《微机电系统概论》课件.pptVIP

*******************微机电系统概论微机电系统（MEMS）是指将机械部件、传感器、执行器和电子电路集成在一个微型芯片上的系统。MEMS技术的出现开创了微型化、智能化的新纪元，为各个领域带来了革命性的变化。什么是微机电系统（MEMS）1微型机械MEMS是指将微米级机械结构、传感器、执行器、电子电路集成到一块微芯片上，是微电子技术与微机械技术的交叉融合。2多学科交叉MEMS涉及机械工程、电子工程、材料科学、化学、物理等多个学科，具有高度的跨学科性。3应用广泛MEMS技术应用于各种领域，包括智能手机、汽车、医疗、航空航天、环境监测等。MEMS的发展历程1早期萌芽20世纪60年代，集成电路技术迅速发展，为MEMS的诞生奠定了基础。2技术突破20世纪80年代，MEMS技术取得重大突破，应用于军事、航空等领域。3产业化发展20世纪90年代以来，MEMS技术进入快速发展阶段，广泛应用于消费电子、汽车等领域。MEMS的应用领域汽车行业MEMS传感器用于汽车安全系统，例如防抱死制动系统(ABS)和电子稳定程序(ESP)。医疗保健MEMS传感器用于各种医疗设备，包括心脏起搏器、人工耳蜗和血糖监测仪。消费电子智能手机、平板电脑和笔记本电脑等消费电子产品广泛使用MEMS传感器，例如加速计、陀螺仪和压力传感器。工业自动化MEMS技术在工业自动化中应用广泛，例如用于机器视觉、过程控制和机器人技术。MEMS器件的基本结构微机电系统器件通常由传感器、执行器、控制电路和信号处理电路等组成。传感器负责将物理量转化为电信号，例如压力、温度、加速度等。执行器负责将电信号转化为机械运动，例如微型马达、微型开关等。控制电路和信号处理电路负责对传感器信号进行处理，并控制执行器。MEMS器件的基本原理微型化MEMS器件尺寸微小，通常在微米或纳米级别，可实现高集成度和小型化设计。表面力利用表面张力、静电力、范德华力等表面力来驱动或控制微型结构的运动。材料特性硅、聚合物等材料具有优异的机械性能、电学性能和热学性能，满足MEMS器件的要求。微加工技术利用光刻、刻蚀、薄膜沉积等微加工技术制造MEMS器件，实现精密的结构和功能。MEMS器件的制造工艺1设计设计MEMS器件，确定尺寸和功能。2微加工利用各种微加工技术制备MEMS器件。3封装将MEMS器件封装保护，并与外部电路连接。4测试测试MEMS器件的性能和可靠性。MEMS器件的制造工艺涉及多个步骤，包括设计、微加工、封装和测试。常见的MEMS传感器压力传感器广泛应用于汽车安全气囊、医疗血压监测、气象预报等领域。加速度传感器应用于手机、游戏手柄、电子罗盘、汽车碰撞检测等。陀螺仪传感器应用于无人机、虚拟现实、稳定平台、导航系统等。温度传感器应用于汽车发动机管理、工业过程控制、医疗设备等领域。压力传感器压力传感器芯片压力传感器芯片包含敏感元件、信号处理电路和转换电路，将压力信号转换为电信号。汽车应用汽车中应用广泛，包括轮胎压力监测、发动机管理、制动系统等。医疗设备应用医疗设备中的血压监测、呼吸监测、药物输送等应用。工业自动化工业自动化领域，例如液压系统、气动系统、过程控制等。加速度传感器加速度传感器，又称加速度计，是一种能够测量加速度的传感器。它可以测量物体在三个方向上的加速度，包括水平方向、垂直方向和前后方向。工作原理加速度传感器的工作原理基于牛顿第二定律，即力等于质量乘以加速度。加速度传感器通常使用微机械结构，例如悬臂梁或振动梁，这些结构在受到加速度时会发生形变，这种形变可以通过传感器内部的应变计或电容传感器来检测。陀螺仪传感器11.角速度测量陀螺仪传感器用于测量物体旋转的角速度。22.惯性导航在没有外部参考的情况下，陀螺仪可以确定物体的位置和方向。33.姿态控制陀螺仪传感器在无人机、机器人和智能手机等设备中用于稳定姿态。44.微型化发展MEMS技术使陀螺仪传感器变得更小巧，更经济，更广泛应用于不同领域。温度传感器MEMS温度传感器利用硅基微加工技术，将温度敏感元件与电路集成到一个芯片上。应用广泛例如，汽车发动机管理系统、医疗设备、工业过程控制等。常用类型热敏电阻、热电偶、铂电阻等。湿度传感器湿度传感器应用湿度传感器被广泛用于各种应用，从环境监测到工业控制。天气预报农业温室控制家用电器工作原理这些传感器利用材料对湿度变化的敏感性来测量湿度。电容式传感器电阻式传感器MEMS执行器定义MEMS执行器是将电能转换为机械能的微型装置。它们