MEMS设计技术 PPT
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3．很多微系统包括可动部分，例如微型阀、泵和齿轮。 而微电子没有任何可动部件，或者流体或光发生关系。
4. 集成电路主要是两维结构，被限制在硅芯片表面。然 而大部分微系统包括复杂的三维几何图形。
5. 微电产中的集成电路在封装后与环境绝缘。然而，微 系统中的敏感元件和一些核心元件需要与工作介质接触，这导 致一些设计和封装中的技术问题。
6. 微电子的制造和封装是成熟的技术，有规范成文的工 业标准。微系统的生产与这种成熟程度还有非常大的距离。
1.5 微系统加工工艺与微制造技术
1.5.1 微加工工艺 （1）光刻 （2）扩散 （3）离子注入 （4）氧化 （5）化学气相淀积 （6）物理气相淀积 （7）外延 （8）腐蚀
1.5.2 微制造技术
MEMS被认为是微电子技术的又一次革命，对21世纪的科 学技术、生产方式和人类生活质量都会有深远的影响。
通常，开发一个新的MEMS产品需要5年时间，这个产品进 入市场还要一个5年时间。计算机辅助设计(CAD)软件包可以大 大缩短开发和生产周期。
本课程主要介绍美国IntelliSense公司开发的MEMS CAD软 件——IntelliSuite6.3，学习如何利用它在硅片上设计微传感器、 微执行器以及进行模拟仿真。
1.2 典型MEMS产品 1- 微齿轮
2- 微马达
Fra Baidu bibliotek- 微涡轮
4- 微光学器件( 朗讯1X2 MEMS光开关 )
1.3 MEMS所涉及的技术领域及应用领域
MEMS涉及力学、材料、电学、光学、热学、机械、生物、 化学等学科，是这些学科前沿的综合。
MEMS所涉及的技术领域
信息业、航空、航天业、医疗、生物技术及环境科学等领域。
MEMS设计
电话： Email:
课程简介
MEMS是英文micro electro mechanical system的缩写，译作 微电子机械系统，简称为微机电系统。顾名思义，MEMS是由 微机械和微电子线路组成的微系统。它是从20世纪80年代发展 起来的一种综合性的技术。微机电系统，在欧美称为MEMS， 在日本通常称之为称为微机械(micromachining)。
MEMS的应用
1.4 MEMS和微电子之间的联系
微电子是20世纪最有影响力的技术之一。没有微电子技术 的成熟，近年来微机电系统工业的繁荣是不可能的。事实上， 当前MEMS领域里的很多工程师和科学家也都是微电子领域的 专家，正如这两个领域共享很多关键技术一样。然而过分地强 调这两个技术的相似性不仅不准确，而且会严重阻碍微系统发 展的脚步。在设计和封装上，微系统与集成电路及微电子都有 非常大的差异。工程师承认这些差异并有针对性的开发必需术 的方法和技术是必不可少的。
教材及主要参考文献
1.《IntelliSuite CAD of MEMS》美国Intellisense公司. 2002年.
2.《MEMS和微系统——设计与制造》，徐泰然著. 机械工业
出版社，2003.
3.《微传感器和微执行器》，戈雷戈里.科学出版社，2003.
