哈工大 机械系统设计 第十章微系统最基本的概念.ppt

第十章 微系统简介; 随着微/纳米科学与技术(Micro-／Nano- Science and Technology)的发展，以形状尺寸微小或操作尺度极小为特征的微机械已成为人们在微观领域认识和改造客观世界的一种高新技术。微机械由于具有能够在狭小空间内进行作业而又不扰乱工作环境和对象的特点，在航空航天、精密仪器、生物医疗等领域有着广阔的应用潜力，并成为纳米技术研究的重要手段，因而受到各国的高度重视，被列为21世纪关键技术之首。 ;美国国会已把微机械的研究作为21世纪重点发展的学科之一，美国国家基金会也拨巨资开始了微机械的研究； 日本通产省1991年开始启动一项为期10年耗资250亿日元的微机械研究计划； 欧共体国家在尤里卡计划中将微机械作为一个重要的研究内容，并在法、德两国组织实施。 在我国，微机械的研究也逐渐得到重视，国家科委、原国防科工委、国家自然科学基金委等部门将其列为重点发展项目。 ;美国：MEMS (Micro ElectroMechanical System)微机电系统 日本：Micro-Machine，微机械 欧洲：MicroSystems，微系统;第十章 微系统简介;1 什么是微系统 2 微系统涉及的学科 3 微系统的特点 4 微系统的基本特征 5 微系统的实例; 微机电系统是一种集成了微电子电路和微机械执行器(和微机械传感器)的微小器件(或系统)。它既可根据电路信息的指令，控制执行器实现机械操作；也可以利用传感器探测或接受外部信息，传感器转换出来的信号经电路处理后，再由执行器变为机械操作，去执行信息命令。可以说，微机电系统是一种获取、处理信息和执行机械操作的集成器件。与微机电系统研究相关的基础理论、设计、材料、加工、检测和应用技术称为微机电系统技术。; 微机电系统包括微传感器、微致动器（亦称微执行器）、微能源等微机械基本部分以及高性能的电子集成线路组成的微机电器件与装置。 微机械：按外形尺寸特征，微机械可分成： 1mm-10mm 微小型机械 1um-1mm 微机械 1nm-1um 纳米机械 ; 微机械的一个重要特点是“微”，而随之带来的是微机械的尺寸缩小所产生的尺寸效应现象，即随着尺寸缩小，物理量并非等比例缩小，当尺寸缩小到??定程度时，宏观机械的模拟原理和相似理论不再适用。所以微机械的特征和传统机械有很多不同之处。 尺度效应对材料性能、机械特性、摩擦和粘附都有影响。; (1)微机械中起主导作用的力是表面力。微型机械体积小、重量轻,因此表面力与体积力相比成为主导作用的力。故随着尺寸的缩小,静电力与重力相比成为主导作用力,所以微机械常用静电力驱动。与普通机械相比,摩擦力对微机械影响比重力更大一些。 (2)微机械并不是传统机械的模拟缩小。设计微型机电系统并不是追求复杂的机械结构,而是着眼于用多个简单的机械元件、传感器和人工智能的器件完成复杂的工作。; (3)在能源供给上,如果微型机械系统具有移动和转动功能,电缆就会成为运动的障碍,所以微机械一般采用静电力供能，或者使用静电力激励供能。因此,原有适用于传统机械的方法和原理对于微型机械已不再适用。;5 微系统的实例——微马达;5 微系统的实例——微齿轮;5 微系统的实例—日本Denso公司研制的微型汽车;微型轴承;弹簧，厚3um，间隙3-4um;微齿轮;由4um厚的多晶硅加工而成，细梁宽2.5um，长283um; 微系统; 微传感器是采用微电子和微机械加工技术制造出来的新型传感器。与传统的传感器相比，它具有体积小、重量轻、成本低、功耗低、可靠性高、适于批量化生产、易于集成和实现智能化的特点。同时，在微米量级的特征尺寸使得它可以完成某些传统机械传感器所不能实现的功能。;2.微致动器; 工作原理是将其他能量（一般是电能）转换为机械能。实现这一转换的执行机制有：静电力驱动、电磁力驱动、压电力驱动、热膨胀力驱动、磁致伸缩式驱动、气动、电液致动、凝胶致动、光致动、超声波致动、气泡驱动以及形状记忆合金膜片驱动等。 ;静电致动原理;压电致动原理;压电行波马达原理;形状记忆合金致动原理;致动类型;SMA薄膜弹簧;三、微结构分析时应该注意的问题;三、微系统的加工;1. 微器件的加工工艺;1）微电子加工;表面微加工举例;加工有固定锚接点和凸起点的悬臂梁;2）LIGA加工;LIGA工艺实例;3）机械微加工;在车床加工的槽;4）放电微细加工;微细电火花加工项目简介 ;微细线切割加工的零件;5）激光微细加工;微系统的封装（装配）;微系统的装配