《微机电系统概论》课程教学大纲

《微机电系统概论》课程教学大纲

课程编码：415313

课程名称：微机电系统概论

英文名称：IntroductiontoMicroelectromechanicalSystems

开课学期：6

学时/学分：16/1

课程类型：专业拓展课

开课专业：机械科学与工程学院各专业

选用教材：《微机电系统》苑伟政、乔大勇编著西北工业大学出版社2011年版。

主要参考书：

1、MOHAMEDGAD-EL-HAK编著:微机电系统设计与加工机械工业出版社2010年1

月。

2、田文超著：微机电系统（MEMS）原理、设计和分析，西安电子科技大学出版社，

2009年。

3、梅涛、伍小平主编：微机电系统，化学工业出版社，2003年。

4、李德胜等主编：MEUS技术及其应用，哈尔滨工业大学出版社，2002年3月。

一、课程性质、目的与任务

微机械电子系统，是20世纪末、21世纪初兴起的工程科学前沿，是当前一个十分活跃

的研究领域。本课程的目的是将微机械电子系统领域的新理论、新方法、新技术等传授给学

生。并使学生理解并掌握微机电系统领域理论体系及相关产品在实际中的应用情况。本课程

着重讲授微机械电子系统基本理论、微机械电子系统主要材料及材料特性、微机械电子系统

的加工制备方法以及微传感器、微执行器等典型微机电系统产品。

在教学过程中要综合运用先修课程中所学到的有关知识与技能，为学生进一步学习有

关专业课程和有目的从事机械设计制造工作开扩思路、打下基础。因此微机电系统概论课程

在机械类专业的教学计划中占有较重要的地位和作用。

通过本课程的学习，使学生掌握微机电系统领域的主要技术、方法和相关理论；了解

微机电系统技术最新发展动态、相关产品及其应用前景。

二、教学基本要求

1、系统掌握本学科的基本概念、基本理论。

2、了解微机电系统技术最新发展动态、相关产品及其应用前景。

3、全面掌握微机械电子系统领域的主要技术、方法和相关理论。

4、注重培养学生的思维能力，采用理论与实践相结合的方法进行教学，引导学生了解

工程科学前沿，培养和提高学生分析解决工程实际问题的能力。

三、各章节内容及学时分配

第一章绪论（2学时）

教学目的与要求

通过本部分的学习，要求学生掌握微机电系统基本概念，了解有关国内外研究发展综

述。

教学内容

一、微机电系统的基木定义

二、微机电系统的尺度范围及相应定义

三、微机电系统的组成

四、微机甩系统的起源与发展

五、MEMS的种类与用途

六、国内外研究机构

考核要求

了解：了解微机电系统产生的历史背景和发展进程；了解具体研究趋势以及主要用途等。

掌握：微机电系统基本概念，微机电系统的特点和微机电系统的驱动方式。

第二章微机电系统结构材料及性能（4学时）

教学目的与要求

通过本部分的学习，要求学生掌握主要的微机电系统材料及其特性，包括硅材料、形

状记忆合金、压电材料、电致伸缩材料/磁致伸缩材料、电流变/磁流变材料、有机聚合物、

膨胀合金、金刚石材料等，

教学内容

第一节用于MEMS金属及金属合金

一、形状记忆合金

二、膨胀合金

第二节硅材料

一、单晶硅

二、多晶硅

三、硅一蓝宝石

四，化合物半导体材料

第三节陶瓷材料和聚合物

一、石英晶体

二、压电陶瓷

三、聚偏二氨乙烯薄膜

四、ZnO压电薄膜

第四节磁致伸缩材料

第五节其它材料

一、金刚石

二、纳米相材料

三、电流变液和磁流变液材料

考核要求

了解：用于MEMS金属及金属合金。

掌握：主要的微机电系统材料及其特性，包括硅材料、形状记忆合金、压电材料、电

致伸缩材料/磁致伸缩材料、电流变/磁流变材料、有机聚合物、膨胀合金、金刚石材料等。

第三章微机械加工制备方法（4学时）

教学目的与要求

通过本部分的学习，要求学生掌握体（去除）加工技术、LIGA技术；了解表面微加工

技术和其它加工工艺。

教学内容

第一节体（去除）加工技术

一、湿法腐蚀

二、干法腐蚀

三、离子腐蚀

四、激光驱动体腐蚀工艺

第二节表面微加工技术

一、薄膜生成技术

二、牺牲层技术

第三节LIGA技术

第四节其它加工工艺

一、键合技术

二、特种精密机械制造技术

第五节微机械装配及测试技术

考核要求

了解：薄膜生成技术，包括物理气相淀积、化学气相淀积；牺牲层技术：键合工艺。

掌握：体加工技术，包括多种腐蚀工艺；LIGA工艺。

笫四章微检测技术和微传感器（4学时）

教学目的与要求

通过本部分的学习，要求学生了解现代微观检测方法和设备；了解微机械结构的几何

尺寸测量；掌握几种典型的微型传感器。

教学内容

第一节现代微观检测方法与设备

一、扫描探针显微彘

二、干涉与测量

第二节微机械结构的几何尺寸测量

一、测量方法的分析与选择

二、基于光切法的微结构尺寸测量

第三节物理量测量

一、弹性模量测量

二、残余应力测量

第四节微传感器

一、电量检测传感器

二、机械量微传感器

三、物理量微传感器

四、化学和电化学微传感器

五、生物微传感器

考核要求

了解：现代微观检测方法与设备；微机械结构的几何尺寸测量。

理解：检测方法的测量原理；

掌握：典型的微传感器（压力传感器、加速度计、陀螺、生物传感器等）的结构、检

测原理和应用情况。

第五章微致动器及其它微器件（2学时）

教学目的与要求

通过本部分的学习，要求学生掌握微马达等微致动器；掌握微泵、微阀等微执行器；

了解典型微型机械电子系统与微机器人。

教学内容

第一节微致动器

一、微马达

二、磁致伸缩致动器

三、流变体致动器

四、其它致动器

笫二节微执行器

一、微泵

二，微阀

第三节微系统

一、微型开关

二、微型飞行器

三、微型机器人

四、其它微系统

考核要求

了解：国内外在微机电系统方面的研究成果和应用情况。

理解：微致动器、微执行错和微系统的设计理论。

掌握：典型的微致动器、微执行器和微系统的结构、工作原理及其应用。

四、实验：无

五、考核方式：

根据平时上课出勤情况，课堂讨论表现情况，作业完成情况及课堂小测验成绩，教师

按优、良、中、及格和不及格五级分制综合评分。

六、备注：

1.本大纲仅列出达到教学基本要求的课程内容，不限制讲述的体系、方式和方法，列出

的内容并非要求都讲，有些内容，可以通过自学达到教学基本要求。

2.课程采用CAI课件上课