第1章 绪 论
主要内容：
1.1 MEMS定义 1.2 典型MEMS产品 1.3 MEMS所涉及的技术领域及应用领域 1.4 MEMS和微电子之间的联系 1.5 微系统加工工艺与微制造技术 1.6 MEMS计算机辅助设计
（1）硅基MEMS技术
以硅为基础的微机械加工工艺往往归纳为两大类，即 表面微加工技术(Surface Micromachining)和体微加工技术 (Bulk Micromachining)。
表面微加工技术是把MEMS的“机械”(运动或传感)部 分制作在沉积于硅晶体的表面膜上，然后使其局部与硅体 部分分离，呈现可运动的机构。
硅体机械加工最为常用的是利用硅腐蚀的各向异性， 用此技术已经制作出硅微泵等MEMS器件。
1.1 MEMS定义
MEMS是英文micro electro mechanical system的缩写，译 作微电子机械系统，简称为微机电系统。顾名思义，MEMS是 由微机械和微电子线路组成的微系统。它是从20世纪80年代发 展起来的一种综合性的技术。
对于微机电系统，目前国际上还没有比较统一的定义，国 内一般定义为：微机电系统是在微电子技术的基础上发展起来 的，融合了硅、非硅微加工和精密机械加工技术制作的，包括 微传感器、微执行器和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与装置。微机电系统将信息获 取、处理和执行一体化地集成在一个器件上。从加工及应用的 角度来看，微机电系统是指采用微机械加工技术可以批量制作 的、集微传感器感器、微机构、微执行器以及信号处理和控制 电路、接口、通信等模块于一体（一般为硅衬底材料）的微型 器件或微型系统。
两者之间部分显著的差异如下：
1．相对微电子，微系统包括很多不同的材料。除了常用 的硅材料，还有其他材料，例如石英、CaAs，作为微系统的基 底材料。在利用LIGA工艺制作的微系统中，聚合物和金属材料 是很常用的。微系统的封装材料包括玻璃、塑料和金属，而微 电子的封装不用这些。
2．相对微电子，微系统设计要面向大量的各种各样的功 能，而微电子限定于电子功能设计。
MEMS具有的共同特点是：尺寸小（1μm-1mm）、重 量轻、性能稳定、功耗低、谐振频率高、响应时间短、易于 大批量生产、生产成本低、产品易于更新换代、比大尺寸设 备更可靠。
微压力传感器封装后产品
利用静电致动的MEMS
Analog Devices公司的ADXL276/250微加速度传感器
汽车气囊展开系统智能惯性传感器
力 传
热
光
感
磁
化学 器 其它
模拟信号 处理
数字信号 处理
模拟信号 处理
与其它系统的通讯/接口
能量 执
运动
行 状态
信息 器
其它
感应量
控制量
典型的MEMS系统与外部世界相互作用的示意图
MEMS的研究公认自20世纪80年代开始。1987年，美 国加州大学伯克利实验室首次做出直径100μm、60μm的微 电 机 ， 引 起 国 际 学 术 界 和 产 业 界 的 高 度 重 视 。 1989 年 的 MEMS国际会议上一致认为，用微电子技术制造微机电系统 是一项崭新的技术。
4. 集成电路主要是两维结构，被限制在硅芯片表面。然 而大部分微系统包括复杂的三维几何图形。
5. 微电产中的集成电路在封装后与环境绝缘。然而，微 系统中的敏感元件和一些核心元件需要与工作介质接触，这导 致一些设计和封装中的技术问题。
6. 微电子的制造和封装是成熟的技术，有规范成文的工 业标准。微系统的生产与这种成熟程度还有非常大的距离。
1.5 微系统加工工艺与微制造技术
1.5.1 微加工工艺 （1）光刻 （2）扩散 （3）离子注入 （4）氧化 （5）化学气相淀积 （6）物理气相淀积 （7）外延 （8）腐蚀
1.5.2 微制造技术
MEMS被认为是微电子技术的又一次革命，对21世纪的科 学技术、生产方式和人类生活质量都会有深远的影响。
通常，开发一个新的MEMS产品需要5年时间，这个产品进 入市场还要一个5年时间。计算机辅助设计(CAD)软件包可以大 大缩短开发和生产周期。
本课程主要介绍美国IntelliSense公司开发的MEMS CAD软 件——IntelliSuite6.3，学习如何利用它在硅片上设计微传感器、 微执行器以及进行模拟仿真。
1.2 典型MEMS产品 1- 微齿轮
2- 微马达
Fra Baidu bibliotek- 微涡轮
4- 微光学器件( 朗讯1X2 MEMS光开关 )
1.3 MEMS所涉及的技术领域及应用领域
MEMS涉及力学、材料、电学、光学、热学、机械、生物、 化学等学科，是这些学科前沿的综合。
MEMS所涉及的技术领域
信息业、航空、航天业、医疗、生物技术及环境科学等领域。
MEMS设计
电话： Email:
课程简介
MEMS是英文micro electro mechanical system的缩写，译作 微电子机械系统，简称为微机电系统。顾名思义，MEMS是由 微机械和微电子线路组成的微系统。它是从20世纪80年代发展 起来的一种综合性的技术。微机电系统，在欧美称为MEMS， 在日本通常称之为称为微机械(micromachining)。
MEMS的应用
1.4 MEMS和微电子之间的联系
微电子是20世纪最有影响力的技术之一。没有微电子技术 的成熟，近年来微机电系统工业的繁荣是不可能的。事实上， 当前MEMS领域里的很多工程师和科学家也都是微电子领域的 专家，正如这两个领域共享很多关键技术一样。然而过分地强 调这两个技术的相似性不仅不准确，而且会严重阻碍微系统发 展的脚步。在设计和封装上，微系统与集成电路及微电子都有 非常大的差异。工程师承认这些差异并有针对性的开发必需术 的方法和技术是必不可少的。
教材及主要参考文献
1.《IntelliSuite CAD of MEMS》美国Intellisense公司. 2002年.
