与方法、跨微纳尺度的理论和方法、非硅材料在微纳尺度下的结构或机构设计问题以及与物理、化学、生命科学、电子工程等学科的交叉问题成为微纳设计理论与方法的重要研究方向。
2. 挑战
针对微纳机械学的发展趋势，结合MEMS/NENS、柔性电子、光电子制造的需求，重点研究包括下述方面。
（1）微纳设计平台：集成版图设计、器件结构设计和性能仿真、工艺设计和仿真、工艺和结构数据库等在内的微纳设计平台；微纳设计平台和AUTOCAD、ANSYS等其他技术平台的数据交换技术等。
（2）微纳器件和系统可靠性：微纳器件可靠性设计技术、微纳器件质量评价和认证技术、典型可靠性测试结构技术等。
（3）复杂结构的设计：多材料、跨尺度、复杂三维结构的设计和仿真技术；与制造系统集成的微纳制造设计工具。
3. 目标
预计到2020年，将开发出基于多尺度多能量域的实用化MEMS设计方法与工具，多材料、跨尺度、与制造系统集成的微纳制造设计工具。
（二）微纳加工技术 1. 现状
（1）微加工：低成本、规模化、集成化以及非硅加工是微加工的重要发展趋势。目前从规模集成向功能集成方向发展，集成加工技术正由二维向准三维过渡，三维集成加工技术将使系统的体积和重量
减少1~2个数量级，提高互连效率及带宽，提高制造效率和可靠性。非硅微加工技术扩展了MEMS的材料，通过硅与非硅材料混合集成加工技术的研究和开发，将制备出含有金属、塑料、陶瓷或硅微结构，并与集成电路一体化的微传感器和执行器。
（2）纳米加工：纳米加工就是通过大规模平行过程和自组装方式，集成具有从纳米到微米尺度的功能器件和系统，实现对功能性纳米产品的可控生产。目前被认同的批量化纳米制造技术主要集中在：①纳米压印技术；②纳米生长技术；③特种LIGA技术；④纳米自组装技术等。
（4）微纳复合加工：随着微加工技术的不断完善和纳米加工技术与纳米材料科学与技术的发展，发挥微加工、纳米加工和纳米材料的各自特点，出现了纳米加工与微加工结合的自上而下的微纳复合加工和纳米材料与微加工结合的自下而上的微纳复合加工等方法，是微纳制造领域的重要发展方向。
2. 挑战
（1）微加工技术：针对汽车、能源、信息等产业以及医疗与健康、环境与安全等领域对高性能微纳器件与系统的需求以及集成化、高性能等特点，重点研究微结构与IC、硅与非硅混合集成加工及三维集成等集成加工，MEMS非硅加工，生物相容加工，大规模加工及系统集成制造等微加工技术。
（2）纳米加工技术：针对纳米压印技术、纳米生长技术、特种LIGA技术、纳米自组装技术等纳米加工技术，研究纳米结构成形过程
中的动态尺度效应、纳米结构制造的多场诱导、纳米仿生加工等基础理论与关键技术，形成实用化纳米加工方法。
（3）微纳复合加工：重要研究“自上而下”的微纳复合加工、纳米材料与微加工结合“自下而上”的纳微复合加工和从纳米到毫米的多尺度结合等微纳复合加工技术。
3. 目标
（1）三维多功能微系统集成加工技术。预计到2020年三维多功能微系统集成加工技术将得到整体突破，2030年将实现微纳集成制造装备的广泛应用。
（2）硅与非硅材料混合集成加工技术。预计到2020年实现在信息、汽车、生物医药、传统产业改造等领域的实际应用，2030年实现多材料集成制造装备。
（3）纳米压印技术。在陶瓷、高分子和玻璃等材料为基板生产器件时，纳米压印技术因其成本低、工艺简单和可靠性高而成为取代传统光刻工艺的良好选择。复杂的任意图形的转移是该方向今后需突破的关键技术。预计到2020年纳米压印在高档印刷品、平板显示、光伏电池、柔性电子、纳机电系统等纳米制造中得到广泛应用，2030年实现低成本大尺度纳米压印装备。
（4）特种LIGA加工技术。100nm尺寸精度的SR（同步辐射）光刻用掩模板加工、100nm尺寸精度的高深宽比（10以上）光刻、纳米电铸、纳米模压等是特种纳米LIGA加工技术的重要研究方向。预计到2020年特种纳米LIGA加工技术将开发成功，2030年将突破成
本界限，实现LIGA工艺的低成本制造。
（5）可控自组装技术。具有分子识别功能的新型非共价键中间分子体的设计、 合成及纳米结构单元聚集体行为和自组织排列体系的构建，以生物分子马达为基础的微纳机器人、功能材料的应用，纳米结构模块化组装，生物分子纳米结构可控自组装是纳米结构的可控自组装技术的重要方向。预计到2020年纳米结构的可控自组装技术将开发成功，在生物传感器、仿生、疾病诊断与治疗等领域得到应用，2030 年将实现跨尺度多材料自组装技术及装备。
（6）无掩模纳米光刻技术。无掩模光刻技术在计算机的控制下可直接在光或热阻薄膜材料上获得任意形状的模式构造，可满足微纳器件的特征尺度持续缩小以及产品个性化、小批量和更新周期变短的发展趋势，重点研究基于光学近场技术、SIL（Solid Immersion Lens）技术、短波长技术、静电可缩小光学技术和MEMS等技术开发无掩模光学真刻制备数十纳米级复杂结构器件的技术。预计到2020年无掩模纳米光刻技术将得到实际应用，2030年将实现10nm量级的无掩膜纳米光刻。
（三）微纳操作、装配与封装技术 1. 现状
针对微机电系统的组装、纳米互连和生物粒子等操作，需要研究基于单场或多场和尺度效应的高精度、高通量、低成本和多维操纵技术。由于微纳结构、器件和系统的多样性，利用不同材料和加工方法制作的、不同功能、不同尺度的多芯片的集成封装最具代表性，是实
现光、机、电、生物、化学等复杂微纳系统的重要技术，跨尺度集成是微纳制造中的关键问题之一。
2. 挑战
针对微机电系统的组装、纳米互连和生物粒子等操作，重点研究基于单场或多场和尺度效应的高精度、高通量、低成本和多维操纵方法与关键技术。由于在微纳尺度下进行装配，精密定位与对准、黏滞力与重力的控制、速度与效率等面临挑战， 因此高速、高精度、并行装配技术成为未来的发展方向。微纳器件或系统的封装成本往往约占整个成本的70%，高性能键合技术、真空封装技术，气密封装技术，封装材料，封装的热性能、机械性能、电磁性能等引起的可靠性等技术是微纳器件与系统制造的“瓶颈技术”。
3. 目标
预计到2020年，开发出面向细胞操作的高通量实用化的微纳操作系统、微米尺度的装配系统和系列化高速、并行微纳装配系统与装备。到2030年，开发出实用化、一体化的微纳操作、装配与封装技术和系统。
（四）微纳测试与表征技术 1. 现状
特征尺寸和表面形貌等几何参数的测量；表面力学量及结构机械性能的测量；含有可动机械部件的微纳系统动态机械性能测试；微纳制造工艺的实时在线测试方法和微纳器件质量快速检测等是微纳测试与表征领域的重要问题。微纳测试与表征技术正朝着从二维到三