MEMS产业发展现状及应用前景ppt演示课件

MEMS发展现状 及其应用前景 1. 一、MEMS定义概述 MEMS 是英文Micro Electro-Mechanical Systems的缩 写，即微电子机械系统，指以集成电路等工艺批量制造 的，具有毫米级尺寸和微米级分辨力的微细集成设备或 系统。 从微小化和集成化的角度，MEMS指可批量制作的、 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，直至接口、通讯和电源等集于一体的微型器 件或系统。 2. 与传统机械系统相比，MEMS系统具备以下优势： 微型化和集成化：几何尺寸小，易于集成。采用微加工技术可 制造出微米尺寸的传感和敏感元件，并形成二维或三维的传感器阵列 ，再加上一体化集成的大规模集成电路，最终器件尺寸一般为毫米 级。 MEMS镜头内嵌隐形眼镜的MEMS传感器 3. 低能耗和低成本：采用一体化技术，能耗大大降低；并由于采用硅微加工技术和半导体集 成电路工艺，易于实现规模化生产，成本低。 高精度和长寿命：由于采用集成化形式，传感器性能均匀，各元件间配置协调，匹配良好 ，不需校正调整，提高了可靠性。 动态性好：微型化、质量小、响应速度快、固有频率高，具有优异动态特性。 MEMS加速度计、陀螺仪和地磁感应计 4. 二、MEMS的历史和发展现状 2.1 MEMS的发展历史 MEMS 1947 1954 1958 1962 1988 1993 发明半导体晶体管 发现压阻效应 生产出半导体应变片 硅压力传感器问世 美国研制出静电马达 德国研究出LIGA技术 5. 时间时间国家国家发展状况发展状况 19591959年年美国美国 R.FeynmanR.Feynman首先提出微型机械设想，认为纳米技术能发明出性能优良的微小机械首先提出微型机械设想，认为纳米技术能发明出性能优良的微小机械 19621962年年美国美国 HoneywellHoneywellMEMSMEMS先驱先驱硅微压力传感器问世，主要技术包括硅膜、压敏电阻和体硅腐蚀硅微压力传感器问世，主要技术包括硅膜、压敏电阻和体硅腐蚀 工艺工艺 19671967年年美国美国用硅加工方法开发出尺寸为用硅加工方法开发出尺寸为50um500um50um500um的齿轮、齿轮泵、气动轮及连接件等机的齿轮、齿轮泵、气动轮及连接件等机 构构 7070年代年代美国斯坦福大学美国斯坦福大学受美国国家宇航局委托，研制出在晶圆上制作气相色谱仪，设计可用于航天飞受美国国家宇航局委托，研制出在晶圆上制作气相色谱仪，设计可用于航天飞 行的微电机行的微电机 19871987年年美国美国NSFNSF启动了第一个启动了第一个MEMSMEMS计划计划 19881988年年美国加州伯克利分校美国加州伯克利分校研制出转子直径为研制出转子直径为60120um60120um的硅微静电电机的硅微静电电机 日本日本建立精密机械加工方面的 建立精密机械加工方面的MEMSMEMS研究组织研究组织 19911991年年日本通产省日本通产省开始实施为期开始实施为期1010年，总投资年，总投资250250亿日元的亿日元的“ “微型机械技术微型机械技术” ”大型研究计划大型研究计划 19921992年年美国政府美国政府把微米级和纳米级把微米级和纳米级MEMSMEMS制造技术列为对经济和国防的重要技术制造技术列为对经济和国防的重要技术 19931993年年美国美国ADIADI公司公司采用采用MEMSMEMS技术成功将微加速度计商品化，并大批量用于汽车防撞气囊，标志技术成功将微加速度计商品化，并大批量用于汽车防撞气囊，标志 MEMSMEMS技术商品化的开端技术商品化的开端 20012001年年德国政府德国政府计划每年投资计划每年投资70007000万美元用于万美元用于MEMSMEMS技术的研发技术的研发 20022002年年美国美国在在San JoseSan Jose召开的召开的MEMSMEMS传感器世纪博览及研讨会提出了传感器世纪博览及研讨会提出了BioMEMA/BioSensorBioMEMA/BioSensor的的 新观念新观念 20062006年年日本日本启动为启动为MEMSMEMS制造确立基础技术的国家级项目制造确立基础技术的国家级项目 表2-1 MEMS发展历史表 6. 2.2 MEMS的发展现状 MEMS技术自20世纪80年代末开始受到世界各国的广泛重视，其主要技术途径 有3种：(1)以美国为代表的、以集成电路加工技术为基础的硅基微加工技术；(2) 以德国为代表发展起来的LIGA技术；(3)以日本为代表发展的精密加工技术。 由于MEMS前端研发需要大量的资金与时间，风险非常高，私有企业往往不愿 意独自承担。国外MEMS研究主要依靠政府资助进行：美国以大学为中心承担 MEMS研发风险；德国和瑞士以自治团体为主导的半官半民机构进行MEMS研究 ；法国以国家机构为主导承担MEMS研究风险，每年投入约12 亿美元的研发费 用。日本以大型财团与科研机构为主研究MEMS，每年投入总费用超过2.5亿美 元。 一）美国： 确定军事应用为其主要方向，侧重以惯性器件为代表的MEMS传感器的研 究。硅微加工工艺、体硅工艺、表面牺牲层工艺为代表。 在MEMS发展初期，美国就重视牵引研究主体大学与企业的结合。美国 朗讯公司开发的基于MEMS光开关的路由器已经试用，预示着MEMS发展又一高 潮的来临。