微機電系統(tǒng)概論-1

微機電系統(tǒng)

閃明才

主要內容1、微機電系統(tǒng)概論2、微機電系統(tǒng)功能材料3、微機械加工制造技術4、微機械執(zhí)行器5、微機械傳感器6、微機械弱信號檢測與處理7、微機電系統(tǒng)設計技術8、微封裝、微構件及微尺寸效應

參考書莫錦秋梁慶華等，《微機電系統(tǒng)設計與制造》，化學工業(yè)出版社，2004.3劉廣玉樊尚春等，《微機械電子系統(tǒng)及其應用》，北京航空航天大學出版社，2003.2（美）徐泰然著，王曉浩等譯《MEMS和微系統(tǒng)—設計與制造》，機械工業(yè)出版社，2004.1梅濤伍小平主編，《微機電系統(tǒng)》，化學工業(yè)出版社，2003.1[德]W.MenzJ.Mohr等著，王春海于杰等譯《微系統(tǒng)技術》，化學工業(yè)出版社，2003.9

第一部分

微機電系統(tǒng)概論

（微機電系統(tǒng)的起源、國內外發(fā)展現(xiàn)狀及應用）簡介機械與機電系統(tǒng)；宏觀機電系統(tǒng)與微機電系統(tǒng)微機電系統(tǒng)：它是以微傳感器、微執(zhí)行器以及驅動和控制電路為基本元器件組成的、可以活動和控制的、機電合一的微機械裝置。特點：

1、學科交叉（力學、機械、電學、光學、電磁學、生物、化學等學科）2、微型化、集成化和智能化；3、低成本批量化；4、應用廣泛（軍民兩用）5、高新技術。微機電系統(tǒng)的相關術語：

MEMS(MicroelectromechanicalSystems)（美國）

MicroMachine（日本）

MicroSystemTechnology（歐洲）

微機電系統(tǒng)的組成微機械電子系統(tǒng)(微機電系統(tǒng))的組成：

一般可定義為由微米和納米加工技術制作而成的，融機、電、光、磁以及其他相關技術群為一體的，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、機電合一的微機械裝置。用它進行的操作是極其微細的，有的操作已經(jīng)到了單個細胞乃至分子范籌；有的微型敏感元件能敏感到單個原子，能進行原子量級的探測。如此細微的工作狀況，用肉眼是不能分辨的，必須借助顯微術或專用儀器來觀察和控制。微機電系統(tǒng)的發(fā)展狀況

微機械電子系統(tǒng)，即微機械技術，是20世紀80年代后期國際上興起的一項高技術。它以集成電路技術、表面加工技術和納米精加工技術為基礎，具有極大的學科交叉性，微機電系統(tǒng)的設計與制造涉及到設計、材料、制造、測試、控制、能源以及連接等相關技術。與傳統(tǒng)機械系統(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)。微機電系統(tǒng)的研究是制造技術上的一場革命，在21世紀的機械發(fā)展過程中將占有主導地位。

微機械技術將是一項新興的產(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等領域獲得廣泛的應用。

集成電路技術的發(fā)展

半導體晶體管計算機

上世紀末的微型計算機芯片

國外的發(fā)展現(xiàn)狀（1）美國

國家科學基金、先進研究計劃、國防部等投資1.4億美元進行微機電系統(tǒng)技術研究。在軍方資助下，完成了《微電子機械系統(tǒng)的軍事應用》研究報告。主要研究方向：

精密制導武器、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1.5mm*1.5mm，量程達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)研究合作機構）組織；德國制定了微機械系統(tǒng)技術計劃（1990～1995投資共40億馬克），20世紀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，實現(xiàn)了高寬比大于200的三維立體結構的加工制造，被加工材料也擴展為金屬、塑料和陶瓷。被公認為是一種最有發(fā)展前景的超微細加工方法。主要研究機構和實用化成果

Karlsruhe核研究中心、微技術研究所（IMM）、Microparts公司等。已開發(fā)研制出微傳感器、微電機、微執(zhí)行器、集成光學和微光學元件、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）、埃技術計劃（1992～2001年計劃投資1.85億美元）、微機器人計劃。計劃生產(chǎn)兩臺微型機器人用于醫(yī)學診斷（或微型手術）和飛機發(fā)動機（或原子能設備）的微小裂紋的維修診斷。現(xiàn)有MEMS研究機構60余個（企業(yè)占2／3），1990年成立了微機械中心（MMC）和微機械學會（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、IC技術和光成型技術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)療的微型機器人。有三本專著出版。

