微机电系统设计与制造ppt课件.ppt

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1、采用PP管及配件：根据给水设计图配置好PP管及配件，用管件在管材垂直角切断管材，边剪边旋转，以保证切口面的圆度，保持熔接部位干净无污物1微机电系统设计与制造采用PP管及配件：根据给水设计图配置好PP管及配件，用管件在管材垂直角切断管材，边剪边旋转，以保证切口面的圆度，保持熔接部位干净无污物2 主要内容n1、微机电系统概论n2、微机电系统功能材料n3、微机械加工制造技术n4、微机械执行器n5、微机械传感器n6、微机械弱信号检测与处理n7、微机电系统设计技术n8、微封装、微构件及微尺寸效应采用PP管及配件：根据给水设计图配置好PP管及配件，用管件在管材垂直角切断管材，边剪边旋转，以保证切口面的圆度

2、，保持熔接部位干净无污物3 主要教材及参考书n莫锦秋 梁庆华等，微机电系统设计与制造，化学工业出版社，2004.3n刘广玉 樊尚春等，微机械电子系统及其应用，北京航空航天大学出版社，2003.2n（美）徐泰然著，王晓浩等译MEMS和微系统设计与制造，机械工业出版社，2004.1n梅涛 伍小平主编，微机电系统，化学工业出版社，2003.1n德W.Menz J.Mohr等著，王春海 于杰等译微系统技术，化学工业出版社，2003.9采用PP管及配件：根据给水设计图配置好PP管及配件，用管件在管材垂直角切断管材，边剪边旋转，以保证切口面的圆度，保持熔接部位干净无污物4 第一章 微机电系统概论微机电系统

3、概论 （微机电系统的起源、国内外发展现状及应用）采用PP管及配件：根据给水设计图配置好PP管及配件，用管件在管材垂直角切断管材，边剪边旋转，以保证切口面的圆度，保持熔接部位干净无污物5 简 介n机械与机电系统；宏观机电系统与微机电系统机械与机电系统；宏观机电系统与微机电系统n微机电系统：微机电系统： 它是以微传感器、微执行器以及驱动和控制电路为基本元器件组成的、可以活动和控制的、机电合一的微机械装置。n特点：特点： 1、学科交叉（力学、机械、电学、光学、电磁学、生物、化学等学科）2、微型化、集成化和智能化；3、低成本批量化；4、应用广泛（军民两用）5、高新技术。n微机电系统的相关术语：微机电系

4、统的相关术语： MEMS(Microelectromechanical Systems)（美国） Micro Machine （日本） Micro System Technology （欧洲）采用PP管及配件：根据给水设计图配置好PP管及配件，用管件在管材垂直角切断管材，边剪边旋转，以保证切口面的圆度，保持熔接部位干净无污物6 微机电系统的组成n微机械电子系统微机械电子系统( (微机电系统微机电系统) )的组成：的组成： 一般可定义为由微米和纳米加工技术制作而成的，融机、电、光、磁以及其他相关技术群为一体的，可以活动和控制的微工程系统。目前，人们泛称其为MEMS。它是以微传感器、微执行器以及驱

5、动和控制电路为基本元器件组成的、自动化性能高的、可以活动和控制的、机电合一的微机械装置。 用它进行的操作是极其微细的，有的操作已经到了单个细胞乃至分子范筹；有的微型敏感元件能敏感到单个原子，能进行原子量级的探测。如此细微的工作状况，用肉眼是不能分辨的，必须借助显微术或专用仪器来观察和控制。 采用PP管及配件：根据给水设计图配置好PP管及配件，用管件在管材垂直角切断管材，边剪边旋转，以保证切口面的圆度，保持熔接部位干净无污物7微机电系统的发展状况n 微机械电子系统，即微机械技术，是20世纪80年代后期国际上兴起的一项高技术。它以集成电路技术、表面加工技术和纳米精加工技术为基础，具有极大的学科交叉

6、性，微机电系统的设计与制造涉及到设计、材料、制造、测试、控制、能源以及连接等相关技术。与传统机械系统相比，除在尺度上很小外，它还是一种高度智能化和高度集成化的系统。微机电系统的研究是制造技术上的一场革命，在21世纪的机械发展过程中将占有主导地位。微机械技术将是一项新兴的产业，会优先在生物、医疗、航空、航天、电子产品、过程控制及测试技术等领域获得广泛的应用。 采用PP管及配件：根据给水设计图配置好PP管及配件，用管件在管材垂直角切断管材，边剪边旋转，以保证切口面的圆度，保持熔接部位干净无污物8 集成电路技术的发展采用PP管及配件：根据给水设计图配置好PP管及配件，用管件在管材垂直角切断管材，边剪

