什么是mems技术主要特点是什么,MEMS技术基本原理及特点

MEMS技术基本原理及特点

1、MEMS的概念

MEMS,是Micro-Electro-Mechanical System(微机电系统)的缩写,美国的叫法;欧洲叫MST(Microsystem Technology,微系统技术);日本叫Micromachine(微机械)。MEMS是一个核心技术平台,应用微加工工艺在一个公共的底层上通过以集成式和小型化成批加工各种结构和器件。尺寸范围从1微米到1毫米,并向更小的尺寸延伸(亚微米→纳米)。

「MEMS解读」篇1:MEMS技术基本原理及特点

MEMS技术是一种典型的多学科交叉的前沿性研究,几乎涉及到自然及工程科学的所有领域,如电子、机械、材料、制造、信息与自动控制、物理、化学和生物等多种学科, 并集约了当今科学技术发展的许多尖端成果。MEMS研究领域包括理论基础、产品设计与制造工艺以及应用三个方面的研究。

理论基础:在当前MEMS所能达到的尺度下,宏观世界基本的物理规律仍然起作用,但由于尺寸缩小带来的影响(Scaling Effects),许多物理现象与宏观世界有很大区别,因此许多原来的理论基础都会发生变化,如力的尺寸效应、微结构的表面效应、微观摩擦机理等,因此有必要对微动力学、微流体力学、微热力学、微摩擦学、微光学和微结构学进行深入的研究。

技术基础:产品设计、工艺加工、微装配工艺、微系统的测量等。

应用研究:如何应用这些MEMS系统也是一门非常重要的学问。人们不仅要开发各种制造MEMS的技术,更重要的是如何将MEMS器件用于实际系统,并从中受益。

2、MEMS技术与微电子技术

微系统加工工艺是在微电子技术的基础上发展起来的,二者在很多关键技术上是共享的。微电子和微系统技术比较,有许多相似之处,但又与微电子技术有区别。

功能上:微电子器件是传输电流以实现特定的电路功能,而MEMS器件一般包括传感器(Sensor)、信号处理器(或叫控制器,CPU或MCU)和执行器(通常叫致动器,Actuator)三部分,可以实现各种各样的生物、化学、机电和光学等功能。

结构上:微电子技术主要是二维结构,而微系统技术需要复杂的三维结构,等等。

工艺成熟程度上:微电子技术已实现标准化、批量化生产,其加工与封装技术已相当成熟;而微系统技术目前尚无完整的工业标准,一些制造技术独特而未规范化,许多产品是根据用户需求生产,封装技术尚处于萌芽时期。目前一些公司已实现CMOS标准化工艺生产。

下图以IC与MEMS对比的形式进一步概括说明两者的特点。

「MEMS解读」篇1:MEMS技术基本原理及特点

3、MEMS技术三大特点

小型化:MEMS 器件体积小、重量轻、耗能低、惯性小、谐振频率高、响应时间短。

微电子集成:可以把不同功能、不同敏感方向或致动方向的多个传感器或执行器集成于一体, 或形成微传感器阵列、微执行器阵列, 甚至可以把多种功能的器件集成在一起, 形成复杂的微系统。

高精度批量制造:用硅微加工工艺可在一块硅片上同时制造成百上万个微型机电装置或完整的MEMS系统。

下图是MEMS器件的实例。左图红色器件是一个挂在蚂蚁腿上的齿轮;右图是MEMS技术制作的微型汽车,旁边几个椭圆形的是大米粒。汽车大小 4.875X1.730X1.736mm3,重量3.3mg。

「MEMS解读」篇1:MEMS技术基本原理及特点

「MEMS解读」篇1:MEMS技术基本原理及特点

4、MEMS器件的基本结构

MEMS器件一般包括传感器(Sensor)、信号处理器(或叫控制器,CPU或MCU)和执行器(通常叫致动器,Actuator)三部分。传感器用于接受外界的信息;信号处理器(控制器)对从外部接受的信号进行处理;致动器则接受来自控制器的指令并做出要求的动作反应。其工作过程类似人体通过五官接受外界的信息,经过大脑的思维发出指令,四肢等根据指令做出相应的动作。

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