2.《MEMS和微系统——设计与制造》，徐泰然著. 机械工业
出版社，2003.
3.《微传感器和微执行器》，戈雷戈里.科学出版社，2003.
第1章 绪 论
主要内容：
1.1 MEMS定义 1.2 典型MEMS产品 1.3 MEMS所涉及的技术领域及应用领域 1.4 MEMS和微电子之间的联系 1.5 微系统加工工艺与微制造技术 1.6 MEMS计算机辅助设计
（1）硅基MEMS技术
以硅为基础的微机械加工工艺往往归纳为两大类，即 表面微加工技术(Surface Micromachining)和体微加工技术 (Bulk Micromachining)。
表面微加工技术是把MEMS的“机械”(运动或传感)部 分制作在沉积于硅晶体的表面膜上，然后使其局部与硅体 部分分离，呈现可运动的机构。
硅体机械加工最为常用的是利用硅腐蚀的各向异性， 用此技术已经制作出硅微泵等MEMS器件。
1.1 MEMS定义
MEMS是英文micro electro mechanical system的缩写，译 作微电子机械系统，简称为微机电系统。顾名思义，MEMS是 由微机械和微电子线路组成的微系统。它是从20世纪80年代发 展起来的一种综合性的技术。
对于微机电系统，目前国际上还没有比较统一的定义，国 内一般定义为：微机电系统是在微电子技术的基础上发展起来 的，融合了硅、非硅微加工和精密机械加工技术制作的，包括 微传感器、微执行器和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与装置。微机电系统将信息获 取、处理和执行一体化地集成在一个器件上。从加工及应用的 角度来看，微机电系统是指采用微机械加工技术可以批量制作 的、集微传感器感器、微机构、微执行器以及信号处理和控制 电路、接口、通信等模块于一体（一般为硅衬底材料）的微型 器件或微型系统。
两者之间部分显著的差异如下：
1．相对微电子，微系统包括很多不同的材料。除了常用 的硅材料，还有其他材料，例如石英、CaAs，作为微系统的基 底材料。在利用LIGA工艺制作的微系统中，聚合物和金属材料 是很常用的。微系统的封装材料包括玻璃、塑料和金属，而微 电子的封装不用这些。
2．相对微电子，微系统设计要面向大量的各种各样的功 能，而微电子限定于电子功能设计。
MEMS具有的共同特点是：尺寸小（1μm-1mm）、重 量轻、性能稳定、功耗低、谐振频率高、响应时间短、易于 大批量生产、生产成本低、产品易于更新换代、比大尺寸设 备更可靠。
微压力传感器封装后产品
利用静电致动的MEMS
Analog Devices公司的ADXL276/250微加速度传感器
汽车气囊展开系统智能惯性传感器
力 传
热
光
感
磁
化学 器 其它
模拟信号 处理
数字信号 处理
模拟信号 处理
与其它系统的通讯/接口
能量 执
运动
行 状态
信息 器
其它
感应量
控制量
典型的MEMS系统与外部世界相互作用的示意图
MEMS的研究公认自20世纪80年代开始。1987年，美 国加州大学伯克利实验室首次做出直径100μm、60μm的微 电 机 ， 引 起 国 际 学 术 界 和 产 业 界 的 高 度 重 视 。 1989 年 的 MEMS国际会议上一致认为，用微电子技术制造微机电系统 是一项崭新的技术。