7、边旋转，以保证切口面的圆度，保持熔接部位干净无污物9 半导体晶体管计算机采用PP管及配件：根据给水设计图配置好PP管及配件，用管件在管材垂直角切断管材，边剪边旋转，以保证切口面的圆度，保持熔接部位干净无污物10 上世纪末的微型计算机芯片采用PP管及配件：根据给水设计图配置好PP管及配件，用管件在管材垂直角切断管材，边剪边旋转，以保证切口面的圆度，保持熔接部位干净无污物11采用PP管及配件：根据给水设计图配置好PP管及配件，用管件在管材垂直角切断管材，边剪边旋转，以保证切口面的圆度，保持熔接部位干净无污物12 国外的发展现状（1）n美国美国 国家自然科学基金、先进研究计划、国防部等投资1.4亿美

8、元进行微机电系统技术研究。在军方资助下，完成了微电子机械系统的军事应用研究报告。n主要研究方向：主要研究方向： 精密制导武器、灵巧武器、侦察通讯、破坏敌方指挥系统及战斗力、研制微型卫星及纳米卫星等。n主要实用化成果：主要实用化成果： Park公司开发研制出用于扫描隧道显微镜（STM）和原子力显微镜（AFM）的微型传感器；Texas公司开发出用于彩色图像投影显示的数子镜面器件（DMD）；AD公司开发研制的加速度计，管芯尺寸为1.5mm*1.5mm，量程达 50g，灵敏度为15mv/g等。采用PP管及配件：根据给水设计图配置好PP管及配件，用管件在管材垂直角切断管材，边剪边旋转，以保证切口面的圆度

9、，保持熔接部位干净无污物13 国外的发展现状（2）n欧共体欧共体 成立了NEXUS（多功能微系统研究合作机构）组织；德国制定了微机械系统技术计划（19901995投资共40亿马克），20世纪80年代中期发展了一种LIGA（深度同步辐射X射线光刻、电镀和模铸）工艺，深化了平面加工技术，实现了高宽比大于200的三维立体结构的加工制造，被加工材料也扩展为金属、塑料和陶瓷。被公认为是一种最有发展前景的超微细加工方法。n主要研究机构和实用化成果主要研究机构和实用化成果 Karlsruhe核研究中心、微技术研究所（IMM）、Microparts公司等。已开发研制出微传感器、微电机、微执行器、集成光学和微光

10、学元件、微型流量计以及直径为数百微米的金属双联齿轮等。采用PP管及配件：根据给水设计图配置好PP管及配件，用管件在管材垂直角切断管材，边剪边旋转，以保证切口面的圆度，保持熔接部位干净无污物14 国外的发展现状（3）n日本 制定了纳米制造计划（19851990年）、埃技术计划（19922001年计划投资1.85亿美元）、微机器人计划。计划生产两台微型机器人用于医学诊断（或微型手术）和飞机发动机（或原子能设备）的微小裂纹的维修诊断。现有MEMS研究机构60余个（企业占23），1990年成立了微机械中心（MMC）和微机械学会（MST）。每年举办一次MEMS国际研讨会。n主要实用性成果主要实用性成果

11、利用电火花加工技术、IC技术和光成型技术加工出各种传感器和执行器，研制成功主要用于生物和医疗的微型机器人。有三本专著出版。采用PP管及配件：根据给水设计图配置好PP管及配件，用管件在管材垂直角切断管材，边剪边旋转，以保证切口面的圆度，保持熔接部位干净无污物15 国内的发展现状n主要研究机构主要研究机构 华北地区：清华大学、北京大学、中科院电子所、信息产业部13所、华北工学院微米纳米技术研究中心等。华东地区：中科院上海冶金所、上海交通大学、复旦大学、东南大学、浙江大学、上海大学、厦门大学等。东北地区：信息产业部49所、哈尔滨工业大学、中科院长春光机所、大连理工大学、沈阳仪器仪表工艺研究所等。西南

12、地区：重庆大学、信息产业部24所、26所、44所等。西北地区：西安交通大学、航空618所、航天771所、航天16所等。采用PP管及配件：根据给水设计图配置好PP管及配件，用管件在管材垂直角切断管材，边剪边旋转，以保证切口面的圆度，保持熔接部位干净无污物16 国内的主要研究现状及成果n清华大学 广泛开展了多种微型传感器(微加速度计、微陀螺、微磁场计、微压力传感器、微流量传感器、微麦克风等)、微泵、微阀、微喷、微毛细管电泳仪、微光开关、RF-MEMS器件、微光谱仪、DNA芯片等的研究。其中，微加速度汁和微泵正在准备生产；微毛细管电泳仪已经制成样机，可以用于药物分析和环境监测，具有广阔的市场潜力，正

13、在向市场化推进。 清华大学于2000年6月发射成功进入700km太阳轨道的“航天清华一号”微小卫星，运行状况良好。其特点是质量轻(50kg)、体积小(0.07 )、研制周期短(约1年)、成本低、功能密度高，体现了我国MEMS技术在微小卫星中的应用取得重大突破。3m采用PP管及配件：根据给水设计图配置好PP管及配件，用管件在管材垂直角切断管材，边剪边旋转，以保证切口面的圆度，保持熔接部位干净无污物17北京大学微电子所n北京大学微电子所 以IC加工生产线为基础，开展了体硅工艺和表面工艺研究，已形成了较成熟的工艺技术，研制了硅微高加速度计、微化学传感器等，计划利用2年时间实现微型继电器、可调电容和微

