MEMS全称Micro Electromechanical System,微机电体系。是指标准在几毫米乃至更小的高科技设备,其内部结构一般在微米乃至纳米量级,是一个独立的智能体系。首要由传感器、动作器(执行器)和微动力三大部分组成。微机电体系触及物理学、半导体、光学、电子工程、化学、资料工程、机械工程、医学、信息工程及生物工程等多种学科和工程技能,为智能体系、消费电子、可穿戴设备、智能家居、体系生物技能的组成生物学与微流控技能等范畴拓荒了宽广的用处。常见的产品包含MEMS加快度计、MEMS麦克风、微马达、微泵、微振子、MEMS压力传感器、MEMS陀螺仪、MEMS湿度传感器等以及它们的集成产品。
MEMS是一个独立的智能体系,可大批量出产,其体系标准在几毫米乃至更小,其内部结构一般在微米乃至纳米量级。例如,常见的MEMS产品标准一般都在3mm&TImes;3mm&TImes;1.5mm,乃至更小。
微机电体系在国民经济和军事体系方面将有着广泛的运用远景。首要民用范畴是电子、医学、工业、轿车和航空航天体系。
美国已研制成功用于轿车防撞和节油的微机电体系加快度表和传感器,可进步轿车的安全性,节油10%。仅此一项美国国防部体系每年就可节约几十亿美元的汽油费。微机电体系在航空航天体系的运用可大大节约费用,进步体系的灵活性,并将导致航空航天体系的革新。在军事运用方面,美国国防部高档研讨方案局正在进行把微机电体系运用于个人导航用的小型惯性丈量设备、大容量数据存储器材、小型分析仪器、医用传感器、光纤网络开关、环境与安全监测用的分布式无人值守传感等方面的研讨。该局已演示以微机电体系为根底制作的加快度表,它能接受火炮发射时发生的近10.5个重力加快度的冲击力,可认为非制导弹药供给一种经济的制导体系。想象中的微机电体系的军事运用还有:化学战剂报警器、敌我辨认设备、灵活蒙皮、分布式战场传感器网络等。
MEMS的开展前史
1.修改微机电体系是从微传感器开展而来的,已有几回突破性的开展:
2.70年代微机械压力传感器产品面世
3.80年代末研制出硅静电微马达
4.90年代喷墨打印头,硬盘读写头、硅加快度计和数字微镜器材等相继规模化出产
5.充沛展现了微体系技能及其微体系的巨大运用远景
MEMS的体系长处
微机电体系是微电路和微机械按功用要求在芯片上的集成,标准通常在毫米或微米级,自八十年代中后期兴起以来开展极端敏捷,被认为是继微电子之后又一个对国民经济和军事具有严重影响的技能范畴,将成为21世纪新的国民经济增长点和进步军事才能的重要技能途径。
微机电体系的长处是:体积小、重量轻、功耗低、耐用性好、价格低廉、功用安稳等。微机电体系的呈现和开展是科学立异思想的效果,使微观标准制作技能的演进与革新。微机电体系是当时穿插学科的重要研讨范畴,触及电子工程、资料工程、机械工程、信息工程等多项科学技能工程,将是未来国民经济和军事科研范畴的新增长点。
MEMS(微机电体系)开始很多用于轿车安全气囊,然后以MEMS传感器的方式被很多运用在轿车的各个范畴,跟着MEMS技能的进一步开展,以及运用终端“轻、薄、短、小”的特色,对小体积高功用的MEMS产品需求增势迅猛,消费电子、医疗等范畴也很多呈现了MEMS产品的身影。
MEMS的体系特色
1.微型化:MEMS器材体积小、重量轻、耗能低、惯性小、谐振频率高、呼应时间短。
2.以硅为首要资料,机械电器功用优秀:硅的强度、硬度和杨氏模量与铁适当,密度相似铝,热传导率挨近钼和钨。
3.批量出产:用硅微加工工艺在一片硅片上可一起制作成百上千个微型机电设备或完好的MEMS。批量出产可大大下降出产成本。
4.集成化:能够把不同功用、不同灵敏方向或致动方向的多个传感器或执行器集成于一体,或构成微传感器阵列、微执行器阵列,乃至把多种功用的器材集成在一起,构成杂乱的微体系。微传感器、微执行器和微电子器材的集成可制作出可靠性、安稳性很高的MEMS。
5.多学科穿插:MEMS触及电子、机械、资料、制作、信息与自动操控、物理、化学和生物等多种学科,并集约了当今科学技能开展的许多顶级效果。