國內的發(fā)展現(xiàn)狀主要研究機構華北地區(qū)：清華大學、北京大學、中科院電子所、信息產(chǎn)業(yè)部13所、華北工學院微米納米技術研究中心等。華東地區(qū)：中科院上海冶金所、上海交通大學、復旦大學、東南大學、浙江大學、上海大學、廈門大學等。東北地區(qū)：信息產(chǎn)業(yè)部49所、哈爾濱工業(yè)大學、中科院長春光機所、大連理工大學、沈陽儀器儀表工藝研究所等。西南地區(qū)：重慶大學、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、航空618所、航天771所、航天16所等。

國內的主要研究現(xiàn)狀及成果清華大學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、微麥克風等)、微泵、微閥、微噴、微毛細管電泳儀、微光開關、RF-MEMS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備生產(chǎn)；微毛細管電泳儀已經(jīng)制成樣機，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。清華大學于2000年6月發(fā)射成功進入700km太陽軌道的“航天清華一號”微小衛(wèi)星，運行狀況良好。其特點是質量輕(50kg)、體積小(0.07)、研制周期短(約1年)、成本低、功能密度高，體現(xiàn)了我國MEMS技術在微小衛(wèi)星中的應用取得重大突破。北京大學微電子所北京大學微電子所

以IC加工生產(chǎn)線為基礎，開展了體硅工藝和表面工藝研究，已形成了較成熟的工藝技術，研制了硅微高加速度計、微化學傳感器等，計劃利用2年時間實現(xiàn)微型繼電器、可調電容和微光學器件的小批量生產(chǎn)，已經(jīng)得到環(huán)宇－青島公司的資金投入。信息產(chǎn)業(yè)部13所

信息產(chǎn)業(yè)部13所

已經(jīng)建成體硅加工的小批量制造基地，研制了微加速度計、微陀螺、紅外隧穿傳感器、微光器件等，“十五計劃”期間，他們將發(fā)展重點放在航空航天和信息技術領域，準備開發(fā)微小衛(wèi)星、慣性組件、RF—MEMS器件和光交換設備等。信息產(chǎn)業(yè)部49所信息產(chǎn)業(yè)部49所

從20世紀80年代初就開始從事微傳感器的相關研究，主要制造不同規(guī)格的微壓力傳感器、氣敏／濕敏傳感器、流量傳感器等，并研制為武器裝備配套的微加速度計中國科學院上海冶金所中國科學院上海冶金所研制了微加速度計、微陀螺、微壓力傳感器、微紅外傳感器陣列、微光器件等多種MEMS器件，作為首席專家單位主持973項目“集成微光機電系統(tǒng)”研究，并開展了微小衛(wèi)星的研究。沈陽儀器儀表研究所

沈陽儀表科學研究院（沈陽儀器儀表研究所）

生產(chǎn)的微硅壓力傳感器系列、雙向靜壓過載微差壓傳感器系列，市場需求量較大，已形成小規(guī)模生產(chǎn)能力。信息產(chǎn)業(yè)部24所信息產(chǎn)業(yè)部24所–重慶

主要生產(chǎn)專用模擬集成電路，擁有各種IC生產(chǎn)線，他們從“九五”開始與重慶大學合作進行MEMS的研究，參與了微觸覺傳感器和生物芯片的生產(chǎn)。

東南大學東南大學東南大學和國際風險投資資金合作成立有E-life公司，主要開發(fā)生產(chǎn)有自主知識產(chǎn)權的DNA分析芯片及其相配套的平臺。這種高密度的芯片將被用來建立人口基因檔案，為公安等部門服務。該芯片及其平臺在醫(yī)院中可以代替?zhèn)鹘y(tǒng)的基因檢測方法，具有速度快、成本低的優(yōu)點。目前，E-life公司正在與醫(yī)院進行聯(lián)合研究，可望形成較大的產(chǎn)值。東南大學還研制了硅微加速度計和陀螺等。中北大學（華北工學院）微米納米技術研究中心

主要從事微機械加速度計、微陀螺和微慣性測量組合的應用系統(tǒng)研究，正在開展軍用和民用的慣性系統(tǒng)、新型的單兵作戰(zhàn)系統(tǒng)以及道路、橋梁的監(jiān)測系統(tǒng)等方面的研究工作。浙江大學浙江大學