14、光学器件的小批量生产，已经得到环宇青岛公司的资金投入。采用PP管及配件：根据给水设计图配置好PP管及配件，用管件在管材垂直角切断管材，边剪边旋转，以保证切口面的圆度，保持熔接部位干净无污物18信息产业部13所n 信息产业部13所 已经建成体硅加工的小批量制造基地，研制了微加速度计、微陀螺、红外隧穿传感器、微光器件等，在“十五计划”期间，他们将发展重点放在航空航天和信息技术领域，准备开发微小卫星、惯性组件、RFMEMS器件和光交换设备等。采用PP管及配件：根据给水设计图配置好PP管及配件，用管件在管材垂直角切断管材，边剪边旋转，以保证切口面的圆度，保持熔接部位干净无污物19信息产业部49所n信息

15、产业部49所 从20世纪80年代初就开始从事微传感器的相关研究，主要制造不同规格的微压力传感器、气敏湿敏传感器、流量传感器等，并研制为武器装备配套的微加速度计，争取在2002年实现5000只的规模。采用PP管及配件：根据给水设计图配置好PP管及配件，用管件在管材垂直角切断管材，边剪边旋转，以保证切口面的圆度，保持熔接部位干净无污物20中国科学院上海冶金所n中国科学院上海冶金所 研制了微加速度计、微陀螺、微压力传感器、微红外传感器阵列、微光器件等多种MEMS器件，作为首席专家单位主持973项目“集成微光机电系统”研究，并开展了微小卫星的研究。采用PP管及配件：根据给水设计图配置好PP管及配件，用

16、管件在管材垂直角切断管材，边剪边旋转，以保证切口面的圆度，保持熔接部位干净无污物21沈阳仪器仪表研究所n 沈阳仪器仪表研究所 生产的OEM微硅压力传感器系列、双向静压过载微差压传感器系列，市场需求量较大，已形成小规模生产能力，计划逐步建成150万只的生产规模。采用PP管及配件：根据给水设计图配置好PP管及配件，用管件在管材垂直角切断管材，边剪边旋转，以保证切口面的圆度，保持熔接部位干净无污物22信息产业部24所n信息产业部24所 主要生产专用模拟集成电路，拥有各种IC生产线，他们从“九五”开始与重庆大学合作进行MEMS的研究，参与了微触觉传感器和生物芯片的生产。采用PP管及配件：根据给水设计图

17、配置好PP管及配件，用管件在管材垂直角切断管材，边剪边旋转，以保证切口面的圆度，保持熔接部位干净无污物23 东南大学n东南大学 东南大学和国际风险投资资金合作成立有E-life公司，主要开发生产有自主知识产权的DNA分析芯片及其相配套的平台。这种高密度的芯片将被用来建立人口基因档案，为公安等部门服务。 该芯片及其平台在医院中可以代替传统的基因检测方法，具有速度快、成本低的优点。目前，E-life公司正在与医院进行联合研究，可望形成较大的产值。 东南大学还研制了硅微加速度计和陀螺等。采用PP管及配件：根据给水设计图配置好PP管及配件，用管件在管材垂直角切断管材，边剪边旋转，以保证切口面的圆度，保

18、持熔接部位干净无污物24华北工学院微米纳米技术研究中心n 华北工学院微米纳米技术研究中心 主要从事微机械加速度计、微陀螺和微惯性测量组合的应用系统研究，正在开展军用和民用的惯性系统、新型的单兵作战系统以及道路、桥梁的监测系统等方面的工作。采用PP管及配件：根据给水设计图配置好PP管及配件，用管件在管材垂直角切断管材，边剪边旋转，以保证切口面的圆度，保持熔接部位干净无污物25浙江大学n浙江大学 研制的纳米碳管、微透镜阵列、蛋白质生物芯片比较成熟，可望投入生产。另外他们也很重视设备的研制，可以向市场提供反应离子束蚀刻机、双元STM纳米检测仪。他们还研制了硅微加速度计、微陀螺、微真空计、微高度计等。

19、采用PP管及配件：根据给水设计图配置好PP管及配件，用管件在管材垂直角切断管材，边剪边旋转，以保证切口面的圆度，保持熔接部位干净无污物26重庆大学n重庆大学 研究了微加速度阵列、光压力传感器、触觉传感器细胞流变学测量仪、微型光谱仪等。采用PP管及配件：根据给水设计图配置好PP管及配件，用管件在管材垂直角切断管材，边剪边旋转，以保证切口面的圆度，保持熔接部位干净无污物27中国科学院电子所n中国科学院电子所 开发了微气敏传感器、微波功率传感器、谐振式和真空微电子压力传感器、微pH传感器等。他们的另一个研究重点是微生物传感器和微分析系统，正在研究微芯片PCR扩增仪、CE微型毛细管电泳仪、DNA微型检

