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标题: 微光机电技术(MEMS)前景如何? [打印本页]

作者: xxffyy    时间: 2003-3-30 20:11
标题: 微光机电技术(MEMS)前景如何?
现在热炒的微光机电技术前景如何?国内有哪几家科研院校研究的比较好?望高手指点一二
作者: lyh6328    时间: 2003-3-31 04:36
标题: 微光机电技术(MEMS)前景如何?
江院长带领的微系统所应该是不错的吧!
作者: 楚韵风    时间: 2003-3-31 06:39
标题: 微光机电技术(MEMS)前景如何?
这里是我收集的两篇比较能说明微光机电技术前景的文章:(分别是大陆和台湾的)

集成微光机电系统前沿
一、集成微光机电系统研究前景

信息系统的微型化不仅使系统体积大大减小、功能大大提高,同时也使性能、可靠性大幅度上升,功耗和价格却大幅度降低。因此,信息系统的微型化和集成化是人们不断追求的目标。目前,系统的微型化仅解决电子系统的微型化还远不够,如果相关的非电子系统不小下来,整个系统将很难进一步小下去。

采用微电子技术可以方便地将电子系统微型化,在日常工作与生活中我们已离不开集成电。在非电子系统方面,尽管人们已做了努力,但其微型化能力远远落后于电子系统,已成为进一步发展的“瓶颈”,迫切需要取得突破。

集成微光机电系统(以下简称微系统)可以用批量化的微电子技术制造出尺寸与集成电路相当的非电子系统,从而实现电子系统和非电子系统的集成,从根本上解决未来信息系统的微型化问题。当人们可以方便地将系统和非电子系统集成在一起的时候,自然会想到利用它来实现许多以前无法实现的功能,如同40年前人们可以将晶体管集成在一起构成集成电路一样。今天集成电路已改变了人们的社会生活方式,并带来了一场信息革命;至于微系统对未来的社会发展将会产生什么样的影响,目前还难以预料,但它是21世纪初一个新的产业增长点,则是无可质疑的。正因为如此,微系统的研究在国际上受到高度重视,美国等发达国家的政府和公司纷纷设专项投资,以求取得重大突破,占领这一潜在的巨大市场。

微系统是从微传感器发展而来的,已有几次突破性的进展。70年代微机械压力传感器产品问世,80年代末研制出硅静电微马达,90年代喷墨打印头,硬盘读写头、硅加速度计和数字微镜器件等相继规模化生产,充分展示了微系统技术及其微系统的巨大应用前景。

二、微系统的研究现状

目前,国际上研究的热点主要集中在功能更强的微系统方面。在空间应用方面,由于微系统有突出的优点,美国航天局(NASA)和欧洲航天局等部门已给予大量投资进行研究。用作运行参数测量的微加速度计已进行了地面辐照实验,正在进行飞行搭载实验,同时积极开展微陀螺、微推进和微喷管等微系统基础研究。在通信方面,光通信正在向有光交换功能的全光通信网络方向发展,无线通信则要求增强功能(如联网等)和减小功耗。包括美国朗讯公司在内的一些公司和大学正在研究全光通信网用的微系统及无线通信用射频微系统。在生物医学方面,国外的一些公司和大学正在研究将光、机、电、液、生化等部件集成在一起,构成一个微型芯片实验室,用于临床医学检测,为医生甚至家庭提供简单、廉价、准确和快捷的检测手段。此外,一些国家还在研究用于光显示、高密度存储、汽车、国防等微系统。

虽然如此,近年来微系统的发展不如人们预期的那么快,一个原因是较多的基础问题没有得到很好解决。除了微系统是人们刚刚涉足不久的领域外,它的学科面也扩大到微尺度下的力、电、光、磁、声、原子、表面等物理学的各分支,乃至化学、生物、医学和仪器等各领域,学科交叉很强,研究难度较大。对这一微尺度领域里的科学问题,人们还缺乏系统的经验和知识,在一定程度上主要是靠试探和验证方式来积累经验,这种状况迫切需要改变。

另一个原因是基础技术方面的问题。尽管微系统有微电子技术支撑,但它必须进行微机械所特有的三维加工,而且要求与集成电路工艺兼容,这也是没有解决好的问题。此外,微系统的设计加工与传统的设计加工不同。传统的设计加工思路是从零件到装配最后到系统,是自下而上的方法。微系统是采用微电子和微机械加工技术将所有的零件,电路和系统在通盘考虑下几乎同时制造出来,零件和系统是紧密结合在一起的,是一种自上而下的方法。因此要采用新观念,站在系统高度来设计加工。