研制的納米碳管、微透鏡陣列、蛋白質生物芯片比較成熟，可望投入生產(chǎn)。另外他們也很重視設備的研制，可以向市場提供反應離子束蝕刻機、雙元STM納米檢測儀。他們還研制了硅微加速度計、微陀螺、微真空計、微高度計等。重慶大學重慶大學

研究了微加速度陣列、光壓力傳感器、觸覺傳感器、細胞流變學測量儀、微型光譜儀等。中國科學院電子所中國科學院電子所開發(fā)了微氣敏傳感器、微波功率傳感器、諧振式和真空微電子壓力傳感器、微pH傳感器等。他們的另一個研究重點是微生物傳感器和微分析系統(tǒng)，正在研究微芯片PCR擴增儀、CE微型毛細管電泳儀、DNA微型檢測儀等。中國科學院合肥智能機械研究所中國科學院合肥智能機械研究所從1989年起就開始進行微機械加工技術研究，以MEMS技術為主要實現(xiàn)手段，以研制生物醫(yī)學、航天等領域的微型傳感器與微型機器人系統(tǒng)為目標，研究微傳感器、微執(zhí)行器與微系統(tǒng)。研究了硅各向異性腐蝕工藝、電化學摻雜選擇腐蝕工藝、硅—硅靜電鍵合工藝，研制了硅微力傳感器、微結構氣敏陣列傳感器、集成化硅觸覺陣列傳感器、微型三維力傳感器、表面微加工轉速傳感器、無線驅動體內微機器人等。目前正在研制爆炸物探測微陣列、微型六維力探針、柔性觸覺傳感器、能夠進入人體腸胃進行檢查的微機器人等微機電系統(tǒng)。

哈爾濱工業(yè)大學主要研究機構

航天學院MEMS中心、機器人研究所MEMS研究組、機電工程學院微機電研究室、機械制造及其自動化MEMS研究組等。微機電系統(tǒng)的特征尺寸微小是微機電系統(tǒng)的基本特征

當尺寸小到微米或亞微米量級時，會產(chǎn)生微尺寸效應。它的影響將反映到諸如結構材料、設計理論、制造方法、在微小范圍內各種能量的相關作用及測量技術等許多方面。也就是說，工程上常用的尺寸縮放法不適用于由微尺寸元器件組成的微裝置；因而，傳統(tǒng)的設計理論、方法及一些物理定律不能完全套用，許多理念需要更新和重新建立，必須從新的構思出發(fā)去探索微機械由于尺寸效應形成的一些特殊現(xiàn)象和規(guī)律。

微尺寸效應的影響1、微尺寸效應對于元器件間的作用力的影響

隨著尺寸的減小，與尺寸3次方成比例的像慣性力、體積力及電磁力等的作用將明顯減弱；而與尺寸2次方成比例的像粘性力、表面力、靜電力及摩擦力等的作用則明顯增強，并成為影響微機械性能的主要因素。在微機械設計中，多利用靜電力驅動。在微機械中，又由于表面積與體積之比相對增大，使熱傳導的速度也相對增加。研究微機械中的摩擦、磨損的特性與機理是該領域的主要課題之一。2、微尺寸效應對于元器件機械強度的影響

隨著元器件尺寸的減小，元器件材料內部缺陷出現(xiàn)的可能性減小，因而元器件材料的機械強度會增加。所以微型元器件的彈性模量、抗拉強度、疲勞強度及殘余應力均與大零件有所不同。3、微尺寸效應對于元器件慣性和熱容量的影響

由于微尺寸效應，導致微機電系統(tǒng)的慣性小、熱容量低，容易獲得高靈敏度和快速響應。4、微尺寸效應對于元器件信號檢測的影響

由于微尺寸效應，導致微機電系統(tǒng)的前端裝置（如微傳感器）的輸出信號十分微小，傳統(tǒng)的測量工具和儀器難以實現(xiàn)如此微弱信號的檢測，必須創(chuàng)造新的測量設備。5、微尺寸效應對于元器件設計方法的影響