20、测仪等。采用PP管及配件：根据给水设计图配置好PP管及配件，用管件在管材垂直角切断管材，边剪边旋转，以保证切口面的圆度，保持熔接部位干净无污物28中国科学院合肥智能机械研究所n中国科学院合肥智能机械研究所 从1989年起就开始进行微机械加工技术研究，以MEMS技术为主要实现手段，以研制生物医学、航天等领域的微型传感器与微型机器人系统为目标，研究微传感器、微执行器与微系统。 研究了硅各向异性腐蚀工艺、电化学掺杂选择腐蚀工艺、硅硅静电键合工艺，研制了硅微力传感器、微结构气敏阵列传感器、集成化硅触觉阵列传感器、微型三维力传感器、表面微加工转速传感器、无线驱动体内微机器人等。 目前正在研制爆炸物探测微

21、阵列、微型六维力探针、柔性触觉传感器、能够进入人体的肠胃进行检查的微机器人等微机电系统。采用PP管及配件：根据给水设计图配置好PP管及配件，用管件在管材垂直角切断管材，边剪边旋转，以保证切口面的圆度，保持熔接部位干净无污物29 哈尔滨工业大学n主要研究机构主要研究机构 航天学院MEMS中心、机器人研究所MEMS研究组、机电工程学院微机电研究室、机械制造及其自动化MEMS研究组等。采用PP管及配件：根据给水设计图配置好PP管及配件，用管件在管材垂直角切断管材，边剪边旋转，以保证切口面的圆度，保持熔接部位干净无污物30微机电系统的特征n尺寸微小是微机电系统的基本特征尺寸微小是微机电系统的基本特征

22、当尺寸小到微米或亚微米量级时，会产生微尺寸效应。它的影响将反映到诸如结构材料、设计理论、制造方法、在微小范围内各种能量的相关作用及测量技术等许多方面。也就是说，工程上常用的尺寸缩放法不适用于由微尺寸元器件组成的微装置；因而，传统的设计理论、方法及一些物理定律不能完全套用，许多理念需要更新和重新建立，必须从新的构思出发去探索微机械由于尺寸效应形成的一些特殊现象和规律。采用PP管及配件：根据给水设计图配置好PP管及配件，用管件在管材垂直角切断管材，边剪边旋转，以保证切口面的圆度，保持熔接部位干净无污物31 微尺寸效应的影响n1 1、微尺寸效应对于元器件间的作用力的影响、微尺寸效应对于元器件间的作用

23、力的影响 随着尺寸的减小，与尺寸3次方成比例的像惯性力、体积力及电磁力等的作用将明显减弱；而与尺寸2次方成比例的像粘性力、表面力、静电力及摩擦力等的作用则明显增强，并成为影响微机械性能的主要因素。 在微机械设计中，多利用静电力驱动。 在微机械中，又由于表面积与体积之比相对增大，使热传导的速度也相对增加。 研究微机械中的摩擦、磨损的特性与机理是该领域的主要课题之一。采用PP管及配件：根据给水设计图配置好PP管及配件，用管件在管材垂直角切断管材，边剪边旋转，以保证切口面的圆度，保持熔接部位干净无污物32n2 2、微尺寸效应对于元器件机械强度的影响、微尺寸效应对于元器件机械强度的影响 随着元器件尺寸

24、的减小，元器件材料内部缺陷出现的可能性减小，因而元器件材料的机械强度会增加。所以微型元器件的弹性模量、抗拉强度、疲劳强度及残余应力均与大零件有所不同。n3 3、微尺寸效应对于元器件惯性和热容量的、微尺寸效应对于元器件惯性和热容量的影响影响 由于微尺寸效应，导致微机电系统的惯性小、热容量低，容易获得高灵敏度和快响应。采用PP管及配件：根据给水设计图配置好PP管及配件，用管件在管材垂直角切断管材，边剪边旋转，以保证切口面的圆度，保持熔接部位干净无污物33n4、微尺寸效应对于元器件信号检测的微尺寸效应对于元器件信号检测的影响影响 由于微尺寸效应，导致微机电系统的前端装置（如微传感器）的输出信号十分微

25、小，传统的测量工具和仪器难以实现如此微弱信号的检测，必须创造新的测量设备。采用PP管及配件：根据给水设计图配置好PP管及配件，用管件在管材垂直角切断管材，边剪边旋转，以保证切口面的圆度，保持熔接部位干净无污物34n5 5、微尺寸效应对于元器件设计方法的影响、微尺寸效应对于元器件设计方法的影响 微机电系统尺度的缩小，集成化程度的提高会导致工序增多，成本增高；所以应在试制前对整个微饥电系统的器件、工艺及性能进行模拟分析，对各种参数进行优化，以保证微系统的设计合理、正确，降低研制成本，缩短研制周期。显然，传统的设计方法(基本上为试凑法)巳难以满足上述新要求，必须寻求新的设计途径。 其中最流行的设计方

