年 LIGA工艺 (W. Ehrfeld et al.)
1986年 硅键合技术 (M. Shimbo)
1987年 微型齿轮 (UC Berkeley)
1988年 压力传感器的批量生产 (Nova Sensor)
1988年 微静电电机 (UC Berkeley)
1992年 体硅加工工艺 (SCREAM process, Cornell)
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1979年 集成化气体色谱仪 (C.S. Terry, J.H. Jerman, J.B.Angell)
1981年 水晶微机械 (Yokogawa Electric)
1982年“Silicon as a mechanical material” (K. Petersen)
1983年 集成化压力传感器 (Honeywell)
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微电子机械系统是以微电子、微机械及材料科学为基础, 研究、设计和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方面)的一门科学。
• 1959年就有科学家提出微型机械的设想,但直到1962年 才出现属于微机械范畴的产品—硅微型压力传感器。其 后尺寸为50~500微米的齿轮、齿轮泵、气动蜗轮及联 接件等微型机构相继问世。而1987年由华裔留美学生冯 龙生等人研制出转子直径为60微米和100微米的硅微型 静电电机,显示出利用硅微加工工艺制作微小可动结构 并与集成电路兼容制造微小系统的潜力,在国际上引起 轰动,科幻小说中描述把自己变成小昆虫钻到别人的居 室或心脏中去的场景将要成为现实展现在人们面前。同 时,也标志着微电子机械系统(MEMS)的诞生。
由于MEMS是微电子同微机械的结合,如果把微 电子电路比作人的大脑,微机械比作人的五官(传感 器)和手脚(执行器),两者的紧密结合,就是一个 功能齐全而强大的微系统。
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图1微机电系统的组成框图
微机电系统的组成框图如图1所示,它是将微机械、信息输 入的微型传感器、控制器、模拟或数字信号处理器、输出信号 接口、致动器(驱动器)、电源等都微型化并集成在一起,成为 一个微机电系统。微机电系统内部可分成几个独立的功能单元 ,同时又集成为一个统一的系统。
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国外MEMS 技术在引信中的应用
• MEMS 技术在精确打击弹药引信中的应用
美国FMU2159/ B 硬目标侵彻灵巧引信及加速度计
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采用MEMS 技术的弹道修正引信
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装有弹道修正引信的MK64 制导炮弹
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单兵20 mm 高 爆榴弹微机电引信
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航空航天的应用
在 1995年的国际会议上已有人正式提出研制全硅卫星的概念 。即整个卫星由硅太阳能电池板、硅导航模块、硅通信模块等 组合而成 ,这样 ,可使整个卫星的质量缩小到以 kg计算 ,从而使 卫星的成本大幅度降低 。
胰岛素注射泵疗法或者连续皮下注射胰岛素(CSII)可以替代一天必须输注几次的 单次胰岛素注射法,这种疗法越来越被人们看好。按照CSII治疗方法,糖尿病患者连接 一个可编程的注射泵,注射泵与一个贮液器相连,胰岛素就从这个贮液器输注到人体皮 下组织内,在一天的输液过程中,可根据病人的情况设定液量。
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仿学中的应用(仿生纤毛)
地下水流微传感器
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MEMS器件根据其特性分成微传感器、微执 行器、微结构器件、微机械光学器件等。
微传感器
机械类 磁学类
力学 力矩 速度
加速度
位置
流量 角速度(陀螺)
化学类 气体成分 湿度
生物类 PH值
离子浓度
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微执行器 马达 齿轮 开关 扬声器微结构器件 薄膜微腔来自*12*
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