目前,微系统与集成电路发展的初期情况极为相似。集成电路发展初期,其电路在今天看来是很简单的,应用也非常有限,以军事需求为主,但它的诱人前景吸引了人们进行大量投资,促进了集成电路飞速发展。集成电路技术的进步,加快了计算机更新换代的速度,对中央处理器(CPU)和随机存贮器(RAM)的需求越来越大,反过来又促进了集成电路的发展。集成电路和计算机在发展中相互推动,形成了今天的双赢局面,带来了一场信息革命。现阶段的微系统专用性很强,单个系统的应用范围非常有限,还没有出现类似的CPU和RAM这样量大而广的产品。随着微系统的进步,最后将有可能形成比微电子技术更具广泛应用前景的新产业,从而对人们的社会生活方式产生重大影响。

微系统能否取得更大的突破,取决于两方面的因素:第一是在微系统理论与基础技术方面取得更大的突破性进展,使人们依靠掌握的理论和基础技术可以高效地设计制造出所需的微系统;第二是找准应用突破口,扬长避短,以特别适合系统应用的重大领域为目标进行研究,取得突破,从而带动微系统产业的发展,总的发展趋势是,微系统将使未来的信息系统功能更强、尺寸更小,价格更低。中国科学院上海冶金研究所--王跃林 王渭源
摘自《2000高技术发展报告》


微光機電技術發展
清華大學動力機械工程系葉哲良博士

  微光機電系統是本世紀新興的科技領域之一,目前各國均投下大量的人力及財力,其在學術界與產業界的發展潛力無窮,預料將為日常生活帶來莫大便利。有鑑於此,本中心特於元月十一日邀請任教於清華大學動力機械工程系的葉哲良博士演講微光機電技術發展的過去與未來。

  葉博士係美國康乃爾大學電機博士,除了在學理方面有紮實的基礎外,在市場應有方面也具有豐富經驗。微機電系統是一跨領域的科技,需整合不同專長的人才共同研究。在此次演講中,葉博士提出微光機電系統的未來發展方向,如光顯示器、光纖光學元件、生醫光學系統與光學儀器等,及微機電系統在射頻通訊方面的應用,如個人通信系統與無線傳輸技術應用在生物醫學系統等。目前幾個大廠已握有許多光顯示器的專利,而光纖光學元件則還有專利上發揮的空間。

  在生醫光學系統方面,葉博士認為生物晶片是非常值得投資的方向;而在射頻通訊應用上,微機電系統製程技術可提升電路元件的 Q 值,降低功率消耗,達到低成本的要求;在個人通信系統方面,目前 GSM 系統有雙頻及三頻等通訊波段,而運用微機電系統技術甚至可製造出可調頻寬的電路系統以符合不同的通訊標準。

  葉博士亦提及在微機電系統中整合不同製程技術的困難以及可發展的空間,尤其是微驅動器、助聽器及 DNA 生物晶片的發展情形及潛力。在助聽器的應用上,由於聽覺機制太過複雜,根據最近相關研究文獻報導,已經有人從分析蒼蠅的聽覺功能得到啟發,並利用微機電系統技術製成薄膜陣列式麥克風,當聲波作用在薄膜上時,陣列麥克風就可以接收到震動信號,並精確地辨認聲音的來源方向,藉以模擬人耳聽音辨位的功能,以大幅改善失聰者的聽覺障礙。

  微機電系統在設計製造後必須加以封裝,而封裝是微機電系統成本中最貴的一環,約佔成本的 30-40% 。封裝的目的在於提供微機電系統穩定的支撐架構 (host),如防震的設計、減低熱脹冷縮的效應、電性的屏蔽等都是重要的考量因素。微機電系統的設計製造雖是高難度的技術,而封裝技術的難度更高,目前的封裝市場由韓國廠商佔極大部分。基於分工的原則,需要專業人才來開發此方面的技術,若要降低成本,最直接的方法就是發展更成熟的封裝技術。葉博士也提醒大家避免產品認證的迷思,認證只是產品基本要求之一,產品雖然通過認證但未必有人會採用,市場的需求及產品的獨特性才是關鍵。

  一般技術發展的理想時間至少需領先市場兩年,否則當技術成熟時可能已無市場價值。葉博士建議在市場需求的評估、成本的降低、現有技術的調查以及對競爭對手的了解等四個層面要投注相當的心力。至於市場供需問題,則需刺激消費者擴大消費,才能解決供過於求的問題。但是商場如戰場,有些企業會故意提出錯誤的市場分析,造成一些公司的損失,因此對市場上訊息的正確性與可靠性評估就變得非常重要。此次的演講精闢深入,讓與會者對微機電系統的整體發展有更清楚的了解,葉博士也允諾日後將提供其在產業上的經驗,並進一步與中心進行相關合作交流。