微機電系統(tǒng)尺度的縮小，集成化程度的提高．會導致工序增多，成本增高；所以應在試制前對整個微機電系統(tǒng)的器件、工藝及性能進行模擬分析，對各種參數(shù)進行優(yōu)化，以保證微系統(tǒng)的設計合理、正確，降低研制成本，縮短研制周期。顯然，傳統(tǒng)的設計方法(基本上為試湊法)巳難以滿足上述新要求，必須尋求新的設計途徑。其中最流行的設計方法就是微機電系統(tǒng)的計算機輔助設計(MEMSCAD)。運用MEMSCAD，除了借鑒已有的機械CAD和電子工具外，還必須針對特定的微系統(tǒng)，開發(fā)專用的CAD建模軟件。該研究方向有大量的工作要做。微機電系統(tǒng)的材料微機電系統(tǒng)常用材料傳統(tǒng)的機電系統(tǒng)，用得最多的是金屬材料，采用傳統(tǒng)的機械制造工藝制作而成；而微機電系統(tǒng)最常用的則是硅及其化合物材料。以及特種合金、石英、塑料和陶瓷等。1982年K.E.Petersen發(fā)表了一篇著名的論文“硅作為機械材料”，引起了人們對硅的重新認識。硅及其合金材料的特點硅是容易獲得的超純無雜的低成本材料，有極好的機械特性和電學特性，非常適合制造微結構；便于利用集成電路(IC)工藝和微機械加工工藝進行批量生產(chǎn)；硅微結構便于和微電子線路實現(xiàn)集成化。

微機電系統(tǒng)的制造技術微機電系統(tǒng)制造的特點

由于微機電系統(tǒng)及器件多種多樣，不僅和微電子之間有交聯(lián)，還和外界其它物理量相互作用，并且為體型結構。因此，雖然集成電路制造技術，包括版圖設計、刻蝕工藝、薄膜工藝以及模擬技術等已發(fā)展得較為成熟，能成功地用于微電子器件和集成電路的制作，但它不能完全滿足微機電系統(tǒng)及其器件的制造要求。微機電系統(tǒng)專用制造方法

體型加工技術、表面加工技術、LIGA（深度同步輻射X射線光刻、電鍍和模鑄）技術、構件間的相互組裝技術、鍵合及封裝技術等。微機電系統(tǒng)的測量技術由于微尺寸效應，導致微傳感器、微執(zhí)行器等的輸出量衰減到微弱信號級如運動位移、振幅及形變小到亞微米和納米量級。將它們變換成可供接收和處理的電信息時，相應的電壓量小到微伏、亞微伏乃至nV，電流量小到nA，電容量小到(0.1～.001)pF。為了把如此微弱的有用信號從強噪聲背景下提取出來，從設計上考慮，必須遵循的原則是：●設計合理的集成檢測電路布局；●檢測電路必須與微機械裝置(如微傳感器)盡量靠近，最好能與傳感器實現(xiàn)單片集成或混合集成；●盡量減短微系統(tǒng)的尺寸鏈。

微機電系統(tǒng)功能元件測量儀器掃描隧道顯微鏡（STM）工作原理

利用超細的金屬納米探針(納米尖)和被測樣件表面構成2個電極，當探針尖與樣件表面非常接近(如1nm)時，在探針與表面形成的電場作用下，將產(chǎn)生隧道電流效應，即電子會穿過二者之間的空隙從一個電極流向另一個電極。隧道電流的大小與空隙大小有關。當空隙增大時，電流以指數(shù)形式衰減，若空隙增大0.1nm，電流減小1個數(shù)量級，靈敏度極高。測出探針在非常接近的被測樣件表面上掃描產(chǎn)生的隧道電流變化，即可得知樣件表面在nm尺度內各點位置的微細變化，即表面的三維空間形貌。掃描顯微術主要組成部份原子力顯微鏡（AFM）工作原理在STM的基礎上，現(xiàn)己發(fā)展了多種掃描探針的顯微技術，以適應不同領域的需要。這些顯微技術都是利用探針與樣件的不同相互作用，探測表面或界面在nm尺度上表現(xiàn)出來的微細變化。如原子力顯微鏡AFM，就是利用探針和被測表面之間微弱力的相互作用這一物理現(xiàn)象，對被測樣件表面進行掃描測量，得知納米形貌。AFM的探測力極其微弱，在N之間，形成與被測表面輕微接觸或接近于非接觸(相互作用力僅為幾nN)的模式。這種程度的接觸模式是不會使樣件表面產(chǎn)生形變和損傷的。AFM掃描測量結果示例用AFM掃描測量出的多晶硅芯片的表面粗糙度微機電系統(tǒng)的應用