26、法就是微机电系统的计算机辅助设计(MEMS CAD)。运用MEMS CAD，除了借鉴已有的机械CAD和电子工具外，还必须针对特定的微系统，开发专用的CAD建模软件。这方向有大量的工作要做。采用PP管及配件：根据给水设计图配置好PP管及配件，用管件在管材垂直角切断管材，边剪边旋转，以保证切口面的圆度，保持熔接部位干净无污物35微机电系统的材料n微机电系统常用材料微机电系统常用材料 传统的机电系统，用得最多的是金属材料，采用传统的机械制造工艺制作而成；而微机电系统最常用的则是硅及其化合物材料。以及特种合金、石英、塑料和陶瓷等。1982年K.E.Petersen发表了一篇著名的论文“硅作为机械材料”

27、，引起了人们对硅的重新认识。n硅及其合金材料的特点硅及其合金材料的特点 硅是容易获得的超纯无杂的低成本材料，有极好的机械特性和电学特性，非常适合制造微结构； 便于利用集成电路(IC)工艺和微机械加工工艺进行批量生产； 硅微结构便于和微电子线路实现集成化。采用PP管及配件：根据给水设计图配置好PP管及配件，用管件在管材垂直角切断管材，边剪边旋转，以保证切口面的圆度，保持熔接部位干净无污物36 微机电系统的制造技术n微机电系统制造的特点微机电系统制造的特点 由于微机电系统及器件多种多样，不仅和微电子之间有交联，还和外界其它物理量相互作用，并且为体型结构。因此，集成电路制造技术，包括版图设计、刻蚀工

28、艺、薄膜工艺以及模拟技术等已发展得较为成熟，能成功地用于微电子器件和集成电路的制作，但它不能完全满足微机电系统及其器件的制造要求。n微机电系统专用制造方法微机电系统专用制造方法 体型加工技术、表面加工技术、LIGA（深度同步辐射X射线光刻、电镀和模铸）技术、构件间的相互组装技术、键合及封装技术等。采用PP管及配件：根据给水设计图配置好PP管及配件，用管件在管材垂直角切断管材，边剪边旋转，以保证切口面的圆度，保持熔接部位干净无污物37微机电系统的测量技术n由于微尺寸效应，导致微传感器、微执行器等由于微尺寸效应，导致微传感器、微执行器等的输出量衰减到微弱信号级的输出量衰减到微弱信号级 如运动位移、

29、振幅及形变小到亚微米和纳米量级。将它们变换成可供接收和处理的电信息时，相应的电压量小到微伏、亚微伏乃至nV，电流量小到nA，电容量小到(0.1.001)pF。n为了把如此微弱的有用信号从强噪声背景下提为了把如此微弱的有用信号从强噪声背景下提取出来，从设计上考虑，必须遵循的原则是：取出来，从设计上考虑，必须遵循的原则是： 设计合理的集成检测电路布局； 检测电路必须与微机械装置(如微传感器)尽量靠近，最好能与传感器实现单片集成或混合集成； 尽量减短微系统的尺少链。采用PP管及配件：根据给水设计图配置好PP管及配件，用管件在管材垂直角切断管材，边剪边旋转，以保证切口面的圆度，保持熔接部位干净无污物3

30、8 微机电系统功能元件测量仪器n扫描隧道显微镜（扫描隧道显微镜（STMSTM）工作原理）工作原理 利用超细的金属纳米探针(纳米尖)和被测样件表面构成2个电极，当探针尖与样件表面非常接近(如1nm)时，在探针与表面形成的电场作用下，将产生隧道电流效应，即电子会穿过二者之间的空隙从一个电极流向另一个电极。隧道电流的大小与空隙大小有关。当空隙增大时，电流指数形式衰减，若空隙增大0.1nm，电流减小1个数量级，灵敏度极高。测出探针在非常接近的被测样件表面上扫描产生的隧道电流变化，即可得知样件表面在nm尺度内各点位置的微细变化，即表面的三维空间形貌。采用PP管及配件：根据给水设计图配置好PP管及配件，用

31、管件在管材垂直角切断管材，边剪边旋转，以保证切口面的圆度，保持熔接部位干净无污物39扫描显微术主要组成部份采用PP管及配件：根据给水设计图配置好PP管及配件，用管件在管材垂直角切断管材，边剪边旋转，以保证切口面的圆度，保持熔接部位干净无污物40原子力显微镜（原子力显微镜（AFMAFM）工作原理）工作原理n在STM的基础上，现己发展了多种扫描探针的显微技术，以适应不问领域的需要。这些显微技术都是利用探针与样件的不同相互作用，探测表面或界面在nm尺度上表现出来的微细变化。如原子力显微镑AFM，就是利用探针和被测表面之间微弱力的相互作用这一物理现象，对被测样件表面进行扫描测量，得知纳米形貌。AFM的

