图2是利用三层光刻胶工艺的准LIGA技术的工艺流程。 (1) (2) (3) (4)
图3是利用准LIGA工艺制造的微电容加速度传感器的结构示意图。质量块用悬臂梁支持,并被固支在基片上,它可以在两个固定于基片的静电极之间摆动,从而与个静电极之间形成电容,电容量随着加速度大小的变化而变化。
在电镀基板上形成三层光刻胶结构,其中下层光刻胶厚度较大; 利用图1所示的三层光刻胶工艺进行光刻,得到下层光刻胶的图形; 利用RIE刻蚀中间介质层,从而得到适合进行电铸的结构;
利用LIGA工艺中相应的电镀、制模、脱模、电铸等工艺步骤制作高质量低成本的微机械结构。
6、SLIGA技术
SLIGA技术是H.Guckle教授等人结合硅面加工技术和常规LIGA技术而开发出的一种新工艺。在这个工艺中,牺牲层用于加工形成与基片完全相连或部分相连或完全脱离的金属部件。利用SLIGA技术可以制造活动的微器件。SLIGA工艺流程如图所示。工艺过程为:先在平面基板上布设一层牺牲层材料,如聚酰亚胺、淀积的氧化硅、多晶硅或者某种合适的金属等,与电镀的材料相比,这些材料比较容易被有选择地去除。然后在基片和牺牲层上溅射一层电镀基底,其后的工艺与常规SLIGA工艺相同。在完成LIGA技术的微电铸工艺之后将牺牲层去除,就可获得可活动的微结构。
所谓“表面牺牲层”技术,即在形成微机械结构的空腔或可活动的微结构过程中,先在下层薄膜上用
结构材料淀积所需的各种特殊结构件,再用化学刻蚀剂将此层薄膜腐蚀掉,但不损伤微结构件,然后得到上层薄膜结构(空腔或微结构件)。由于被去掉的下层薄膜只起分离层作用,故称其为牺牲(sacrificial 1ayer,厚度约1-2μm)。常用的结构材料有多晶硅、单晶硅、氮化硅、氧化硅和金属等,常用牺牲层材料主要有氧化硅、多晶硅、光刻胶。利用牺牲层可制造出多种活动的微结构,如微型桥、悬臂梁及悬臂块等,此外常被用来制作敏感元件和执行元件,如谐振式微型压力传感器、谐振式微型陀螺、微型加速度计及微型马达、各种制动器等。
7MEMS与IC工艺主要差别
三MEMS的应用
微电子机械系统包括微传感器和微执行器。目前最成功的推向市场的是压力传感器和加速度传感器。二十一世纪,MEMS技术将有更大的发展,新原理、新功能、新结构的微传感器、微执行器以及微系统将会不断出现。MEMS的研究主要集中在三个方向:微型传感器(Micro-sensor),微型执行器(Micro- actuator)和微型系统(Micro-system)。
微型传感器具有体积小、质量轻、响应快、灵敏度高和成本低的优势。目前开发的微型传感器可以测量各种物理量、化学量和生物量,例如位移、速度、加速度、压力、应力、应变、声、光、电、磁、热、PH值、离子浓度及生物分子浓度等。
微型执行器用于提供各种运动和控制,是MEMS中的关键部分。目前研究的微型执行器主要有微型马达、微型镊子、微型泵、微型阀及微型光学器件、打印机喷头和硬盘磁头等。
将微型传感器、微型执行器及相关的信号处理和控制电路集成在一起,能完成一定功能的微电子机械系统是研究的最终目标。数字化微镜器件、DNA分析系统、微传输系统和微流量控制系统是正在研究的几种微电子机械系统。
微系统的主要几个发展方向是微型光机电器件和系统、微型生物芯片、微型机器人和微型飞行器和微动力系统。
传感 传感MEMS技术是指用微电子微机械加工出来的、用敏感元件如电容、压电、压阻、热电耦、谐振、隧道电流等来感受转换电信号的器件和系统。它包括速度、压力、湿度、加速度、气体、磁、光、声、生物、化学等各种传感器,按种类分主要有:面阵触觉传感器、谐振力敏感传感器、微型加速度传感器、真空微电子传感器等。传感器的发展方向是阵列化、集成化、智能化。由于传感器是人类探索自然界的触角,是各种自动化装置的神经元,且应用领域广泛,未来将备受世界各国的重视。
