淺議微機電系統(MEMS)技術的發展與應用

摘 要：本文論述了微機械的概念、特點、研究概況和微機械的加工制造技術一微細加工技術。闡速了微機械與微/納米科技、微電子技術之間的相互關系。分析了微機械研究的發展趨勢及應用熱點。

關鍵詞：微機電系統;MEMS;微機械加工

中圖分類號：TP273 ????????文獻標識碼：A

1微機電系統的發展

作為微/納米技術研究的重要內容，微機電系統（MEMS）是當前微/納米科技中最具產業化前景的高新技術。MEMS的加工尺寸在微米（ ）量級，系統尺寸在毫米（ ）量級。微型化是MEMS的一個重要特點，但不是唯一特點。首先，MEMS不僅體積小、重量輕，同時具有諧振頻率和品質因子高（高Q值）、能量損失小等特點。其次，可批量加工特點大大降低了MEMS產品成本;若借助于MEMS器件庫，MEMS的設計將更加靈活，重用率更高。最后，強大的計算能力是MEMS系統實現信息采集、處理、控制的關鍵，充分利用集成電路的計算優勢將會拓展MEMS在智能控制等領域的應用。

2微機電系統的主要關鍵技術

2.1基礎理論、技術基礎

微機械涉及的基本技術主要有微機械設計，微機械材料、微細加工（高深寬比多層微結構）、微系統控制和集成等關鍵技術。微機械設計技術主要有：微結構設計與數據庫、有限元分析、CAD/CAM、微系統建模與仿真技術等。

2.2制造工藝

籠統地講，微細加工技術可以理解為加工尺度在微米級以下的、針對于微小尺寸器件或薄膜圖形的一種加工制造方法。從加工尺寸看，它可分為微米級微細加工、亞微米級微細加工和納米級微細加工。

微細加工的兩個基本特征是所處理的對象尺寸微小和加工尺度極小。這就有別于研磨、拋光等傳統的精加工和超精加工。另外微細加工對加工環境、制造設備、選用材料、測量方法與儀器等有其特殊的要求。

2.3微組裝、微封裝、微集成、微測試技術

對微機電系統而言，如何把各個微小零件組裝起來以構成一個完整的微機電系統，還有待于進一步研究。目前主要的方法仍是將加工和組裝一體化，即從元器件到產品要經過微電子線路、微電子器件、MEMS、完整系統等4個層次的組裝。在實際應用中，諸如多自由度操作器、精密微位移工作臺及吸附、裝卡工具等，均是微系統組裝研究中的關鍵技術。組裝之后需要對微機電系統封裝，微封裝方法有真空封裝、阻尼控制封裝、多芯片封裝等，這些也是MEMS的關鍵技術之一。微系統集成主要涉及微傳感器、微執行器與控制單元的集成。

3微機電系統的熱點應用領域

民用方面以微加速度計為代表，大量成熟的商業化MEMS產品已批量生產并取得效益;軍事方面，因MEMS能夠滿足武器裝備體積小、重量輕、功耗低、智能化、集成度高等要求，目前已被廣泛應用到武器系統中，在未來軍事應用領域將起著舉足輕重的作用。

（1）軍、民用加速度計。微加速度計應用范圍很廣，廣泛用于汽車安全氣囊的加速度計體積只有幾毫米見方大小，售價僅為宏觀加速度計的約1/10，適于惡劣工作環境，具有巨大的市場潛力。在智能彈藥引信中用于最佳起爆控制，其尺寸和重量可大大減小，能滿足引信設計微型化的需求。

（2）微慣性測量組合。通過集成三軸MEMS陀螺和加速度計，構成一個結構靈巧、價格便宜的慣性測量器件，可取代傳統的慣性裝置，用于車輛、攝像機等裝置的穩定控制、姿態調節和個人導航系統。在軍事上，慣性測量組合可裝備各種精確制導武器，具有體積小、重量輕、抗高沖擊性強等特點。

（3）海量數據存儲。在硅片上制造的基于并行原子力分辨率的數據存儲系統，將顯著降低存儲系統的尺寸、重量、存取等待時間、失效率和成本，且存儲數據量大，存儲密度達到1～100Gb/cm2，遠遠高于目前的磁存儲和光存儲。

（4）MOEMS。目前正在研究的采用數字驅動微鏡陣列芯片DMD（Digital Micromirror Device）的光處理技術已開始應用到高分辨率的投影顯示裝置中。

（5）飛行器流體控制。自適應流體控制正在研究將“智能蒙皮”用作襟翼附著在飛行器表面，通過偏轉襟翼改變湍流結構可獲得更好的空氣動力學性能，使飛機產生俯沖、翻滾所需要的力矩。

（6）智能微型機器人。智能微機器人則是MEMS應用的高級形式，它是集成微傳感器、微執行器、微機械元件和微控制技術的智能裝置，總體尺寸在毫米左右。醫療上的微機器人可植人人體擔當“外科醫生”，隨血液流動可提供冠狀動脈信息、清除血栓，注人人體特定部位可針對癌細胞實施化療。軍事上的微型飛行器可用作戰場環境信息偵察或用作外空間探測的無人操作機器人。航天領域目前正在研制的微型衛星重量不到0.1kg，可由1枚運載火箭同時向太空發射多個微型衛星，形成覆蓋全球的微衛星網絡。

4結束語

綜上所述，可以看到：在科學技術高速發展的今天，人們借助于微米/納米技術及其相關高新技術群的幫助， “微型測控裝置”和“納米衛星”等等“微型裝置”和“微型武器”都將不再是遙遠的科學幻想。

作者簡介：楊郁（1983-）男，漢族，江蘇徐州人，本科，助理工程師，研究方向：機械工程。

參考文獻

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