一、在航空航天方面的應用微機電系統(tǒng)在飛行器的電子設備、飛行器設計及微小衛(wèi)星等技術方面都有重要的應用。

如圖所示為機載分布式大氣數(shù)據(jù)計算機，由多功能微型大氣數(shù)據(jù)探頭、微型壓力傳感器以及信號處理單元直接組成，并封裝在殼體內，形成一個微機電系統(tǒng)。其工作原理是：多功能微型大氣數(shù)據(jù)探頭把感受到的大氣數(shù)據(jù)直接輸入相應的微傳感器，并將其變換為電信號，再經(jīng)信號處理單元解算和補償后，以總線信號方式提供給飛機上飛控、火控、導航及環(huán)境控制等各系統(tǒng)使用。與現(xiàn)在飛機上使用的常規(guī)型分離式大氣數(shù)據(jù)計算機相比，其體積和質量下降1～2個數(shù)量級。減輕質量和減小體積．對于飛機和空間飛行器來說是至關重要的。分布式大氣數(shù)據(jù)計算機由微機電功能單元構造的機敏材料與結構現(xiàn)代飛機和飛行器的結構更多地采用復合材料，已成為發(fā)展趨勢。尤其引人注目的是，在復合材料內分布嵌入微機電系統(tǒng)功能單元(微傳感器十微執(zhí)行器十微電子線路)，便可得到期望的、程序可控的材料和結構組態(tài)。這些材料和結構被稱為機敏材料和機敏結構。這種機敏結構具有自我監(jiān)測和檢測的功能，能連續(xù)地對結構的應力、振動、聲、加速度、氣動阻力及結構完好性(或損傷)等多種狀態(tài)實施監(jiān)測和檢測。例如．若將能測量和控制氣動渦流和擾動氣流的MEMS單元分布嵌入飛機襟翼表面，使其成為主動柔性表面，便可對氣流擾動或渦流形成主動抑制，就能明顯地降低氣動阻力。改善飛機飛行的機動性，參見下圖。類似的主動活動表面也可用于轉動直升飛機的槳葉、燃氣輪機的葉片，以達到減振降噪，提高功效的目的。氣動擾動控制的柔性襟翼昆蟲微型偵察機利用具有程序可控、動態(tài)可調的機敏材料和機敏結構繼而可以研發(fā)活動機冀的微型偵察機。這種新型飛機會像鳥兒一樣飛翔，用活動機翼調節(jié)空氣阻力，達到節(jié)省燃油、提高性能的目的。預計將來，當有一只小鳥或蜜蜂一樣的飛行物在你頭上盤旋時，你要注意，這也許是有人在監(jiān)視你。

微型飛行機器人

MFR-II。螺旋槳長約136mm，高約85mm。

精工愛普生制造的μFR-II微型飛行機器人，該機器人為采用螺旋槳的直升飛機，可自動控制姿態(tài)、按事先指定的路線飛行。

μFR-II通過市場上銷售的鋰離子電池驅動。通過采用精工愛普生的陀螺儀“XV-3500CB”等，機身（不包括電池）的重量減輕了0.3g，僅為8.6g。包括電池在內，全部重量為12.3g。微型無人機微小型衛(wèi)星技術

微小型衛(wèi)星質量的劃分

微小型衛(wèi)星的質量通常為100～500kg左右，微型衛(wèi)星的質量通常為10～100kg左右，而納米衛(wèi)星的質量通常小于10kg，皮衛(wèi)星的質量通常小于1kg。微小型衛(wèi)星的特點

體積小、質量輕、制造和發(fā)射成本低、效費比高、生產(chǎn)周期短、適合于批量生產(chǎn)，安全性高，性能單一，使用靈活，布設成局部星團或分布式星座，可替代大型衛(wèi)星實現(xiàn)對地球上任意一點的連續(xù)覆蓋和監(jiān)視。

哈工大－試驗衛(wèi)星一號

試驗衛(wèi)星一號重204公斤微機電系統(tǒng)對發(fā)展微小衛(wèi)星的促進作用

應用微機電系統(tǒng)可以使微小衛(wèi)星的質量降至10kg以下。不久的將來，含有多種微傳感器、微處理器、天線、微型火箭及微控制器等在內的集合體，將會用微米和納米制造技術把它們制作在同一塊硅基片上，成為單片微小衛(wèi)星。這些微小衛(wèi)星發(fā)射上天后，形成星團(或稱浮動層)。這個星團就是分布在一定軌道上的微小衛(wèi)星結構體系，可以保證在任何時刻對地球上的覆蓋區(qū)進行監(jiān)視。

