微机电系统的核心技术及其研究发展现状(3)

2020-12-18 16:13

微机电系统( MEMS) 是在微电子技术的基础上兴起的一个多学科交叉的前沿领域,由微加工技术制造的微型传感器、微型执行器及集成电路组成的器件或系统,集约了当今科学技术发展的许多尖端成果。本文介绍了微机电系统的核心技术,指明了MEMS 技术的发展趋势。

超声波微加工、光成型(三维快速成型) 加工、扫描隧道显微镜(STM) 加工及各种复合加工技术。超精密机械加工和特种微细加工技术的加工精度已达微米、亚微米级,可批量制作其他加工方法无法制造的复杂三维微结构器件,但其加工效率、加工重复性和加工尺寸的可控制性有待提高。

2.3.3. LIGA 技术和准LIGA技术

LIGA 技术是由德国卡尔斯鲁厄( Karlsruhe) 核研究中心于1986 年成功开发的,是利用X射线光刻、电铸成型和塑料铸模等方法进行操作的非硅基微机械加工技术,被认为是MEMS 制备技术中极有发展前途的一种。LIGA 技术的优越性在于可加工出较大纵横比的微构件,其加工温度低,可用来加工各种金属、塑料和陶瓷等材料,这使得它在微传感器、微执行器等微结构加工中显示出突出的优点。但X射线的制取价格昂贵,限制了LIGA技术的发展。

目前,准LIGA 技术得到长足的发展,利用该工艺可制成镍、铜、金和银等金属结构。准LIGA 技术工艺操作简单,成本费用相对降低,但却以牺牲高准确度、大深宽比为代价。因此准LIGA 技术还有待更进一步的研究和改进。

2.3.4. MEMS 封装技术

在MEMS 封装中较常用的封装技术有无引线陶瓷芯片载体封装、真空封装、高压静电封装、低温硅直接键合、阻尼控制封装、保护涂层封装以及全片钝化封装等,在微电子封装中备受青睐的倒装芯片封装、上下球栅阵列封装、多芯片模块封装、倒装与引线键合等相结合的3D封装技术已逐渐成为MEMS 封装中的主流。

2.3.5. MEMS测试技术

MEMS 测试是MEMS 设计、仿真、制造及质量控制和评价的关键环节之一。MEMS 的测试主要包括对MEMS 工艺、材料、结构特征、动静态特性和微小物理量等方面的测试。目前至未来一段时间内,微测试技术的重要研究内容集中在MEMS 材料的微观力学性能测试,微构件几何尺寸及形貌测量、微型机械运动参数测量等。建立通用的MEMS 构件力学性能数据库及开发微构件性能在线综合测试系统是MEMS 科技工作者努力的方向。

3.MEMS跨学科交叉研究和应用的新前沿

3.1.生物研究和医疗仪器

从DNA、蛋白质、细胞、器官、系统生物学研究,到生物芯片、微型工具、微型仪表、生物医药为 MEMS研究提供了广阔的领域。

3.2.RF和光通信

除了手机、互联网、视频点播系统等应用外,MEMS对于一个射频系统,射频开关、滤波器、调制器和振荡器以及无线消费类产品是必不可少的。而对于一个光学系统,光开关、光调制器、光衰减器、液晶显示单元、航空设备、互联网设备和控制系统、工厂和家庭监控、工业控制和自动化设备及系统也是不可缺少的。


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