32、探测力极其微弱，在 N之间，形成与被测表面轻微接触或接近于非接触(相互作用力仅为几nN)的模式。这种程度的接触模式是不会使样件表面产生形变和损伤的。691010采用PP管及配件：根据给水设计图配置好PP管及配件，用管件在管材垂直角切断管材，边剪边旋转，以保证切口面的圆度，保持熔接部位干净无污物41 AFM扫描测量结果示例用用AFMAFM扫描测量出的多晶硅芯片的表面粗糙度扫描测量出的多晶硅芯片的表面粗糙度采用PP管及配件：根据给水设计图配置好PP管及配件，用管件在管材垂直角切断管材，边剪边旋转，以保证切口面的圆度，保持熔接部位干净无污物42微机电系统的应用采用PP管及配件：根据给水设计图配置好P

33、P管及配件，用管件在管材垂直角切断管材，边剪边旋转，以保证切口面的圆度，保持熔接部位干净无污物43 一、在航空航天方面的应用n微机电系统在飞行器的电子设备、飞行器设计及微机电系统在飞行器的电子设备、飞行器设计及微小卫星等技术方面都有重要的应用。微小卫星等技术方面都有重要的应用。 如图所示为机载分布式大气数据计算机，由多功能微型大气数据探头、微型压力传感器以及信号处理单元直接组成，并封装在壳体内，形成一个微机电系统。其工作原理是：多功能微型大气数据探头把感受到的大气数据直接输入相应的微传感器，并将其变换为电信号，再经信号处理单元解算和补偿后，以总线信号方式提供给飞机上飞控、火控、导航及环境控制等

34、各系统使用。 与现在飞机上使用的常规型分离式大气数据计算机相比，其体积和质量下降12个数量级。减轻质量和减小体积对于飞机和空间飞行器来说是至关重要的。采用PP管及配件：根据给水设计图配置好PP管及配件，用管件在管材垂直角切断管材，边剪边旋转，以保证切口面的圆度，保持熔接部位干净无污物44分布式大气数据计算机采用PP管及配件：根据给水设计图配置好PP管及配件，用管件在管材垂直角切断管材，边剪边旋转，以保证切口面的圆度，保持熔接部位干净无污物45由微机电功能单元构造的机敏材料与结构n现代飞机和飞行器的结构更多地采用复合材料，已成为发展趋势。尤其引人注目的是，在复合材料内分布嵌入微机电系统功能单元(

35、微传感器十微执行器十微电子线路)，便可得到期望的、程序可控的材料和结构组态。这些材料和结构被称为机敏材料和机敏结构。这种机敏结构具有自我这种机敏结构具有自我监测和检测的功能，能连续地对结构的应力、振动、声、监测和检测的功能，能连续地对结构的应力、振动、声、加速度、气动阻力及结构完好性加速度、气动阻力及结构完好性( (或损伤或损伤) )等多种状态实施等多种状态实施监测和检测。监测和检测。例如若将能测量和控制气动涡流和扰动气流的MEMS单元分布嵌入飞机襟翼表面，使其成为主动柔性表面，便可对气流扰动或涡流形成主动抑制，就能明显地降低气动阻力。改善飞机飞行的机动性，参见下图。类似的主动活动表面也可用于

36、转动直升飞机的桨叶、燃气轮机的叶片，以达到减振降噪，提高功效的目的。采用PP管及配件：根据给水设计图配置好PP管及配件，用管件在管材垂直角切断管材，边剪边旋转，以保证切口面的圆度，保持熔接部位干净无污物46气动扰动控制的柔性襟翼采用PP管及配件：根据给水设计图配置好PP管及配件，用管件在管材垂直角切断管材，边剪边旋转，以保证切口面的圆度，保持熔接部位干净无污物47昆虫微型侦察机n利用具有程序可控、动态可调的机敏材料和机敏结构继而可以研发活动机冀的微型侦察机。这种新型飞机会像鸟儿一样飞翔，用活动机翼调节空气阻力，达到节省燃油、提高性能的目的。n预计将来，当有一只小鸟或蜜蜂一样的飞行物在你头上盘旋

37、时，你要注意，这也许是有人在监视你。采用PP管及配件：根据给水设计图配置好PP管及配件，用管件在管材垂直角切断管材，边剪边旋转，以保证切口面的圆度，保持熔接部位干净无污物48 微型飞行机器人 MFR-II。螺旋桨长约136mm，高约85mm。 精工爱普生制造的FR-II微型飞行机器人，该机器人为采用螺旋桨的直升飞机，可自动控制姿态、按事先指定的路线飞行。 FR-II通过市场上销售的锂离子电池驱动。通过采用精工爱普生的陀螺仪“XV-3500CB”等，机身（不包括电池）的重量减轻了0.3g，仅为8.6g。包括电池在内，全部重量为12.3g。 采用PP管及配件：根据给水设计图配置好PP管及配件，用管