作者: xxffyy    时间: 2003-4-1 23:56
标题: 微光机电技术(MEMS)前景如何?
Thank you!!
作者: 楚韵风    时间: 2003-4-15 08:18
标题: 微光机电技术(MEMS)前景如何?
激光微细加工技术及其在MEMS微制造中的应用 (转贴)
LaserMicromachiningandItsApplicationintheMicrofabricationofMEMS
潘开林①② 陈子辰② 傅建中①(①浙江大学生产工程研究所 ②桂林电子工业学院)
摘 要:文章综述了当前MEMS各类微制造技术,阐述了各种激光微细加工技术的原理、特点,主要包括准分子激光微细加工技术、激光LIGA技术、激光微细立体光刻技术等,以及它们在MEMS微制造中的应用。
关键词:激光微细加工 微机电系统 激光LIGA 微细立体光刻 微制造1 MEMS及其微制造技术概述  
微机电系统(MEMS)是微电子技术的延伸与拓宽,它不但具有信号处理能力,而且具有对外部世界的感知功能和执行功能,在此基础上可开发出高度智能、高功能密度的新型系统。MEMS器件与系统未来将成为多个领域的核心,其作用与以CPU为代表的集成电路构成当今电子系统的核心一样。鉴于MEMS技术的重要技术经济潜力和战略地位,引起了世界各国的高度重视。MEMS主要是美国学者的称谓,在日本称为微机械,在欧洲称为微系统。此外,微技术在不同的学科与应用领域,还有类似的不同的专业或行业术语,如生物技术领域的基因芯片(DNA芯片)、生物芯片(Bio_Chip),分析化学领域的微全流体分析系统(uTAS)、芯片实验室(LabonChip),与光学集成形成微光机电系统(MOEMS)等。MEMS是从微电子技术发展而来,其微制造技术主要沿用微电子加工技术与设备。微电子加工技术与设备价格昂贵,适合批量生产。由于微电子工艺是平面工艺,在加工MEMS三维结构方面有一定的难度。目前,通过与其它学科的交叉渗透,已研究开发出以下一些特定的MEMS微制造技术。(1)LIGA技术 LIGA和准LIGA技术最大的特点是可制出高径比很大的微构件,但缺点同样突出,成本高。(2)材料去除加工技术 这类技术主要包括准分子激光微细加工[1~4]、微细电火花加工[5]、以牺牲层技术为代表的硅表面微细加工、以腐蚀技术为主体的体硅加工技术、电子束铣、聚焦离子束铣等。(3)材料淀积加工技术 这类技术主要包括激光辅助淀积(LCVD)、微细立体光刻[6、7]、电化学淀积等。上述各类技术的对比分析如表1所示[5]。表1 MEMS主要微制造技术对比技术最小尺寸精度高宽比粗糙度几何自由度材料范围LIGA技术++++++++金属、聚合物、陶瓷刻蚀技术+-+-+-金属、聚合物准分子激光-(+)-+--+金属、聚合物、陶瓷微细立体光刻-(+)-(+)++-++聚合物微细电火化+++++++金属、半导体、陶瓷LCVD++-++-+金属、半导体金刚石精密切削+++++--非铁金属、聚合物注:表中++、+、-、--分别表示很好、好、较差、很差,+-表示不同应用条件下的相对效果,括号内的“+”表示最新研究有所进展。在目前MEMS微细加工技术的研究与应用中,激光微细加工技术得到了广泛的关注与研究。激光微细加工制造商宣称激光微细加工技术具有:非接触工艺、有选择性加工、热影响区域小、高精度与高重复率、高的零件尺寸与形状的加工柔性等优点。实际上,激光微细加工技术最大的特点是“直写”加工,简化了工艺,实现了MEMS的快速原型制造。此外,该方法没有诸如腐蚀等方法带来的环境污染问题,可谓“绿色制造”。在MEMS微制造中主要采用的激光微细加工技术有:激光直写微细加工、激光LIGA、激光微细立体光刻等,下面分别加以介绍。2 准分子激光直写微细加工及其在MEMS中的应用  准分子激光以其高分辨率、光子能量大、冷加工、·直写加工特性以及对加工材料广泛的适应性使其成为一种重要的MEMS微细加工技术。其加工系统原理如图1。在准分子激光微细加工系统中,大多采用掩膜投影加工,也可以不用掩膜,直接利用聚焦光斑刻蚀工件材料,综合激光光束扫描运动与X_Y工作平台的相对运动以及Z方向的微进给,实现三维微结构加工,其原理与快速成型制造系统类似。一般的光束处理与调整环节包括准分子激光器、声光调制器、衰减器、光束匀化器与显微物镜等。声光调制器控制准分子激光的通断&#59;衰减器调节激光束能量&#59;光束匀图1 准分子激光微强  化器使激光光强分布均匀化&#59;显加工系统原理图  微物镜用于光束聚焦。