MEMS开展的方针在于,经过微型化、集成化来探究新原理、新功用的元件和体系,拓荒一个新技能范畴和工业。MEMS能够完结大标准机电体系所不能完结的使命,也可嵌入大标准体系中,把自动化、智能化和可靠性水平进步到一个新的水平。21世纪MEMS将逐渐从实验室走向实用化,对工农业、信息、环境、生物工程、医疗、空间技能、国防和科学开展发生严重影响。
微机电体系是微米巨细的机械体系,其间也包含不同形状的三维平板印刷发生的体系。这些体系的巨细一般在微米到毫米之间。在这个巨细规模中日常的物理经历往往不适用。比方因为微机电体系的面积对体积比比一般日常日子中的机械体系要大得多,其外表现象如静电、潮湿等比体积现象如惯性或热容量等要重要。它们一般是由相似于出产半导体的技能如外表微加工、体型微加工等技能制作的。其间包含更改的硅加工办法如压延、电镀、湿蚀刻、干蚀刻、电火花加工等等。微机电体系是指集微型传感器、执行器以及信号处理和操控电路、接口电路、通讯和电源于一体的微型机电体系,是一个独立的智能体系。首要由传感器、作动器和微动力三大部分组成。微机电体系具有以下几个根本特色,微型化、智能化、多功用、高集成度。微机电体系。它是经过体系的微型化、集成化来探究具有新原理、新功用的元件和体系微机电体系。微机电体系触及航空航天、信息通讯、生物化学、医疗、自动操控、消费电子以及武器等运用范畴。微机电体系的制作工艺首要有集成电路工艺、微米/纳米制作工艺、小机械工艺和其他特种加工工种。微机电体系技能根底首要包含规划与仿真技能、资料与加工技能、封装与安装技能、丈量与测验技能、集成与体系技能等。
特色
1.和半导体电路相同,运用刻蚀、光刻等制作工艺,不需求拼装、调整;
2.进一步能够将机械可动部、电子线路、传感器等集成到一片硅板上;
3.它很少占用当地,能够在一般的机器人到不了的狭隘场所或条件恶劣的当地运用;
4.因为作业部件的质量小,高速动作或许;
5.因为它的标准很小,热膨胀等的影响小;
6.它发生的力和积储的能量很小,本质上比较安全。
优势
经济利益:
1.大批量的并行制作进程;
2.体系级集成;
3.封装集成;
4.与IC工艺兼容。
技能利益:
1.高精度;
2.重量轻,标准小;
3.高效能。
微型化
MEMS器材体积小,重量轻,耗能低,惯性小,谐振频率高,呼应时间短。MEMS体系与一般的机械体系比较,不只体积缩小,并且在力学原理和运动学原理,资料特性、加工、丈量和操控等方面都将发生变化。在MEMS体系中,一切的几许变形是如此之小(分子级),以至于结构内应力与应变之间的线性关系(虎克规律)已不存在。MEMS器材中冲突外表的冲突力首要是因为外表之间的分子彼此作用力引起的,而不是因为载荷压力引起。MEMS器材以硅为首要资料。硅的强度、硬度和杨氏模量与铁适当。密度相似于铝,热传导率挨近铜和钨,因而MEMS器材机械电气功用优秀。
批量出产
MEMS选用相似%&&&&&%(%&&&&&%)的出产工艺和加工进程,用硅微加工工艺在一硅片上可一起制作成百上千个微型机电设备或完好的MEMS。使MEMS有极高的自动化程度,批量出产可大大下降出产成本;并且地球表层硅的含量为2%。简直取之不尽,因而MEMS产品在经济性方面更具竞争力。
集成化
MEMS能够把不同功用、不同灵敏方向或制动方向的多个传感器或
执行器集成于一体,或构成微传感器阵列和微执行器阵列。乃至把多种功用的器材集成在一起,构成杂乱的微体系。微传感器、微执行器和微电子器材的集成可制作出高可靠性和安稳性的微型机电体系。
便利扩展
因为MEMS技能选用模块规划,因而设备运营商在添加体系容量时只需求直接添加器材/体系数量,而不需求预先计算所需求的器材/体系数,这关于运营商是十分便利的。
学科穿插
会集了当今科学技能开展的许多顶级效果。经过微型化、集成化能够探究新原理、新功用的元件和体系,将拓荒一个新技能范畴。
运用范畴
1.在喷墨打印机里作为压电元件
2.在轿车里作为加快规来操控磕碰时安全气囊防护体系的施用
3.在轿车里作为陀螺来测定轿车歪斜,操控动态安稳操控体系
4.在轮胎里作为压力传感器,在医学上丈量血压
5.数字微镜芯片
6.在计算机网络中充任光交流体系,这是一个与智能尘埃技能的交融
7.规划微机电体系最重要的东西是有限元分析。