38、件在管材垂直角切断管材，边剪边旋转，以保证切口面的圆度，保持熔接部位干净无污物49微型无人机采用PP管及配件：根据给水设计图配置好PP管及配件，用管件在管材垂直角切断管材，边剪边旋转，以保证切口面的圆度，保持熔接部位干净无污物50微小型卫星技术n 微小型卫星质量的划分微小型卫星质量的划分 微小型卫星的质量通常为100500kg左右，微型卫星的质量通常为10100kg左右，而纳米卫星的质量通常小于10kg，皮卫星的质量通常小于1kg。n微小型卫星的特点微小型卫星的特点 体积小、质量轻、制造和发射成本低、效费比高、生产周期短、适合于批量生产，安全性高，性能单一，使用灵活，布设成局部星团或分布式星座

39、，可替代大型卫星实现对地球上任意一点的连续覆盖和监视。采用PP管及配件：根据给水设计图配置好PP管及配件，用管件在管材垂直角切断管材，边剪边旋转，以保证切口面的圆度，保持熔接部位干净无污物51 哈工大试验卫星一号采用PP管及配件：根据给水设计图配置好PP管及配件，用管件在管材垂直角切断管材，边剪边旋转，以保证切口面的圆度，保持熔接部位干净无污物52 试验卫星一号重204 公斤采用PP管及配件：根据给水设计图配置好PP管及配件，用管件在管材垂直角切断管材，边剪边旋转，以保证切口面的圆度，保持熔接部位干净无污物53n微机电系统对发展微小卫星的促进作用微机电系统对发展微小卫星的促进作用 应用微机电系

40、统可以使微小卫星的质量降至10kg以下。不久的将来，含有多种微传感器、微处理器、天线、微型火箭及微控制器等在内的集合体，将会用微米和纳米制造技术把它们制作在同一块硅基片上，成为单片微小卫星。这些微小卫星发射上天后，形成星团(或称浮动层)。这个星团就是分布在一定轨道上的微小卫星结构体系，可以保证在任何时刻对地球上的覆盖区进行监视。采用PP管及配件：根据给水设计图配置好PP管及配件，用管件在管材垂直角切断管材，边剪边旋转，以保证切口面的圆度，保持熔接部位干净无污物54 纳星一号重量小于25 公斤我国已相继成功发射了我国已相继成功发射了“实践五号实践五号”、“海洋一号海洋一号”、“创新一号创新一号”

41、、“清华一号清华一号”等多颗不同质量、不同用途等多颗不同质量、不同用途的小卫星，的小卫星， 采用PP管及配件：根据给水设计图配置好PP管及配件，用管件在管材垂直角切断管材，边剪边旋转，以保证切口面的圆度，保持熔接部位干净无污物55 微机电系统与微小卫星技术n纳型卫星是基于微电子技术、微机电技术、微光电技术等微米/纳米技术而发展起来的新型微小卫星。纳卫星质量轻，有的仅重几公斤，卫星的一体化设计和集成度更高，是当前国际航天技术发展的重要方向之一，体现了航天器微小化的发展趋势。n目前世界上只有俄罗斯、美国、英国等国家相继成功发射了纳型卫星。“纳星一号”的发射成功，标志着我国成为成功进入这一领域的少数

42、国家之一。采用PP管及配件：根据给水设计图配置好PP管及配件，用管件在管材垂直角切断管材，边剪边旋转，以保证切口面的圆度，保持熔接部位干净无污物56微型人造卫星核心元器件 美国新墨西哥州的Los Alamos National Laboratory 正研究制造长约3英时,重半盎司的微型人造卫星核心元器件,并将应用于数以百计的微型人造卫星中，发射到太空去 。 微型人造卫星易于制造，不易受太空的磁场干扰，由于每一微型人造卫星只负责一类工作 ，耗电量低，易于控制，并可利用太阳能发电。采用PP管及配件：根据给水设计图配置好PP管及配件，用管件在管材垂直角切断管材，边剪边旋转，以保证切口面的圆度，保持熔

43、接部位干净无污物57XCG100/250低功耗微机械陀螺仪传感器系统 XCG100/250(低功耗陀螺仪)在一个小的PC板上提供一个MEMS（微电子机械系统）单轴角速率传感器。该传感器是一个完整的单元，仅仅要求直流电压输入来测量角速率。XCG100/250适合用于嵌入式应用，安装灵活。 指标：标准输入范围: 100/sec and 250/sec 输入电压:+5VDC带宽：50Hz输出噪音： 0.005/sec/ (100/sec 角速率范围) 操作温度： -40C 到+85C 应用：引导控制系统 短时期导航 姿态参考系统 机器人 机车仪器 采用PP管及配件：根据给水设计图配置好PP管及配件，

44、用管件在管材垂直角切断管材，边剪边旋转，以保证切口面的圆度，保持熔接部位干净无污物58微型陀螺仪采用PP管及配件：根据给水设计图配置好PP管及配件，用管件在管材垂直角切断管材，边剪边旋转，以保证切口面的圆度，保持熔接部位干净无污物59微型内燃机 美国加州大学的科学家成功研制了一台，世界最小的内燃机，希望代替目前在手提电脑或其他电子产品使用的电池。这台内燃机只有一便士硬币大小，但可以持续提供能源，供应电子产品（如流动电话、手提电脑和机械人）使用，甚至可以供给士兵携带的装备所需要的能源。采用PP管及配件：根据给水设计图配置好PP管及配件，用管件在管材垂直角切断管材，边剪边旋转，以保证切口面的圆度，

