微机电系统(MEMS).doc

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1、國際微機電系統技術發展現況與趨勢前言矽晶體技術已成功帶動電子系統 (Electronic systems) 微小化及電腦革命性發展。相同地，近年機械系統 (Mechanical systems) 亦邁入革命性微小化需求，藉MEMS (Microelectromechanical systems)及未來的NEMS (Nanoelectromechanical systems) 來製造微小化機電系統，俾能降低生產成本，減小尺寸與重量，增高速度。有鑒於此，世界各國均積極從事MEMS 技術之研究發展，預期在2005年創造微系統產業產值達123億美元，應用範圍包括資訊、電腦、生醫、保健、製造、運輸、能源

2、、航空、工安等產業。MEMS相關技術一、積體化 (Monolithic) 製程技術MEMS製程技術發展趨勢：由混合式製程(hybrid processing) 逐漸邁向單積體化製程，亦即將所有組件均積體化在單一晶片上，其優點為：品質改進Canon公司為減少噴墨滴量(ink droplet volume)，必須藉monolithic技術將噴嘴基板(nozzle plate)與噴嘴積體化在同一製程上製造。 降低封裝成本封裝成本直接影響產品在市場上競爭力，Motorola擬將多種感測元件積體化成為同一單元俾減低封裝成本而能應用於汽車工業。 配合互補金屬氧化半導體 (CMOS) 製程技術藉運用更多傳統

3、CMOS製程技術來生產高功能感測元件，如藉CMOS技術商品化指紋辨認元件，加州Veridicom Inc.公司預估此產品於2004年產值可達8億美元。 簡化感測器之設計過去加速度感測器之設計相當複雜，其原因是必須將需移動之機械結構與靜止之電子組件結合在同一晶片上，麻州MEMSIC Inc.避開需依賴測定熱空氣自由對流之原先設計而採新穎設計，藉CMOS技術製成熱電偶來直接量測溫度差異。 二、快捷微雛型品 (Micro rapid proto-typing) 技術在MEMS範疇領域中，快捷微雛型品技術由於能融合電腦輔助設計軟體與新奇光學及熱量製程技術，以層層 (layer-by-layer) 方式

4、可真正地將電腦螢幕上設計圖像趨近成三因次生產，例如可用來開發鑄造及解析用雛型品模型，並且能與微模具(micro-molding) 互配運用。此外，由於其使用雷射光加熱，故藉使用更小光點便可進一步減低元件尺寸，因此非常適合製作其他技術無法製造之微小尺寸微模具。先進國家目前研發現況：德國Micro TEC-D GmbH是以開發及生產微系統技術為主，使用CAD (電腦輔助設計) 設計參數提供給CNC (數值控制器)，控制雷射束在元件表面上掃瞄使指定位置液態高分子固化，用來建構精緻結構，每層僅為1微米厚，若使用多光束雷射及光罩技術，則容許平行大量生產，每天產能可達1萬件，產品尺寸可達505050毫米。

5、此技術主要應用於耳蝸零件、電子封裝、微流體及微光學。 美國加州MEMGen開發EFAB製程技術，目前此技術由於需進行電鍍故僅限用於金屬材料。適用於生產RF-MEMS (微波微機電) 元件，目前正在開發金屬模具來生產生醫用塑膠零組件，該公司亦在開發其他材料之製程技術。 日本Osaka大學研究以鈦酸鋁脈衝雷射產生雙光子吸收技術來固化光熱化高分子而生產固體元件，已成功開發直徑僅為300奈米之微小彈簧，但目前僅能批量製造，尚未商品化。 三、MEMS封裝 (packaging) 技術封裝技術之挑戰專家公認MEMS製程目前面臨最大困難與挑戰為封裝技術，其與電子元件僅需傳輸電子訊號不同，某些MEMS元件需要

