目标 提供有关 MEMS 技术和制造的基本知识。 课程目标 本课程应使学生能够: 1. 了解微制造的演变。 2. 学习各种制造技术。 3. 了解微传感器和微执行器。 4. 学习各种微执行器的设计。 第一单元简介(9 小时) 基本定义 – 微制造的演变 – 微系统和微电子学,缩放定律:静电力、电磁力、结构刚度、流体力学和传热的缩放。 第二单元微传感器(9 小时) 简介 – 微传感器:生物医学传感器和生物传感器 – 化学传感器 – 光学传感器 – 压力传感器 – 热传感器、声波传感器。 第三单元微执行器(9 小时) 微驱动:使用热力、压电晶体、静电力进行驱动。基于 SMA 的微执行器,微执行器:微夹钳、微电机、微阀门、微泵、微加速度计 - 微流体。第四单元 MEMS 制造技术(9 小时)MEMS 材料:硅、硅化合物、压电晶体、聚合物微系统制造工艺:光刻、离子注入、扩散、氧化、CVD、溅射、蚀刻技术。第五单元微加工(9 小时)微加工:体微加工、表面微加工、LIGA 工艺。封装:微系统封装、基本封装技术、封装材料选择。
已经开发出一种用于制造和组装三维 MEMS 结构的新型多晶硅表面微加工技术。已成功在硅基板上制造了包含玻璃增强肋的单层多晶硅元件和层压多晶硅面板,这些面板具有坚固且连续的铰链,便于平面外旋转和组装。为了实现稳定的三维结构,该设备的其中一个可升降面板组件以一排开窗结束,而配合的可旋转元件具有一组匹配的突出微铆钉,这些微铆钉具有可弯曲的倒钩,这些倒钩易于弯曲以方便它们的连接和组装。由于微铆钉倒钩尖端之间的间距大于配合窗口中的开口,因此倒钩在穿过开窗时会向内弯曲,然后在离开窗口时展开到其原始形状,从而形成永久锁定的接头和三维结构。利用该技术已经开发出一种机械夹钳,它将用于与有可能植入人体的聚合物镜片连接并改变其焦点。将传统微电子技术与三维微动态机械元件无缝集成是微机电系统 (MEMS) 技术的突出目标之一。传统的微电子集成电路 (IC) 处理主要是二维制造技术。另一方面,许多 MEMS 微传感器和微执行器应用需要三维元件。由于 MEMS 技术是 IC 处理的延伸,因此主要挑战是实现在所有三个维度上都具有物理上较大和高分辨率特征的机械元件。大多数常见的 IC 制造工艺要么牺牲平面分辨率来换取深度,要么牺牲垂直特征尺寸来实现高平面分辨率。