微機電系統(tǒng)技術基礎課件

匯報人：小無名16微機電系統(tǒng)技術基礎課件目錄CONTENTS微機電系統(tǒng)概述微傳感器與執(zhí)行器技術微加工技術與方法微裝配與封裝技術微機電系統(tǒng)測試與評價方法微機電系統(tǒng)應用實例分析01微機電系統(tǒng)概述定義微機電系統(tǒng)（MEMS）是一種基于微米/納米級加工技術制造的小型化、集成化、智能化的系統(tǒng)，融合了微電子、微機械、微光學等多個領域的技術。發(fā)展歷程自20世紀80年代起，隨著微電子技術的快速發(fā)展和微納加工技術的不斷進步，MEMS技術逐漸興起并得到廣泛應用。經歷了從單一器件到復雜系統(tǒng)的發(fā)展過程，目前已成為現(xiàn)代科技領域的重要分支。定義與發(fā)展歷程應用領域MEMS技術廣泛應用于傳感器、執(zhí)行器、微流控、光學器件等領域，如智能手機、汽車電子、醫(yī)療設備、航空航天等。市場前景隨著物聯(lián)網、人工智能等技術的快速發(fā)展，MEMS市場需求不斷增長。預計未來幾年，MEMS市場規(guī)模將持續(xù)擴大，應用領域將進一步拓展，市場前景廣闊。應用領域及市場前景VSMEMS系統(tǒng)主要由傳感器、執(zhí)行器、微處理器和接口電路等組成。其中，傳感器用于感知外部環(huán)境或內部狀態(tài)的變化，執(zhí)行器用于實現(xiàn)系統(tǒng)的動作或控制，微處理器用于處理傳感器信號并控制執(zhí)行器動作，接口電路用于實現(xiàn)與外部系統(tǒng)的通信和數(shù)據(jù)傳輸。工作原理MEMS系統(tǒng)的工作原理主要基于微電子技術和微納加工技術。通過微納加工技術制造出的微型結構具有優(yōu)異的機械、電學和光學性能，能夠實現(xiàn)高精度、高靈敏度的傳感和執(zhí)行功能。同時，利用微電子技術的集成電路設計和制造工藝，可以實現(xiàn)MEMS系統(tǒng)的微型化、低功耗和智能化。基本組成基本組成與工作原理02微傳感器與執(zhí)行器技術微傳感器類型及原理利用壓阻效應，將壓力、應力等物理量轉換為電阻變化進行測量。通過測量電容變化來檢測位移、壓力、加速度等物理量。利用壓電材料的壓電效應，將壓力、應力等物理量轉換為電荷或電壓進行測量。利用熱電效應，將溫度變化轉換為電壓或電流進行測量。壓阻式微傳感器電容式微傳感器壓電式微傳感器熱電式微傳感器靜電執(zhí)行器壓電執(zhí)行器形狀記憶合金執(zhí)行器磁致伸縮執(zhí)行器執(zhí)行器類型及原理利用靜電吸引力或排斥力驅動微結構運動。利用形狀記憶合金的形狀記憶效應，通過加熱或冷卻實現(xiàn)微結構的變形和運動。利用壓電材料的逆壓電效應，將電壓或電場轉換為機械位移或力。利用磁致伸縮材料的磁致伸縮效應，將磁場變化轉換為機械位移或力。采用壓阻式或電容式微傳感器，實現(xiàn)加速度的測量，廣泛應用于汽車、航空航天等領域。微加速度計利用壓電式或靜電式執(zhí)行器驅動微結構振動，通過測量科里奧利力實現(xiàn)角速度的測量，應用于導航、姿態(tài)控制等領域。微陀螺儀采用壓阻式或壓電式微傳感器，實現(xiàn)壓力的測量，應用于氣象、醫(yī)療等領域。微壓力傳感器集成多個微傳感器和執(zhí)行器，實現(xiàn)流體的精確控制和檢測，應用于生物醫(yī)學、化學分析等領域。微流控芯片典型應用案例分析03微加工技術與方法化學氣相沉積通過化學反應在基片表面生成固態(tài)薄膜的方法，包括熱分解反應、化學合成反應和化學傳輸反應等。電化學沉積利用電解作用在基片表面沉積金屬或合金薄膜的過程。物理氣相沉積利用物理過程，如蒸發(fā)、升華或濺射等，使材料從靶材轉移至基片形成薄膜。薄膜沉積技術掩膜板與光刻膠層直接接觸進行曝光的光刻技術。接觸式光刻接近式光刻投影式光刻掩膜板與光刻膠層之間留有微小間隙進行曝光的光刻技術。利用光學投影系統(tǒng)將掩膜板上的圖形縮小并投影到光刻膠層上進行曝光的光刻技術。030201光刻技術

刻蝕技術干法刻蝕利用等離子體中的活性基團與被刻蝕材料發(fā)生化學反應，生成揮發(fā)性物質并被真空系統(tǒng)抽走，從而達到刻蝕目的。濕法刻蝕利用化學試劑與被刻蝕材料發(fā)生化學反應，生成可溶性物質并被清洗掉，實現(xiàn)材料的去除。激光刻蝕利用高能激光束照射被刻蝕材料，使其局部瞬間熔化、汽化或達到其他物理或化學變化，從而實現(xiàn)材料的去除。清洗技術去除微加工過程中產生的污染物和殘留物，保證加工質量和器件性能。表面處理技術改變材料表面的物理和化學性質，提高器件性能和可靠性。檢測與表征技術對微加工過程中的材料、結構和性能進行檢測和表征，確保加工質量和器件性能符合要求。