目前部分器件已经实现了产业化，如微型加速度计、微型压力传感 器、数字微镜器件（DMD）、喷墨打印机的微喷嘴、生物芯片等，并且应用领域 十分广泛。90年代初 ADI公司研制出低成本集成硅微加速度传感器，用于汽车气 囊。 2.2.1 国外发展现状 7. 二）法国： 在市场运作方面，法国与美国市场保持紧密协作，瞄准美国航天与军用市场，并以此为立足点向民 用产品、汽车和新领域拓展。 2013年技联国际会议上，法国国家计量与测试实验室推出首项MEMS输出精确测量技术，它将有 助于全球MEMS制造商提高产品性能开发、开发新功能、降低大规模生产的能源消耗，影响市场对小 型化的需求和提高可靠性。 三）德国： MEMS在德国国内重点领域是汽车，其次是化学设备、半导体。 德国的卡尔斯鲁研究中心在1987年提出了LIGA工艺而闻名于世，该技术采用X射线光刻技术，通 过电铸成型和注塑工艺，形成深层微结构的方法。 8. 军用MEMS 汽车行业应用MEMS形势看涨 四）瑞士： 主要进行高性能MEMS产品的研发，制造与材料表面评价设备的制造销售。 瑞士在联邦政府的扶持下已形成以CESM（Centre Suisse d Electronique et de Microtechnique）为主 导、以MEMS等技术为基础的“瑞士版硅谷”。CESM已经和Universit de Neuchtel，洛桑联邦理工大 学、苏黎世联邦理工大学，及法国LETI建立了协作体制。1986年，瑞士CSEM研制出硅反馈式加速度 计 五）日本： 日本重点发展进入工业狭窄空间的微机器人、进入人体狭窄空间的医疗微系统和微型工厂。 日本方面对MEMS技术最为关注。日本政府已将微机电系统定位于强化日本产业竞争力的重要技 术。2007年夏季，日本文部省推出了“尖端融合领域革新创造基地的形成计划”；08年度日本经济产 9. 业省推动 “BEANS项目”和“梦幻芯片开发项目”。BEANS计划在20082012的5年内以约100亿日元的 预算，将生物科技和纳米功能融入MEMS技术。目前，日本各地已有MEMS厂商100多家，以Olympus 、Canon 、Fujikura 和器件制造如MEW、Oki等为代表。日本也拥有不少设计公司，主要来源于R无阀型微泵则常常利用流体在微尺度下 的新特性,原理比较新颖,更适于微型化,具有更大的发展前景。 主要应用： 1.药物供给； 2.芯片上化学反应物供给； 3.生化传感器。 24. 微电子超纯净泵 采用MEMS技术加工微米级喷嘴，95%以上的颗粒在1-5微米之间，喷雾量可控制在微升级以 内。 25. （三）微继电器 继电器是广泛应用于信息处理、通信、控制、机电一体化等领域的重要元器件之一。随着航天和微小卫星技 术的大力发展，对于继电器的小体积、低功耗的要求越来越迫切，传统的继电器已无法满足这些要求。近年来， MEMS技术的大力发展与应用为新型继电器提供了一种新思路。 基于MEMS技术的继电器与传统继电器相比较具有体积小、功耗低、接触阻抗低、开关速度快、易于电路集 成等优点，受到越来越多关注。 MEMS常用微型继电器从驱动原理上可分为静电型、电磁型、电热型、电液型。 典型应用： 射频仪器 军用通讯 自动测试设备 超小型MEMS高频继电器 26. 当前，MEMS技术正处于高速发展前夕 , 21世纪会展现一个大发展的局面 ,它的广 泛应用和效益将强有力地显示出来 ,它对信息、航空、航天、自动控制、医学、生物 学、力学、热学、光学、近代物理和工程学等诸领域发展的影响将是深远的 ,人类的生 产和生活方式也会因此而发生重大改变。 近来上市的高能效低价微型MEMS传感器彻底改变了人们与移动终端设备的互动 方式。在各类移动终端、游戏机、遥控器等设备上，MEMS运动传感器可以实现先进 的功能，令人心动的用户界面，用户的手势、碰摸就能够激活相应的功能。 国高（淄博）微系统科技有限公司应势而上，应运而生。借助清华大学机械工程 学院在MEMS领域的科研和人才优势，依托淄博集成电路产业基础和政策优势，共同 搭建国家级MEMS中试代工平台、打造国家级微系统产业化基地、引领国内MEMS器件 产业化进程，实现电子信息产业的跨越式发展。 27. 国高（淄博）微系统科技有限公司是专门从事微型传感器的研发 和生产的国有控股公司。拥有国际先进水平的MEMS设备生产，生产 能力达到月产传感器十万只以上；产品的测试环境也居国内先进水 平。 28. 国高（淄博）微系统科技有限公司拥有国内一流的超净环境及 国际先进的MEMS工艺加工和检测设备，将通过产学研的协同创新,推 动原始创新；建成具有国际先进水平微纳器件代工平台；高水平器 件的研制、生产和应用示范基地。 投资5400万元，建设净化厂房5000m2，其中净化面积1540m2,含 百级340m2、千级400m2、万级及十万级800m2。 29. 首期投资9000万元，采购德国SUSS公司MA150e光刻机、奥地利EVG公 司510键合机、英国SPTS公司Rapier刻蚀机、SPTS双频PECVD、KDF904i四 靶磁控溅射台、扫描电镜、真空半自动探针台等国际先进的工艺与检测设 备，可完成体硅工艺和表面牺牲层工艺，实现MEMS惯性陀螺、微加速度 计、继电器/开关等惯性器件的中试生产。 30. 国际先进的微槽加工设备 SUSS光刻机、EVG键合预对准机及键合机 全自动光刻机 SUSS MA150e 关键技术指标 -晶圆尺寸： 4及6英寸 -曝光方式：软接近、硬接近、真空接近 -分辨率： 1.5m/min ( Si