生物 生物MEMS技术是用MEMS技术制造的化学/生物微型分析和检测芯片或仪器,有一种在衬底上制造出的微型驱动泵、微控制阀、通道网络、样品处理器、混合池、计量、增扩器、反应器、分离器以及检测器等元器件并集成为多功能芯片。可以实现样品的进样、稀释、加试剂、混合、增扩、反应、分离、检测和后处理等分析全过程。它把传统的分析实验室功能微缩在一个芯片上。生物MEMS系统具有微型化、集成化、智能化、成本低的特点。功能上有获取信息量大、分析效率高、系统与外部连接少、实时通信、连续检测的特点。国际上生物MEMS的研究已成为热点,不久将为生物、化学分析系统带来一场重大的革新。
光学
MEMS光学扫描仪
随着信息技术、光通信技术的迅猛发展,MEMS发展的又一领域是与光学相结合,即综合微电子、微机械、光电子技术等基础技术,开发新型光器件,称为微光机电系统(MOEMS)。它能把各种MEMS结构件与微光学器件、光波导器件、半导体激光器件、光电检测器件等完整地集成在一起。形成一种全新的功能系统。MOEMS具有体积小、成本低、可批量生产、可精确驱动和控制等特点。较成功的应用科学研究主要集中在两个方面:
一是基于MOEMS的新型显示、投影设备,主要研究如何通过反射面的物理运动来进行光的空间调制,典型代表为数字微镜阵列芯片和光栅光阀:二是通信系统,主要研究通过微镜的物理运动来控制光路发生预期的改变,较成功的有光开关调制器、光滤波器及复用器等光通信器件。MOEMS是综合性和学科交叉性很强的高新技术,开展这个领域的科学技术研究,可以带动大量的新概念的功能器件开发。
射频 射频MEMS技术传统上分为固定的和可动的两类。固定的MEMS器件包括本体微机械加工传输线、滤波器和耦合器,可动的MEMS器件包括开关、调谐器和可变电容。按技术层面又分为由微机械开关、可变电容器和电感谐振器组成的基本器件层面;由移相器、滤波器和VCO等组成的组件层面;由单片接收机、变波束雷达、相控阵雷达天线组成的应用系统层面。
随着时间的推移和技术的逐步发展,MEMS所包含的内容正在不断增加,并变得更加丰富。世界著名信息技术期刊《IEEE论文集》在1998年的MEMS专辑中将MEMS的内容归纳为:集成传感器、微执行器和微系统。人们还把微机械、微结构、灵巧传感器和智能传感器归入MEMS范畴。制作MEMS的技术包括微电子技术和微加工技术两大部分。微电子技术的主要内容有:氧化层生长、光刻掩膜制作、光刻选择掺杂(屏蔽扩散、离子注入)、薄膜(层)生长、连线制作等。微加工技术的主要内容有:硅表面微加工和硅体微加工(各向异性腐蚀、牺牲层)技术、晶片键合技术、制作高深宽比结构的LIGA技术等。利用微电子技术可制造集成电路和许多传感器。微加工技术很适合于制作某些压力传感器、加速度传感器、微泵、微阀、微沟槽、微反应室、微执行器、微机械等,这就能充分发挥微电子技术的优势,利用MEMS技术大批量、低成本地制造高可靠性的微小卫星。
倾角传感器
倾角传感器经常用于系统的水平测量,从工作原理上可分为“固体摆”式、“液体摆”式、“气体摆”三种倾角传感器,倾角传感器还可以用来测量相对于水平面的倾角变化量。 中文名
倾角传感器
用 途
用于系统的水平测量
基本原理
理论基础是牛顿第二定律
发展历史
随着MEMS 技术的发展
目录
1. 1 基本信息 2. ? 基本原理 3. ? 发展历史 4. ? 特点 1. ? 用途 2. ? 应用场合 3. 2 应用特点 4. ? 滤波功能 1. ? 倾角测量 2. 3 应用案例 3. 4 注意事项
基本信息 编辑 基本原理
理论基础是牛顿第二定律:根据基本的物理原理,在一个系统内部,速度是无法测量的,但却可以测量其加速度。如果初速度已知,就可以通过积分算出线速度,进而可以计算出直线位移,所以它其实是运用惯性原理的一种加速度传感器。
倾角传感器
当倾角传感器静止时也就是侧面和垂直方向没有加速度作用,那么作用在它上面的只有重力加速度。重力垂直轴与加速度传感器灵敏轴之间的夹角就是倾斜角了。 发展历史
随着MEMS 技术的发展,惯性传感器件在过去的几年中成为最成功,应用最广泛的微机电系统器件之一,而微加速度计(microaccelerometer)就是惯性传感器件的杰出代表。作为最成熟的惯性传感器应用,在的MEMS 加速度计有非常高的集成度,即传感系统与接口线路集成在一个芯片上。