【正文】 微機(jī)電系統(tǒng) 閃明才 主要內(nèi)容 微機(jī)電系統(tǒng)概論 微機(jī)電系統(tǒng)功能材料 微機(jī)械加工制造技術(shù) 微機(jī)械執(zhí)行器 微機(jī)械傳感器 微機(jī)械弱信號檢測與處理 微機(jī)電系統(tǒng)設(shè)計技術(shù) 微封裝、微構(gòu)件及微尺寸效應(yīng) 參考書 ? 莫錦秋 梁慶華等， 《 微機(jī)電系統(tǒng)設(shè)計與制造 》 ，化學(xué)工業(yè)出版社， ? 劉廣玉 樊尚春等， 《 微機(jī)械電子系統(tǒng)及其應(yīng)用 》 ，北京航空航天大學(xué)出版社， ? （美）徐泰然著，王曉浩等譯 《 MEMS和微系統(tǒng) —設(shè)計與制造 》 ，機(jī)械工業(yè)出版社， ? 梅濤 伍小平主編， 《 微機(jī)電系統(tǒng) 》 ，化學(xué)工業(yè)出版社， ? [德 ] ，王春海 于杰等譯《 微系統(tǒng)技術(shù) 》 ，化學(xué)工業(yè)出版社， 第一部分 微機(jī)電系統(tǒng)概論 （微機(jī)電系統(tǒng)的起源、國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀及應(yīng)用） 簡 介 ? 機(jī)械與機(jī)電系統(tǒng)；宏觀機(jī)電系統(tǒng)與微機(jī)電系統(tǒng) ? 微機(jī)電系統(tǒng)： 它是以微傳感器、微執(zhí)行器以及驅(qū)動和控制電路為基本元器件組成的、可以活動和控制的、機(jī)電合一的微機(jī)械裝置。 ? 特點(diǎn)： 學(xué)科交叉（力學(xué)、機(jī)械、電學(xué)、光學(xué)、電磁學(xué)、生物、化學(xué)等學(xué)科） 微型化、集成化和智能化； 低成本批量化； 應(yīng)用廣泛（軍民兩用） 高新技術(shù)。 ? 微機(jī)電系統(tǒng)的相關(guān)術(shù)語： MEMS(Microelectromechanical Systems)（美國） Micro Machine （日本） Micro System Technology （歐洲） 微機(jī)電系統(tǒng)的組成 ? 微機(jī)械電子系統(tǒng) (微機(jī)電系統(tǒng) )的組成： 一般可定義為由微米和納米加工技術(shù)制作而成的，融機(jī)、電、光、磁以及其他相關(guān)技術(shù)群為一體的，可以活動和控制的微工程系統(tǒng)。目前，人們泛稱其為 MEMS。它是以微傳感器、微執(zhí)行器以及驅(qū)動和控制電路為基本元器件組成的、自動化性能高的、可以活動和控制的、機(jī)電合一的微機(jī)械裝置。 用它進(jìn)行的操作是極其微細(xì)的，有的操作已經(jīng)到了單個細(xì)胞乃至分子范籌；有的微型敏感元件能敏感到單個原子，能進(jìn)行原子量級的探測。如此細(xì)微的工作狀況，用肉眼是不能分辨的，必須借助顯微術(shù)或?qū)Ｓ脙x器來觀察和控制。 微機(jī)電系統(tǒng)的發(fā)展?fàn)顩r ? 微機(jī)械電子系統(tǒng)，即微機(jī)械技術(shù)，是 20世紀(jì) 80年代后期國際上興起的一項高技術(shù)。它以集成電路技術(shù)、表面加工技術(shù)和納米精加工技術(shù)為基礎(chǔ)，具有極大的學(xué)科交叉性，微機(jī)電系統(tǒng)的設(shè)計與制造涉及到設(shè)計、材料、制造、測試、控制、能源以及連接等相關(guān)技術(shù)。與傳統(tǒng)機(jī)械系統(tǒng)相比，除在尺度上很小外，它還是一種高度智能化和高度集成化的系統(tǒng)。微機(jī)電系統(tǒng)的研究是制造技術(shù)上的一場革命，在 21世紀(jì)的機(jī)械發(fā)展過程中將占有主導(dǎo)地位。 微機(jī)械技術(shù)將是一項新興的產(chǎn)業(yè)，會優(yōu)先在生物、醫(yī)療、航空、航天、電子產(chǎn)品、過程控制及測試技術(shù)等領(lǐng)域獲得廣泛的應(yīng)用。 集成電路技術(shù)的發(fā)展 半導(dǎo)體晶體管計算機(jī) 上世紀(jì)末的微型計算機(jī)芯片 國外的發(fā)展現(xiàn)狀 （ 1） ? 美國 國家科學(xué)基金、先進(jìn)研究計劃、國防部等投資 元進(jìn)行微機(jī)電系統(tǒng)技術(shù)研究。