6、接收及發射光束，有些元件要能偵測特殊化學分子，甚至要辨識有害DNA，有些元件需在奈米尺度移動或操控物體，由於MEMS元件必須與外界連結但又不能受外界環境因子干擾及侵害，因而增加MEMS封裝難度或提高成本。造成設計困難並且不可能開發為單一封裝製程，現舉兩個MEMS元件之封裝例加以說明： 安全氣囊電子傳訊此類加速器僅需提供車體在碰撞瞬間加減速度變化所造成梳狀彎曲，改變兩電極間距促使電容值改變，將此電子訊號傳出即可，由於僅需傳輸電子訊號故封裝因可完全封死，因此設計不太困難。但封裝必須不能干擾內部機械移動件並且封裝方向性非常重要，不可有偏轉且具低應力避免減低元件靈敏度。 噴射微墨元件噴射微墨元件之封裝

7、亦有其獨特性，首先封裝不能影響微噴嘴 (micro jet nozzles) 系統噴射微墨，但MEMS晶片之連接地帶必須受保護，特別是墨汁不能受環境影響及搬運損害。 產品封裝等級由於所有MEMS產品均具移轉性零組件，依移動方式及行程的不同而決定需採不同之適宜封裝，下表列出幾種基本運動模式，其順序亦表封裝困難度之增高： 零件扭曲變形，並無運動的情形 零件無磨擦，但有運動 運動零件無撞擊，但有磨擦 帶有撞擊的運動零件 運動零件含有磨擦與撞擊 此外，MEMS元件在滑動及轉動時由於是在微小尺度空間中進行其轉速可高達1百萬rpm而造成元件磨耗，通常不能藉潤滑油來減低磨擦，可使用水分子為潤滑劑，但保持適宜

8、相對濕度20% 到60%則為非常重要，如何能長期維持恆濕仍待解決。 封裝概念雖然前述每一不同特定用途MEMS產品均需採不同之封裝技術，但仍須擁有一般封裝設計概念，MEMS元件有一相同要求，亦即封裝不能使移動性組件之活動受阻，通常可藉設計一個通用之封帽 (cap) 來達成。 四、LIGA (Lithographie Galvanovormug)LIGA製程第一篇敘述文章是發表於1980年代中期，自此有許多國家投入研究，其中德國最突出，使LIGA技術得以商品化應用，主要產品包括分光儀、呼吸器及微小馬達。藉LIGA及其他不同微製造技術可開發出成本效益製程來量產上述及其他產品。在MEMS領域LIGA可

9、開發為關鍵製程技術或為多量高階機械產品技術。在關鍵方面，最終產品銷售公司必須擁有及自行運作LIGA製造廠，但在量產市場方面LIGA製造廠可為供應廠，並且擁有其他MEMS技術所需設備LIGA與其他微製造技術相同，必須擁有一系列製程才能生產出最後產品，以製造微小金屬零件或金屬工具為例，所需LIGA製程步驟：CAD及LIGA光罩佈局 鉻光罩製造 LIGA光罩製造 基板及光阻X-ray同步曝光顯影電鍍平坦化 雛型品生產障礙LIGA製程商品化除了遭遇X-ray 同步設備及LIGA工具獲得困難外，尚存有其他生產障礙，包括： 成本、產能及可靠度使用標準LIGA製程，所生產之金屬LIGA產品成本太高，以San

10、dia為例，生產一片3吋或4吋LIGA晶圓需1萬美元，祗能應用於高價位產品，或用來製作量產產品的模具。產能是減低成本及多量產品化之驅動力，藉多量製程可加快回收初期投資於新同步輻射源之巨資，此外因缺乏製程經驗，LIGA製程可靠度亦面臨挑戰。 產品可靠度、組裝及封裝通常產品可靠度是依賴優異之檢測來管控良率，目前首需突破檢測設備及檢測時間兩項瓶頸，此外目前LIGA零件均以人工方式組合，宜發展機器人，並且欲使LIGA商品化應用必須有完整之封裝技術包括黏合、密封、振動隔離等。 技術突破為使LIGA成為成本效益製造技術， Sandia從事下述兩項技術突破： 含金屬性的複製：目前雖有文獻說明LIGA金屬模具

11、在塑膠成型應用方面，可用熱壓及射出成型來製造，但重複製造LIGA金屬模具仍為困難，Sandia努力研究項目包括藉金屬奈米質粒來進行含金屬性的複製。 拋光成型：新趨勢的製造設備是用可變換尺寸的平滑內徑機構產生二度空間形狀的內徑金屬LIGA物件，這種設備用來拋光丙烯酸樹脂(PMMA)桿形料至需求的幾何形狀。然後此桿形料參含金屬、電鍍及PMMA的溶解成為最終具有非常平滑及複雜內徑的管形產品。在LIGA產品中，它將成為一種用低成本而達成多樣複雜幾何形體的新突破。 商品發展狀況過去數年MEMS and MST (Micro-systems technologies)產業有很大的成長，根據Roger Gr