为了满足不同的加工批量与结构形状需求,按在加工过程中掩膜与工件(工作台)之间的相对关系可以将准分子激光微细加工系统分为三类[3]。(1)静态掩膜与工件在该模式加工过程中,掩膜与工件都保持静止。加工的微结构小而简单,或由规则的几何形状重复构成。该方法主要用来加工微细孔。对于其它复杂形状的微结构,只要在掩膜上激光光束区包含该图形,则可以加工。严格地说,该方法只能加工平面结构,无法加工真正意义上的三维微结构。该方法有两种改进加工模式:一是当基本的图形单元加工完成后,工件在水平方向运动一定位置,重复加工掩膜图形&#59;二是当某一掩膜图形加工完成后,更换另一掩膜,直到所有掩膜加工完毕。(2)动态掩膜或工件在该模式加工过程中,掩膜或工件有一方在运动。通过精确控制在深度方向的能量梯度(脉冲数不同),从而可以制作斜面结构。该加工特性使其在微流体器件、MOEMS制作方面具有广泛的用途。采用动态掩膜制作微流体通道与动态工件制作微光学的应用实例如图2与图3所示。(3)动态掩膜与工件(同步)在该模式加工过程中,掩膜与工件保持同步运动,因而该模式又称为同步扫描。由于掩膜投影有一定的缩小倍数(M),因此必须精确控制掩膜的运动位移是工件的M倍。该加工模式主要用于前述加工模式无法达到的较大图形的加工,主要应用领域为图形印刷、PCB工业与平板显示器等。  图2 采用动态掩膜制作    图3 采用动态工件制作的微流体通道的微光学表面3 激光LIGA技术及其应用  LIGA是德国学者发明的微制造技术,它是德文光刻(Lithografie)、电铸(Galvanoformung)、模铸(Abformung)的缩写,主要包括三个工艺:深层同步辐射软X射线光刻、电铸成型及铸塑。它最大的特点是能制作高径比很大的塑料、金属、陶瓷的三维微结构,广泛应用于微型机械、微光学器件制作、装配和内连技术、光纤技术、微传感技术、医学和生物工程方面。从而成为MEMS极其重要的一种微制造技术。目前,美、欧等国已有运用LIGA技术批量生产微构件商品销售。LIGA技术具有优越的微结构制造性能的同时,缺点同样突出,同步X射线价格昂贵。激光LIGA技术[8]用准分子激光深层刻蚀代替X射线光刻,从而避开了高精密的X射线掩膜制作、套刻对准等技术难题,同时激光光源的经济性和使用的广泛性大大优于同步辐射X光源,从而大大降低LIGA工艺的制造成本,使LIGA技术得以广泛应用。尽管激光LIGA技术在加工微构件高径比方面比X射线差,但对于一般的微构件加工完全可以接受。此外,激光LIGA工艺不象X射线光刻需要化学腐蚀显影,而是“直写”刻蚀,因而没有化学腐蚀的横向浸润腐蚀影响,加工边缘陡直,精度高,光刻性能优于同步X射线光刻。激光LIGA技术与X射线LIGA技术的对比见表2。表2 激光LIGA技术与X射线LIGA技术对比X射线LIGA激光LIGA掩膜类型铬掩膜、中间掩膜、动态掩膜无掩膜(仅需可变孔)微结构形态准三维微结构接近三维结构横向精度数百纳米几个微米高宽比大于100小于10生产类型批量生产快速成形、批量生产3D加速度传感器是一种结构相当复杂的MEMS系统,采用一般的微细加工方法工艺复杂,且难以保障·其性能。采用激光LIGA技术与牺牲层技术相结合的方法,只需简单的工艺就能可靠地制作出3D加速度传感器,如图4。图4 激光LIGA技术与牺牲层技术结合制作的3D加速度计4 激光微细立体光刻及其应用  激光微细立体光刻技术[6]是将先进的快速成形技术主要是立体光刻(SLA)工艺,应用到微制造领域中衍生出来的一种加工技术。由于高精度与微型化的缘故,称为微细立体光刻(Micro_Stereolithography或uSL)。同其他微细加工技术相比,微细立体光刻技术最大的特点是不受MEMS器件或系统结构形状的限制,可以加工包含自由曲面在内的任意三维结构。此外,该技术还有加工时间短、成本低、加工过程自动化等优点,为MEMS批量化生产创造了有利条件。该技术的局限性在于两方面:一是精度较低。目前基于快速成型的MEMS微细加工技术的最高水平方向的精度在1μm左右,垂直方向的精度大约在3μm左右,显然这一精度无法同基于IC的硅微细加工工艺相比。二是使用材料受到一定的限制。目前的树脂材料在电性能、机械性能、热性能方面与硅材料相比有一定的差距。由于激光微细立体光刻技术的固有优势,得到了大力研究与开发。近年来,在提高精度与效率方面有如下发展方向1)以面曝光代替点曝光,从而进一步缩短加工时间,提高生产效率&#59;(2)在材料方面,研究开发出更高分辨率的光固化树脂,如已研究开发出的双光近红外光聚合树脂,为高精度制造奠定了良好基础&#59;(3)在工艺方面,研究开发无需任何支撑结构或牺牲层的工艺[7],以及与平面微细加工工艺的集成,从而进一步简化工艺,提高加工精度与生产柔性。