在軍方資助下，完成了《 微電子機(jī)械系統(tǒng)的軍事應(yīng)用 》 研究報告。 ? 主要研究方向： 精密制導(dǎo)武器、靈巧武器、偵察通訊、破壞敵方指揮系統(tǒng)及戰(zhàn)斗力、研制微型衛(wèi)星及納米衛(wèi)星等。 ? 主要實用化成果： Park公司開發(fā)研制出用于掃描隧道顯微鏡（ STM）和原子力顯微鏡（ AFM）的微型傳感器； Texas公司開發(fā)出用于彩色圖像投影顯示的數(shù)字鏡面器件（ DMD）； AD公司開發(fā)研制的加速度計，管芯尺寸為 *，量程達(dá) 50g，靈敏度為 15mv/g等。 ? 國外的發(fā)展現(xiàn)狀 （ 2） ? 歐共體 成立了 NEXUS（多功能微系統(tǒng)研究合作機(jī)構(gòu)）組織；德國制定了微機(jī)械系統(tǒng)技術(shù)計劃（ 1990～ 1995投資共 40億馬克）， 20世紀(jì) 80年代中期發(fā)展了一種 LIGA（深度同步輻射 X射線光刻、電鍍和模鑄）工藝，深化了平面加工技術(shù)，實現(xiàn)了高寬比大于 200的三維立體結(jié)構(gòu)的加工制造，被加工材料也擴(kuò)展為金屬、塑料和陶瓷。被公認(rèn)為是一種最有發(fā)展前景的超微細(xì)加工方法。 ? 主要研究機(jī)構(gòu)和實用化成果 Karlsruhe核研究中心、微技術(shù)研究所（ IMM）、Microparts公司等。已開發(fā)研制出微傳感器、微電機(jī)、微執(zhí)行器、集成光學(xué)和微光學(xué)元件、微型流量計以及直徑為數(shù)百微米的金屬雙聯(lián)齒輪等。 國外的發(fā)展現(xiàn)狀 （ 3） ? 日本 制定了納米制造計劃（ 1985～ 1990年）、埃技術(shù)計劃（ 1992～ 2022年計劃投資 ）、微機(jī)器人計劃。計劃生產(chǎn)兩臺微型機(jī)器人用于醫(yī)學(xué)診斷（或微型手術(shù)）和飛機(jī)發(fā)動機(jī)（或原子能設(shè)備）的微小裂紋的維修診斷?，F(xiàn)有 MEMS研究機(jī)構(gòu) 60余個（企業(yè)占 2／3）， 1990年成立了微機(jī)械中心（ MMC）和微機(jī)械學(xué)會（ MST）。每年舉辦一次 MEMS國際研討會。 ? 主要實用性成果 利用電火花加工技術(shù)、 IC技術(shù)和光成型技術(shù)加工出各種傳感器和執(zhí)行器，研制成功主要用于生物和醫(yī)療的微型機(jī)器人。有三本專著出版。 國內(nèi)的發(fā)展現(xiàn)狀 ? 主要研究機(jī)構(gòu) 華北地區(qū)： 清華大學(xué)、北京大學(xué)、中科院電子所、信息產(chǎn)業(yè)部 13所、華北工學(xué)院微米納米技術(shù)研究中心等。 華東地區(qū)： 中科院上海冶金所、上海交通大學(xué)、復(fù)旦大學(xué)、東南大學(xué)、浙江大學(xué)、上海大學(xué)、廈門大學(xué)等。 東北地區(qū)： 信息產(chǎn)業(yè)部 49所、哈爾濱工業(yè)大學(xué)、中科院長春光機(jī)所、大連理工大學(xué)、沈陽儀器儀表工藝研究所等。 西南地區(qū)： 重慶大學(xué)、信息產(chǎn)業(yè)部 24所、26所、 44所等。 西北地區(qū)： 西安交通大學(xué)、航空 618所、航天 771所、航天 16所等。 國內(nèi)的主要研究現(xiàn)狀及成果 ? 清華大學(xué) 廣泛開展了多種微型傳感器 (微加速度計、微陀螺、微磁場計、微壓力傳感器、微流量傳感器、微麥克風(fēng)等 )、微泵、微閥、微噴、微毛細(xì)管電泳儀、微光開關(guān)、 RFMEMS器件、微光譜儀、 DNA芯片等的研究。其中，微加速度計和微泵正在準(zhǔn)備生產(chǎn)；微毛細(xì)管電泳儀已經(jīng)制成樣機(jī)，可以用于藥物分析和環(huán)境監(jiān)測，具有廣闊的市場前景，正在向市場化推進(jìn)。 清華大學(xué)于 2022年 6月發(fā)射成功進(jìn)入 700km太陽軌道的 “ 航天清華一號 ” 微小衛(wèi)星，運(yùn)行狀況良好。其特點(diǎn)是質(zhì)量輕 (50kg)、體積小 ( )、研制周期短 (約 1年 )、成本低、功能密度高，體現(xiàn)了我國MEMS技術(shù)在微小衛(wèi)星中的應(yīng)用取得重大突破。 3m北京大學(xué)微電子所 ? 北京大學(xué)微電子所 以 IC加工生產(chǎn)線為基礎(chǔ)，開展了體硅工藝和表面