其他輔助加工技術04微裝配與封裝技術03基于機器人的微裝配利用微機器人進行自動化、智能化的微裝配，具有高精度、高效率和高靈活性的優(yōu)點。01靜態(tài)微裝配利用微操作器在顯微視覺引導下進行手動或半自動的微裝配，精度較高但效率低。02動態(tài)微裝配通過振動、磁場、電場等動態(tài)方式實現(xiàn)微元件的自動對準和裝配，效率高但精度相對較低。微裝配方法分類及特點常用的封裝材料包括金屬、陶瓷、塑料等，需要根據(jù)具體應用場景和性能要求進行選擇。封裝材料需要具有良好的機械強度、化學穩(wěn)定性、熱穩(wěn)定性、電絕緣性等性能，以確保微機電系統(tǒng)的長期穩(wěn)定性和可靠性。封裝材料選擇與性能要求性能要求封裝材料選擇對芯片進行清洗、烘干等預處理，確保芯片表面干凈、無雜質。芯片準備根據(jù)封裝要求選擇合適的封裝材料，并進行預處理，如切割、清洗等。封裝材料準備將芯片貼裝到封裝材料上，并進行初步固定。芯片貼裝典型封裝工藝流程介紹引線鍵合封裝固定密封處理測試與篩選典型封裝工藝流程介紹01020304通過金屬絲或金屬帶將芯片上的電極與封裝材料上的引腳進行連接。對芯片和引線進行固定，確保其在后續(xù)工藝中不會移動或脫落。對封裝體進行密封處理，以防止外部環(huán)境對芯片的影響。對封裝完成的微機電系統(tǒng)進行測試，篩選出合格品并進行分類。05微機電系統(tǒng)測試與評價方法在不施加外部激勵的情況下，對微機電系統(tǒng)的靜態(tài)特性進行測試，如測量電阻、電容等參數(shù)。靜態(tài)測試通過施加外部激勵，觀察微機電系統(tǒng)的動態(tài)響應，如測量頻率響應、阻尼比等。動態(tài)測試對微機電系統(tǒng)進行長時間、連續(xù)性的測試，以評估其可靠性和穩(wěn)定性。可靠性測試測試方法分類及特點ABCD評價標準建立與實施過程確定評價目標明確評價的目的和對象，如性能、可靠性、穩(wěn)定性等。實施評價按照評價標準，對微機電系統(tǒng)進行測試和評價，記錄測試數(shù)據(jù)并進行分析。制定評價標準根據(jù)評價目標，制定相應的評價標準，如性能指標、可靠性指標等。結果反饋將評價結果反饋給設計者和制造者，以便改進和優(yōu)化微機電系統(tǒng)的設計和制造過程。動態(tài)測試通過施加不同頻率和幅度的振動激勵，觀察加速度計的動態(tài)響應特性，如靈敏度、帶寬等。測試準備選擇合適的加速度計、測試設備和測試環(huán)境，搭建測試系統(tǒng)。靜態(tài)測試測量加速度計在靜止狀態(tài)下的輸出值，評估其零偏穩(wěn)定性和重復性?？煽啃詼y試對加速度計進行長時間、連續(xù)性的振動測試，以評估其可靠性和穩(wěn)定性。結果分析對測試數(shù)據(jù)進行處理和分析，得出加速度計的性能評價結果，并與設計指標進行比較。典型案例分析：加速度計測試評價06微機電系統(tǒng)應用實例分析利用微機電系統(tǒng)技術制造的微型醫(yī)療器械，如微型手術刀、微型注射器等，可以減小手術創(chuàng)傷，提高手術精度和效率。微型醫(yī)療器械將生物分子與微機電系統(tǒng)技術相結合，制造出用于生物分子檢測、分離和純化的生物芯片，為生物醫(yī)學研究和診斷提供了有力工具。生物芯片利用微機電系統(tǒng)技術制造的植入式醫(yī)療設備，如心臟起搏器、人工耳蝸等，可以實時監(jiān)測和調節(jié)人體生理參數(shù)，提高治療效果和生活質量。植入式醫(yī)療設備生物醫(yī)學領域應用實例微機電系統(tǒng)技術可用于制造小型化、便攜式的空氣質量監(jiān)測設備，實時監(jiān)測大氣中的污染物含量，為環(huán)境保護和治理提供依據(jù)。空氣質量監(jiān)測利用微機電系統(tǒng)技術制造的水質監(jiān)測設備，可以對水體中的多種指標進行快速、準確的檢測，為保障水資源安全提供技術支持。水質監(jiān)測通過微機電系統(tǒng)技術構建的傳感器網絡，可以實時監(jiān)測地震、洪水等自然災害的相關參數(shù)，為災害預警和應急救援提供重要信息。自然災害預警環(huán)境監(jiān)測領域應用實例123利用微機電系統(tǒng)技術制造的微型無人機，具有體積小、重量輕、隱蔽性強等特點，可用于偵察、監(jiān)視和通信等軍事任務。微型無人機通過微機電系統(tǒng)技術實現(xiàn)彈藥的制導和控制，提高彈藥的命中精度和作戰(zhàn)效能，為現(xiàn)代戰(zhàn)爭提供新的打擊手段。智能彈藥將微機電系統(tǒng)技術應用于單兵裝備中，如智能頭盔、可穿戴設備等，可以提高士兵的感知能力、通信能力和作戰(zhàn)能力。單兵裝備軍事領域應用實例隨著微納加工技術的不斷發(fā)展，微機電系統(tǒng)的尺寸將進一