3.6 微机械及其微细加工技术
因此，许多宏观物理量进入微观尺度 后甚至需要重新定义。相关学科，如微电 子学、微机械学、微光学、微动力学、微 流体力学、微热力学、微摩擦学、微结构 学和微生物学等共同构成了微机械研究的 理论基础。
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2、技术基础
微机械涉及的基础技术主要有：微机械设 计，微机械材料，微细加工，集成技术， 微装配和封装，微测量，微能源，微系统 控制等。
4.多功能和智能化。集约高技术成果，附 加价值高。
5.适于大批量生产，制造成本低廉。
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具有以下一般机械所不能及的优势：
1.表现在活动空间、操作对象和工作环境 上。 微机械能够进入极狭小空间进行作 业，且不易对环境造成不必要的影响与 破坏。微机械还可以面对很脆弱、易损 伤的工作对象。微机械还可出现于人类 所不能及或不适宜的工作环境。
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一、 引言
随着科学与技术 (Micro/Nano Science and Technology)的发展，以本身形状尺 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。
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微机械是80年代末出现的一门崭新的 学科，被誉为21世纪最具代表性的技术之 一。
微系统测量技术：设计材料的机械性能、 微构件或微系统参数与性能测试等，微型 薄膜构件的弹性模量、泊松比、拉伸强度、 残余应力、韧性等。在测量基础上建立相 关的数据库和数学、力学模型，从而进一 步服务于以后的设计、制造、改进以及测 量过程。
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微系统的集成与控制：涉及系统设计、微 传感器或微执行器与控制处理电路的集成、 能源供给、接口通讯等。
微机电系统与微电子学、信息学、材 料科学和纳米技术的发展等密切相关。被 公认为21世纪的重点发展学科，是国家重 点发展的高技术产业。
微机电系统是微电子技术的延伸和拓 宽，通过传感器、致动器、信号处理、控 制等多项功能，与外部世界有机联系起来。
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微机电系统的概念始于20世纪80年代， 一般泛指尺度在亚微米至亚毫米范围内 的装置。在不同国家和地区有不同的术 语和解释：
是指具有微米级结构，可以批量制作的、 集微型机构、微型传感器、微型执行器 以及信号处理和控制电路、甚至外围接 口、通信电路和电源等于一体的微型器 件或系统。
• 在日本称作Micro Machine（微机器）
微机器由只有几毫米大小的功能元件组 成，它能够执行复杂、细微的任务。
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2.与一般机械相比，微机械所表现出的智 能化程度更高、实现的功能更趋于多样 化。
国外一些有实力的半导体公司和研 究机构对微机械的研究非常重视，已研 制开发出许多有特色的产品。
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目前，微机械的研究正在从基础 研究逐步迈向研制开发与实用阶段。 许多微传感器、微执行器以及微光 学部件已经在某些行业得到应用。
精度高，重量轻，惯性小。
2.性能稳定，可靠性高。 微机械器件体积极小，封装后几乎
可以摆脱热膨胀、噪声和挠曲等因素的 影响，具有较高的抗干扰性，可以在比 较恶劣的环境下稳定工作。
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3.能耗低，灵敏性和工作效率高（响应时 间短） 。
完成相同的工作，微机械所消耗的 能量仅为传统机械的十几或几十分之一， 却能以数十倍以上的速度运作。微机电 系统不存在信号延迟等问题，从而更适 合高速工作。
• 微机电系统是指特征尺寸在微米至毫米 范围内，由电子和机械组成的集成化器 件或系统。按外形尺寸，微机械可划分 为110mm的微小型机械,1m1mm的微机 械，以及1nm1m的纳米机械。
图1
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微机电系统器件不能用总尺寸来定义，而 用特征尺寸来表征。
特征尺寸：决定器件性质和加工工艺的关 键尺寸。如扩散硅压力传感器的膜厚。
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3、应用研究
微机械在精密仪器、生物医学，特别是空 间狭小、操作精度高、功能高度集成的航 空航天设备领域，有着巨大的应用潜力。
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二 微型机械发展现状及展望
1. 微型仪器
微型仪器实际上就是具有仪器功能 的MEMS产品，是MEMS技术与微电子技术 综合集成的产物。它具有一般仪器具有 的监测、测量、分析、诊断、控制和执 行功能，是一种新型的智能结构。其基 本结构模式为：
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微机械设计技术包括：微结构设计、弹塑 性有限元分析、CAD/CAM技术、数据库技 术、微系统建模与仿真等。
微细加工技术：微机械的技术关键，目前 常用的方法包括起源于半导体IC加工工艺 的硅微细加工、微细电火花加工等特种精 密加工、LIGA技术、微组装技术等。
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目前微机械研究分为理论研究、技术基础 研究及应用研究三部分。
1、理论基础
当尺寸缩小到一定范围时，许多物理现象 与宏观世界有很大差别。在微观尺寸领域， 与尺寸L的高次方成比例的惯性力、电磁力 (L8)等的作用相对减小，而与尺寸的低次方 成比例的黏性力、弹性力(L2)、表面张力 (L1)、静电力(L0)等的作用相对增大，同时 表面积(L2)与体积(L3)之比增大，热传导、 化学反应等加速和表面间的摩擦力显著增 大。
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由于微机电系统的基微电子技术 的背景（从微机械的加工方法来看，它 主要起源于硅集成制造技术），使其具 有集成电子器件所具有的微小、可靠、 灵敏、低耗、高效、成本低、适于大批 量生产等系列优点。
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微机械具有以下几个基本特点： 1.体积小(特征尺寸范围为lnm～10mm) ，
• 美国称作 Micro Electro-Mechanical System - MEMS（微型电-机系统）
微型电-机系统是由电子和机械组成的集 成化器件或系统，采用与集成电路兼容 的大批量处理工艺制造，尺寸在微米到 毫米之间。
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• 在欧洲则称作Micro System（微系统）