45、保持熔接部位干净无污物60微型发动机采用PP管及配件：根据给水设计图配置好PP管及配件，用管件在管材垂直角切断管材，边剪边旋转，以保证切口面的圆度，保持熔接部位干净无污物61压电微电机采用PP管及配件：根据给水设计图配置好PP管及配件，用管件在管材垂直角切断管材，边剪边旋转，以保证切口面的圆度，保持熔接部位干净无污物62二、在信息科学方面的应用采用PP管及配件：根据给水设计图配置好PP管及配件，用管件在管材垂直角切断管材，边剪边旋转，以保证切口面的圆度，保持熔接部位干净无污物63微操作夹持器 现代的机电产品的微型化带来了深刻的技术革命，手提电话、计算器、精密手表零件的组装面临着新的挑战。传统的

46、手工装配方法对操作者的技术、劳动强度都有很高的要求，而且工作效率很低，操作工人的培养往往需要较长的时间。微操作机器人系统采用专门设计的工具、定位装置、照明装置和便于操作者操作的遥控作业系统，可以方便地装配和操作微机械零件。采用PP管及配件：根据给水设计图配置好PP管及配件，用管件在管材垂直角切断管材，边剪边旋转，以保证切口面的圆度，保持熔接部位干净无污物64微夹持器采用PP管及配件：根据给水设计图配置好PP管及配件，用管件在管材垂直角切断管材，边剪边旋转，以保证切口面的圆度，保持熔接部位干净无污物65三轴加速度计 三轴加速度计结合三个直交相似的电容加速度计，电容加速度计带有防潮、低阻抗，可用于

47、商业和工业环境中测量加速度值。其内部每一个加速度计都包含有微型密封、微机械的电容传感单元和一个普通集成放大器，电镀铝制外壳采用环氧密封技术，该外壳可以很方便的用#8（M4）螺丝钉安装。 采用PP管及配件：根据给水设计图配置好PP管及配件，用管件在管材垂直角切断管材，边剪边旋转，以保证切口面的圆度，保持熔接部位干净无污物66加速度传感器 微机械结构，微型尺寸，可以直接焊接在PCB版上。可以测量重力加速度，可以测量动态冲击加速度，也可以应用加速度传感器来集成倾角处理系统，测试速度和振动。内置放大和过滤器，抗冲击达5000g，供电范围宽：2.7-24V，IP66防护。量程从1g到100g。 可应用在

48、控制手柄振动和摇晃，仪器仪表，汽车制动启动检测，地震检测，报警系统，环境监视，工程测振、地质勘探、铁路、桥梁、大坝的振动测试与分析；高层建筑结构动态特性和安全保卫振动侦察上。 采用PP管及配件：根据给水设计图配置好PP管及配件，用管件在管材垂直角切断管材，边剪边旋转，以保证切口面的圆度，保持熔接部位干净无污物67硅微压力传感器n微机械最早和最成功的产品是微型压力传感器。微机械最早和最成功的产品是微型压力传感器。n压阻式微型压力传感器压阻式微型压力传感器 这种传感器的敏感元器件是厚10一25微米的硅膜片。膜片在压力作用下发生偏转，通过偏转大小的变化来传感压力的变化。膜片的偏转导致电阻变化，由微电

49、路检测出这种电阻变化，即可测出压力变化。n电容式微型压力传感器电容式微型压力传感器 若把膜片制成电容器的一块芯极板，则当压力变化引起膜片偏转时，电容器两块电极板之间的距离就会发生变化，导致电容值变化，用电路检测出电容值的变化，即可测出压力变化。n压阻式传感器使用的压力较低、工作稳定性较好、压阻式传感器使用的压力较低、工作稳定性较好、制造较简易，是主要发展产品。制造较简易，是主要发展产品。采用PP管及配件：根据给水设计图配置好PP管及配件，用管件在管材垂直角切断管材，边剪边旋转，以保证切口面的圆度，保持熔接部位干净无污物68单晶硅压力传感器芯体 采用单晶硅材料，硅微机械加工精制而成,无P-N节效

50、应，可做100:1的量程迁移,工作温度可达160 ,温度系数小，且温度影响为线性,无机械传动部件，动态频响高，抗振动和冲击. 采用PP管及配件：根据给水设计图配置好PP管及配件，用管件在管材垂直角切断管材，边剪边旋转，以保证切口面的圆度，保持熔接部位干净无污物69XW-810微型惯性测量单元 XW-810XW-810（可升级微型紧（可升级微型紧密组合系统）组合了密组合系统）组合了3-3-轴轴MEMSMEMS陀螺仪，陀螺仪，3-3-轴轴MEMSMEMS加速度计，加速度计，3-3-轴磁轴磁阻传感器和阻传感器和1212通道载波通道载波相位的相位的GPSGPS接收机。该系接收机。该系统是星网迅达科技发