图5所示为无支撑层工艺与传统工艺对比及其应用示意。  此外,激光光源以及光学系统性能的改进与提高,都为激光微细立体光刻技术的推广应用创造了有利条件。图5 无支撑层工艺与传统工艺对比及其应用示意5 结语  激光微细加工技术在同基于IC工艺的微细加工技术相比,表现出对MEMS微细加工材料、生产批量、微结构几何自由度等方面有广泛的生产柔性,以及准分子激光以其高空间分辨率和冷加工特性在MEMS材料制备、激光LIGA、微流体全分析系统、微光学构件以及MEMS封装等微制造领域得到了广泛的重视与研究。参考文献1 MalcolmGower.Excimerlasermicrofabricationandmicromachining,Pro ceedingsofSPIE2000,40882 IsamuMiyamoto,ToshihikoOoieetc.LaserPrecisionMicrofabricaioninJapan.ProceedingsofSPIE2000,40883 NadeemH.Rizivi,PhilT.Rumsby,MalcolmC.Gower.NewDevelopmentsandApplicationsintheProductionof3DMicro_structuresbyLaserMicro_ma chining.ProceedingsofSPIE1999,38984 GlennOgura,BoGu.ReviewofLaserMicromachininginContractManufac turing.SPIE1998,32745 Heeren,P._H.etc..Microstructuringofsiliconbyelectro_dischargemachin ing(EDM)_partⅡ:application,SensorsandActuators,A61,1997.6 LaurenceBeluze,ArmaudBertschandPhilippeRenaud.Microstere olithography:anewprocesstobuildcomplex3Dobjects.SPIE1999,36807 Ikuta,K.,Maruo,S.andKojima,S..Newmicrostereolithogaphyforfreelymovable3Dmicrostructure,Proc.ofIEEEInternationalWorkshoponMicroElectroMechanicalSystem(MEMS’98),1998.8 M.Abraham,J.Arnold,W.Ehrfeld,K.Hesch,etc.Laser_LIGA:ACostSavingProcessforFlexibleProductionofMicrostructures,ProceedingsofSPIE1995,2639第一作者:潘开林,浙江杭州,浙江大学生产工程研究所,邮编:310027,电话0773)5601558(编辑 符祚钢)  
作者: lianjihome    时间: 2004-4-7 20:43
据我所知清华有各EMES国家重点实验室,你可以去清华网站上找。
作者: balefox    时间: 2004-5-13 04:33

关于MEMS东西,我也是了解一点的。

德国科学院在中国的合作伙伴有两个重庆大学和复旦大学。还是不错。我们也做PLV,和光开关。


作者: qhfo009    时间: 2004-5-16 03:08

我是今年考上的研究生,9月份就要入学了!我的硕士研究方向是微光学,也是微系统的一部分。希望以后各位多多指点和交流!!!


作者: laoyu2004    时间: 2004-6-3 01:57

我现在在西北工业大学,现在的方向是MOEMS(微光机械电子系统),总的来说还是可以的。我的邮箱是,可以和我联系jfyu2003@hotmail.com


作者: kekedala    时间: 2004-6-5 19:44

我的方向是二元光学,可以说也是MOEMS必要的组成部分吧:)

联系方式kekedalajq@tom.com

希望大家能在今后多交流,谢谢!






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