納星一號重量小于25公斤我國已相繼成功發(fā)射了“實踐五號”、“海洋一號”、“創(chuàng)新一號”、“清華一號”等多顆不同質量、不同用途的小衛(wèi)星，

微機電系統(tǒng)與微小衛(wèi)星技術納型衛(wèi)星是基于微電子技術、微機電技術、微光電技術等微米/納米技術而發(fā)展起來的新型微小衛(wèi)星。納衛(wèi)星質量輕，有的僅重幾公斤，衛(wèi)星的一體化設計和集成度更高，是當前國際航天技術發(fā)展的重要方向之一，體現(xiàn)了航天器微小化的發(fā)展趨勢。目前世界上只有俄羅斯、美國、英國等國家相繼成功發(fā)射了納型衛(wèi)星?！凹{星一號”的發(fā)射成功，標志著我國成為成功進入這一領域的少數(shù)國家之一。微型人造衛(wèi)星

核心元器件美國新墨西哥州的LosAlamosNationalLaboratory正研究制造長約3英時,重半盎司的微型人造衛(wèi)星核心元器件,并將應用于數(shù)以百計的微型人造衛(wèi)星中，發(fā)射到太空去。微型人造衛(wèi)星易于制造，不易受太空的磁場干擾，由于每一微型人造衛(wèi)星只負責一類工作，耗電量低，易于控制，并可利用太陽能發(fā)電。XCG100/250

低功耗微機械

陀螺儀傳感器系統(tǒng)XCG100/250(低功耗陀螺儀)在一個小的PC板上提供一個MEMS（微電子機械系統(tǒng)）單軸角速率傳感器。該傳感器是一個完整的單元，僅僅要求直流電壓輸入來測量角速率。XCG100/250適合用于嵌入式應用，安裝靈活。指標：標準輸入范圍:±100°/secand±250°/sec

輸入電壓:+5VDC

帶寬：>50Hz

輸出噪音：<0.005°/sec/(±100°/sec角速率范圍)

操作溫度：-40°C到+85°C

應用：引導控制系統(tǒng)短時期導航姿態(tài)參考系統(tǒng)機器人機車儀器微型陀螺儀微型內燃機

美國加州大學的科學家成功研制了一臺，世界最小的內燃機，希望代替目前在手提電腦或其他電子產(chǎn)品使用的電池。

這臺內燃機只有一便士硬幣大小，但可以持續(xù)提供能源，供應電子產(chǎn)品（如流動電話、手提電腦和機械人）使用，甚至可以供給士兵攜帶的裝備所需要的能源。

微型發(fā)動機壓電微電機二、在信息科學方面的應用微操作夾持器

現(xiàn)代的機電產(chǎn)品的微型化帶來了深刻的技術革命，手提電話、計算器、精密手表零件的組裝面臨著新的挑戰(zhàn)。傳統(tǒng)的手工裝配方法對操作者的技術、勞動強度都有很高的要求，而且工作效率很低，操作工人的培養(yǎng)往往需要較長的時間。微操作機器人系統(tǒng)采用專門設計的工具、定位裝置、照明裝置和便于操作者操作的遙控作業(yè)系統(tǒng)，可以方便地裝配和操作微機械零件。三軸加速度計三軸加速度計結合三個直交相似的電容加速度計，電容加速度計帶有防潮、低阻抗，可用于商業(yè)和工業(yè)環(huán)境中測量加速度值。其內部每一個加速度計都包含有微型密封、微機械的電容傳感單元和一個普通集成放大器，電鍍鋁制外殼采用環(huán)氧密封技術，該外殼可以很方便的用#8（M4）螺絲釘安裝。加速度傳感器微機械結構，微型尺寸，可以直接焊接在PCB版上。可以測量重力加速度，可以測量動態(tài)沖擊加速度，也可以應用加速度傳感器來集成傾角處理系統(tǒng)，測試速度和振動。內置放大和過濾器，抗沖擊達5000g，供電范圍寬：2.7-24V，IP66防護。量程從1g到100g?？蓱迷诳刂剖直駝雍蛽u晃，儀器儀表，汽車制動啟動檢測，地震檢測，報警系統(tǒng)，環(huán)境監(jiān)視，工程測振、地質勘探、鐵路、橋梁、大壩的振動測試與分析；高層建筑結構動態(tài)特性和安全保衛(wèi)振動偵察上。硅微壓力傳感器微機械最早和最成功的產(chǎn)品是微型壓力傳感器。壓阻式微型壓力傳感器

