安全气囊 工作范围0-±50g 安装位置：汽车发生碰撞时受到挤压的部位/非挤 压的区域 悬挂系统 测量范围为0-2g。 暴露恶劣环境中，需复杂封装，价格高于安全气囊的 加速度计 防锁定制动系统（anti-lock braking system） 用于中档和高档的汽车
三、MEMS在生化、医学上的应用
微型加速度传感器在侵彻武器引信中的应用
侵彻武器概念与作用 美国在90年代初期开始研究硬目标灵巧引信（ETSF） 要求 •大量程、高g值——测量量程在几万g到十几万g •很好的抗过载能力——硅材料内部缺陷少 典型产品
美国ENDEVCO公司，90年代，20万g，压阻式加速度微 传感器，7270A
发展方向——血管内手术、颅内手术及细胞手术
MEMS Examples
BoschMAP engine control pressure sensor
Motorola airbag accelerometer
Ford ISAAC two-chip accelerometer
MEMS with rotary bearing surfaces and interlocking gears (Sandia National Laboratories)
World’s smallest helicopter is constructed from parts made using LIGA process. With a length of 24 millimeters and a weight of 0.4 grams the helicopter takes off at 40,000 rpm. With a diameter of only 1.9 millimeters the electromagnetic motors can reach an incredible revolution speed of nearly half a million rpm on the one hand, and a considerable torque of 7.5 µ Nm on the other hand.
Si Micro-maching process
MEMS fall into three general classifications; Bulk micromachining, Surface micromachining, High-aspect-ratio micromachining (HARM).
军事意义 •减少人员伤亡 •完成一些士兵难以进行的侦察 任务 •提高武器作战的消费比、降低 军费开支 •已成为信息战的重要组成部分 代表产品：美国，翼展12.7cm，重量50g，推力 0.127N，飞行速度57-114km/h，飞行距离60-120km， 25g甲烷/h
MEMS系统的代表——微型军用机器人
MEMS + Intelligent system 智能微系统


微机电系统（MEMS）用于信息的采集、处理、 计算、以及环境和宏观系统的控制，可以增加智 能化系统的行为能力、功用及效果。 MEMS技术与微电子智能技术相互融合、将传感 器、执行器、信号采集、数据处理、控制电路一 体化混合集成在一块三维基片上，以构成一能完 成一种或多种功能的智能微系统，导致了智能化 MEMS概念的出现。
JPL-Developed Microgyros
Its dimensions are 4 by 4 millimeters, its weight is less than one gram
Silicon Sensing Systems Japan Ltd. Rate Gyroscope
The materials of MEMS （Silicon）
Systems (MEMS) ������ ( US) – Implies ―electrical component or functionality‖ – Implies ―mechanical component or functionality‖ Microsystems or Microsystems Technology (MST) ������ ( Europe) – ―Very small systems‖ – ―Systems made of small components‖
作用： 替代器官植入 体内量微手术 微量检测 医学成像 MEMS的优势：微型特别适合体内、细胞尺度的作用 产品形式特点：具体开发，形式多样
人工器官植入
心脏起搏器/人工心脏
1960年第一个起博器，双稳态多谐振荡器电路 原理：刺激心房和心室的心肌 2007年移植人工心脏成活 原来与现在工作模式 耳蜗植入/ MEMS替代有缺陷的视网膜
Outline


Concept MEMS Intelligent system Combined MEMS and intelligent system (example） Development Tendency
What is MEMS?
Micro-electro-mechanical
MEMS系统的代表——微型无人驾驶飞机 特点——小、轻、廉价、功能强
作用
低空侦察、通信 近敌电子干扰 携高能炸药攻击敌雷达和通信中枢 战场毁伤评估和生化武器的探测 城市作战，侦察、探测、查找敌对分子、窃听 边境巡逻、毒品禁运 通信中继 环境研究 自然灾害的监视与支援 大型牧场和城区监视等
MEMS系统的代表——微型无人驾驶飞机
微型惯性测量组合MIMU
（Intertial Measurement Uint-IMU） 工作原理 陀螺仪测量姿态和转动的角速度，保持对加速度对 准的方向进行跟踪；加速度计测量加速度的变化 典型用途 提供运动物体姿态、位置和速度的信息，各种航 空航天平台及飞行器的制导系统 代表产品 美国德雷珀实验室，尺寸2cm×2cm×0.5cm，质 量约5g，陀螺的漂移不稳定性10°/h，加速度计 精度为250μg 作为微执行器的特点 寿命、可靠性高（无转动的部件） 成本低 体积和重量小
激光微型投影仪三星(Sumsung)公司
使用固体激光器和MEMS微镜技术。激光投影仪图像清晰鲜 艳，而其提供自动调焦功能。
爬进静脉的微型机器人
以色列理工大学
该机器人使用MEMS技术制造，由磁场驱动，运动速度 可以达到9mm/s，不需要自身供电。该机器人还可以停 泊在病人体内，其微臂能够吸引到血管壁上，并能经受 血压的冲击。
二、MEMS在汽车上的应用
传感器对汽车的作用： 汽车是传感器第二大市场，每台车40到上百个传感器 汽车发展趋势（智能化）需要更多传感器，特别是安全方面
MEMS传感器在汽车应用中的优势：成本、性能、可靠、轻
应用位置： 安全气囊、ABS制动、测速、防撞、发动机燃烧状态、减振等 主要应用产品：MEMS加速度传感器、 MEMS压力传感器
压力传感器在汽车中的应用
主要用途
•发动机控制和传动系统。例如：流量绝对压力测量，气压 测量，排气回流测量，燃料压力测量。 •悬挂/制动和牵引控制系统。例如：轮胎压力监测，主动 悬挂液压测量。 •驾驶与乘座环境控制系统。例如：座椅腰部支撑压力测量， 空调控制压力传感器
加速度传感器在汽车中的应用

No specific bias on functionality or manufacturing method
Micromachines
������
(Japan)
微机电系统
(China)
Scale sizes for microsystems
一、MEMS在军事上的应用
武器制导和个人导航芯片上的惯性导航组合 超小型、超低功率无线通信（RF MEMS）的机电信号处理 军备跟踪、环境监控、安全勘测的无人值导分布式传感器 系统 小型分析仪器、推进和燃烧控制的集成微流量系统 武器安全、保险和引信 有条件保养的嵌入式传感器和执行器 高密度、低功耗的大规模数据存储器件 敌友识别系统、显示和光纤开关的集成微光学机械器件 飞机分布式空气动力学控制和自适应光学的主动、共形表 面
Si PROPERTIES
Why Use Silicon?
Microfabrication Technology of MEMS
Three kinds of technology


Ultra-precision fabrication based on the traditional technology and special fabrication technology; Micromachine process technology based on the IC fabrication technology; Some micromachine fabrication technology on developing with better future. Such as LIGA, etc..
Ultra-precision fabrication based on the traditional technology and special fabrication technology;
MEMS fabrication technology IC process


The fabrication process of MEMS based on the IC is borrowed from the process of Integrated Circuit. IC process: wafer process: Single silicon produced, Cutting, Grind-polishing, cleaning etc.. IC fabrication process: film deposition, Photolithography, expose, doping, etch, dicing and packing etc..