12、ace Associates市場分析報告，全球MEMSMST市場在1998年為140億美元，2002年達380億美元，目前全球專門從事MEMSMST研究發展之大學、研究機構及公司超過600餘家，已建立非常強實研究能量，製程技術及生產設備，已具商品化之MEMSMST產品發展時程說明於下表。結語工研院機械所已建立完整MEMS研發能量，技術與設備，並掌握國際相關發展趨勢市場資訊及拓展國際合作研究，期能為國內產業在MEMS技術發展方面提供更多實質的服務。本文MEMS相關性資料由工研院北美公司鮮其振博士及吳伯奮博士提供，機械所國合與新事業室整理可以幫我介紹一下 MEMS 嗎 發問者： JPK-King

13、( 初學者 5 級) 發問時間： 2006-09-01 11:59:58 解決時間： 2006-09-11 09:22:32 解答贈點： 20 ( 共有 0 人贊助 ) 評價： 正面：100% 普通：0% 負面：0% ( 共有 5 人評價 ) 回答： 2 評論： 0 意見： 1 檢舉 可以幫我介紹一下 MEMS 嗎MEMS是什麼意思他是做什麼用用在什麼地方 2006-09-01 13:32:48 補充 真對不起大大.我還是看不懂有沒有更白話一點的. 2006-09-02 19:50:55 補充 那就是整合型的控制 IC是嗎 最佳解答發問者自選 回答者： charley ( 研究生 2 級 )

14、回答時間： 2006-09-01 21:26:01 檢舉 什麼是”微機電系統”(MEMS)?一、微機電系統(MEMS)的定義及由來(一) 微機電系統的定義目前微機電系統是世界各國積極介入的一個新興領域，所以各地區的定義都不大相同，在歐洲稱之為微系統技術(Micro-system Technology，MST)，其定義為一個智慧型微小化的系統包含感測、處理或致動的功能，包含兩個或多個電子、機械、光學、化學、生物、磁學或其他性質整合到一個單一或多晶片上。在美國稱之為微機電系統(Micro-electromechanical Systems，MEMS)，其定義為整合的微元件或系統，包含利用IC相容批

15、次加工技術製造的電子和機械零件，該元件或系統的大小從微米到毫米。在日本則稱作微機械(Micro-machines)，定義為體積很小且能執行複雜微小工作具功能性之零件的元件。 行政院國家科學委員會科學技術資料中心所採行的定義，則是以美國的定義為主，並再囊括歐洲及日本的定義而成微機電系統技術，其技術包括以矽為基礎的技術、LIGA(光刻、電鑄、模造技術等技術，其又可分為雷射LIGA與X光LIGA兩種技術)及其他傳統技術。主要係利用系統技術、微技術及材料與效應技術，製造出微感測器、訊號處理機及微引動器等；其應用領域極為廣泛，包括製造業、自動化、資訊與通訊、航太工業、交通運輸、土木營建、環境保護、農林漁

16、牧、醫療福祉等等行業。 一般而言對於能夠把每個微元件結構或系統本身定義在m（10E-6 公尺）範圍，或是微結構的機械運動範圍能夠達到m的精準度或位移量，在這樣的精度與尺寸範圍內的微元件我們皆可以稱之為微機電元件，而把這些微機電元件與其他周邊IC組成的系統稱為微機電系統。(二) 微機電系統的由來微機電系統，是目前科技界公認最具未來發展潛力及前瞻的研究領域。而MEMS的發展由來，根源於1960年代中期利用半導體製程製造機械結構於矽晶片上的概念被提出後，吸引了許多人投入該技術的研究。到了1970年代中期，利用該技術製造結合機械和電子元件的半導體感測器，成功地被開發。1980年後，和該技術相關的研究，