這種傳感器的敏感元器件是厚10一25微米的硅膜片。膜片在壓力作用下發(fā)生偏轉，通過偏轉大小的變化來傳感壓力的變化。膜片的偏轉導致電阻變化，由微電路檢測出這種電阻變化，即可測出壓力變化。電容式微型壓力傳感器

若把膜片制成電容器的一塊芯極板，則當壓力變化引起膜片偏轉時，電容器兩塊電極板之間的距離就會發(fā)生變化，導致電容值變化，用電路檢測出電容值的變化，即可測出壓力變化。壓阻式傳感器使用的壓力較低、工作穩(wěn)定性較好、制造較簡易，是主要發(fā)展產(chǎn)品。單晶硅壓力

傳感器芯體采用單晶硅材料，硅微機械加工精制而成,無P-N節(jié)效應，可做100:1的量程遷移,工作溫度可達160℃,溫度系數(shù)小，且溫度影響為線性,無機械傳動部件，動態(tài)頻響高，抗振動和沖擊.XW-810

微型慣性測量單元XW-810（可升級微型緊密組合系統(tǒng)）組合了3-軸MEMS陀螺儀，3-軸MEMS加速度計，3-軸磁阻傳感器和12通道載波相位的GPS接收機。該系統(tǒng)是星網(wǎng)迅達科技發(fā)展有限公司的專利技術產(chǎn)品。XW-810的機械尺寸小12.5cm3(<8in3)。

左圖是豐田公司的研究人員和東北大學合作開發(fā)的另一種壓力傳感器。該傳感器為體型硅加工的電容器件，由硅與玻璃基片鍵合而成，并集成了CMOS電路。該器件具有一個2平方毫米的振動膜，遠大于以前的器件，測量范圍是0Pa～20Pa，并具有高過載保護功能。該器件與一個數(shù)字電子芯片集成用于補償和數(shù)字信號輸出。利用同樣的原理和結構還可以制作電容加速度傳感器，可用于汽車安全氣囊和主動懸掛控制。微慣性傳感器汽車中氣囊展開系統(tǒng)的操作是汽車在嚴重碰撞中產(chǎn)生的沖擊被慣性傳感器“感知”，（該慣性傳感器采用的是微加速度計原理），傳感器產(chǎn)生適當?shù)男盘柦o制動器，使氣囊打開，以保護駕駛員和乘客免受嚴重傷害。傳感器包括兩個微加速度計，被安裝在汽車的底盤上。右邊的加速度計測量水平方向的制動。汽車氣囊展開系統(tǒng)智能慣性傳感器微齒輪圖示是一個比螞蟻頭的尺寸還要小得多的齒輪和使用陶瓷制造的雙層齒輪。齒輪的齒距在100微米量級。這兩種齒輪都是利用LIGA工藝制造的。微馬達圖為靜電驅動的微馬達。所有三個部件－轉子（中心齒輪）、定子以及扭矩傳遞齒輪都是用鎳制造的。鋸齒形的轉子直徑700微米，與一個直徑250微米的齒輪嚙合，后者傳遞馬達產(chǎn)生的扭矩。轉子和軸之間的間隙以及轉子和定子之間的間隙都是4微米，裝置的高度是120微米。微渦輪微渦輪用以產(chǎn)生動力，渦輪是用鎳制造。轉子直徑130微米，轉子和軸之間的間隙5微米，渦輪高度150微米，整個裝置的材料用鎳制造。最大轉速可達150000r/min。微透鏡左圖中每一個透鏡的直徑都是150微米，這些透鏡組成微物鏡，可以使內窺鏡的光學分辨率提高到3微米。這些透鏡還可以被應用在復印機、光學掃描儀及打印機上。右圖是這些透鏡組成的用于神經(jīng)外科的微物鏡。疊層式密封

2-DMEMS光開關模塊

基于MEMS（微型機電系統(tǒng)）技術的光開關，利用做在硅片上的微型可動鏡子來操縱通過光導纖維網(wǎng)絡交叉點的光束?；贛EMS的光開關的應用，可以從小型的光交叉連接（見圖）直到能夠傳導成千上萬光信號的大型交叉連接。與傳統(tǒng)的開關不同，它必須能夠識別通過它的每一組、每一單元或每一幀的數(shù)據(jù)。純粹的光開關與數(shù)據(jù)的速率和格式無關，因此，它們適用于網(wǎng)絡的所有環(huán)節(jié)，所以，它們實際上是未來的發(fā)展方向。三、在生命科學方面的應用微傳感器、微執(zhí)行器及微系統(tǒng)在生物醫(yī)學和工程方面的應用加速疾病的預防、診斷及治療都有重要作用。主要應用場合：

1、腔內壓力監(jiān)側；

2、微型手術；

3、生物芯片；

4、細胞操作；

5、仿生器件等。圖所示為用于顱內壓力監(jiān)測的微系統(tǒng)。它由微型壓力傳感器(如硅電容式壓力微傳感器)和遙測單元組成。植入顱內腔的壓力微傳感器可以實時監(jiān)測顱內病灶部位的壓力變化，如腦出血時壓力會增高。微型壓力傳感器實時檢測信息，經(jīng)內導線傳給遙測單元輸出，供醫(yī)生做出正確判斷，以便確定適宜的治療方案。單片夾持驅動器固定和測試細胞隨著生物工程的發(fā)展,要求能隨意捕捉和釋放單一游離細胞，或向細胞內注入和拾取某一成分，同時還能測定和記錄細胞生物電參數(shù)。游離細胞捕捉儀就是為此目的而研制的，對只有幾微米的細胞來說，關鍵動作是接近細胞時的精細微調，要求分辯率達幾十納米，微驅動機器人具有高定位精度和精細操作能力，適于完成上述操作。微型內窺鏡最新型的M2A微型內窺鏡，也叫“裝在藥丸里的相機”。用M2A微型內窺鏡做檢查不會給病人帶來痛苦，還可以幫助醫(yī)生看見人體長達21英尺的小腸內發(fā)生的病變，如不明顯的內出血、侵犯胃腸道的克羅恩病，及小腸生長的腫瘤等。微型游泳機器人期望用于人體血管中的微型游泳機器人。游泳機器人工作原理利用鐵磁橡膠的特性可以制作柔性磁場驅動執(zhí)行器，圖為采用鐵磁橡膠制作的微型游泳機器人。微機器人流線型基體采用泡沫塑料制作，在水中具有一定的浮力。在基體兩側以一定的角度對稱粘貼了兩個鐵磁橡膠執(zhí)行器，執(zhí)行器為扁平條狀。當微機器人處于勻強磁場中時，由于鐵磁橡膠的磁導率比空氣的磁導率大，磁力線通過橡膠中時磁阻最小，即磁力線更“愿意”從橡膠中“走”。同時，磁力線路徑越短，系統(tǒng)勢能越低。因此，鐵磁橡膠微執(zhí)行器趨向于沿磁場方向排列，以降低系統(tǒng)的勢能。微執(zhí)行器的一端固定在微機器人基體上．此時微執(zhí)行器等效于一個懸臂梁系統(tǒng)，在磁力的作用下，微執(zhí)行器發(fā)生彎曲。當磁場撤消時，微執(zhí)行器由于自身的彈力作用，向相反方向運動，恢復原位。當再一次施加勻強磁場時，微執(zhí)行器重復上述動作。反復不停地提供脈沖磁場，一對微執(zhí)行器就連續(xù)產(chǎn)生滑水動作，從而推動微機器人游動。游泳機器人實驗系統(tǒng)實驗原理圖為微機器人實驗系統(tǒng)示意圖。該系統(tǒng)包括微機器人、螺線管、激勵電路和水槽四部分。實驗中將微機器人放置在勻強磁場中的水槽中，勻強磁場由螺線管產(chǎn)生，螺線管中間有200mm的區(qū)域基本上為勻強磁場區(qū)。水下微機器人在該區(qū)段才能夠避開磁場的引力作用，而靠微執(zhí)行器的擺動實現(xiàn)前進和后退。激勵電路由振蕩電路、放大電路和整形輸出電路組成。振蕩電路用來產(chǎn)生頻率連續(xù)可調的交變電流信號。放大電路將信號的正半周