17、如雨後春筍般的被提出，而研究內容也不侷限於感測器，還包含一些複雜的機構與元件，如幫浦、閥門、齒輪、馬達、夾子等等。由於這項技術的逐漸成熟以及應用的範圍逐漸擴大，研究人員已將目標訂在發展一個完整的微型系統，系統包含感測、致動、訊號處理、控制等多項功能，例如微型機器人和微型硬碟機，希望能夠像半導體產業一般成為本世紀革命性的技術。二、微機電系統的製造技術半導體製程概分為三類：(1)薄膜成長，(2)微影罩幕，(3)蝕刻成型。而微機電元件的製造技術則是利用目前的半導體製造技術為基礎再加以延伸應用，其製造技術的彈性與變化比一般的IC製造技術來的大，從薄膜成長，黃光微影罩幕，乾濕蝕刻成型等製程都在微機電製程

18、的應用範疇，再配合其他新發展的精密加工與矽微加工技術，包括異方性蝕刻，電鑄，LIGA等技術，而成現在所發展的微機電元件的製造技術。而整個系統的完成則是靠各個關鍵元件的整合，再加上最後系統的封裝測試，也是重要的步驟。其中在矽微加工技術方面，又可分為體型微加工技術、面型微加工技術以及LIGA技術三種加工技術。資料來源 .tw/lw0309/參考資料 .tw/lw0309/ 快速連結 其它回答( 1 ) | 意見( 1 ) | 評論( 0 ) 知識評價發問者評價： THS網友評價： 正面：100% 普通：0% 負面：0% ( 共有 5 人評價 )回答者： Dickson ( 初學者 4 級 ) 回答

19、時間： 2006-09-01 12:20:15 檢舉 微機電系統(MEMS)係指應用微米及以下尺寸加工技術，以研製微細元件及組件，並整合微電子電路或微控制的系統，是目前飛躍發展的微米/納米技術中一項十分重要的成果。由於可以如晶片般大量生產以降低成本，加上具有可強化功能、性能及應用領域廣泛之優勢，為今日科技界公認最具發展潛力及前瞻性的研究領域。MEMS技術的研究涉及微電子、材料、物理(力學及流體力學等)、化學、生物、機械學諸多學科領域。它的學科面也擴大到微尺度下的力、電、光、磁、聲、原子、表面等物理學的各分支，乃至化學、生物、醫學和儀器等各領域，學科交叉很強，研究難度較大及複雜。微機電系統(Mi

20、cro-Electro-Mechanical System; MEMS)是國際認定為廿一世紀主流核心製造技術之一，也是最具發展潛力與前瞻性的研究領域之一。微感測器、微結構、微制動器、微加工等等都是屬於微機電的範疇。它是繼電子元件與系統微小化對人類生活造成革命性影響之後，試圖將機械元件或系統也微小化，甚至光學、生醫、化學及其他的各類感測器、致動器與儀器設備等微小化，可以預見未來也將對人類社會產生另一波重大的影響。微機電系統是一個結合機械、電子、光學、材料、物理、化學、生物、醫學等多重技術之領域，特別是強調整合不同領域之特性，希望能達到積體化、高效率化、智慧化、低成本化、可量產化和高附加價值之目標

21、。 由於微機電元件與系統的開發所需要的時間很長、開發經費很高，如何降低開發成本與縮減開發時程以提升競爭力，一直是微機電領域的研究與產業努力的方向。而透過電腦輔助設計模擬來大幅縮短設計週期，以虛擬原型技術完全取代實體原型也一直是長期追求的理想。因此本中心微機電團隊的成立與運作，期望能達成： 整合不同領域的模擬專業團隊 建構完整之電腦輔助微機電設計與模擬環境 微機電設計與模擬技術之發展、引進、累積、推廣與教育訓練 微機電元件與系統之設計與分析 協助與支援產學研界的研究發展 參考資料 .tw/apicnews/cax_event_.html&國家高速網路與計算中心意見者： 老頭子 ( 專家 3 級 ) 發表時間： 2006-09-01 21:59:05 檢舉 MEMS (Micro-Electro-Mechanical System) 微(Micro)機(Mechanical)電(Electro)系統 簡單的說, MEMS 就是把一些機械/結構 微型化. 功能性和原來的機械/結構相同 微型化說來容易 做起來困難 所以需要各領域的專業技術投入開發 關於這部分回答的兩位已經講得很清楚了