张建伟微纳米制造技术

《张建伟微纳米制造技术》由会员分享，可在线阅读，更多相关《张建伟微纳米制造技术（7页珍藏版）》请在装配图网上搜索。

1、北京航空航天大学课程考核记录2012-2013学年第一学期课程名称：微纳米制造技术基础姓名:张建伟学号：39071209班级：390712任课教师：袁松梅目录1. 微机电系统特点及实例2l.l微机电系统的特点212微机电系统实例2222 2 2.2.2微机电陀螺仪22. 微机电系统智能材料42.1微机电系统常用智能材料42.2 钛i己忆合*金食道支架简介43. 变正压力式压电双晶片惯性直线驱动器54. 超声电机在航空航天领域的应用51. 微机电系统特点及实例1.1微机电系统的特点微机电系统（MEMS）是指以微电子、微机械与材料科学为基础，研究、设计、 制造具有特定功能的微型装置，包括微结构器件

2、、为传感器、微执行器和为系统 等。其具有以下的特点1）体积小、质量轻、性能稳定；2）通过IC等工艺可批量生产，成本低、行能一致性好；3）功耗小、谐振频率高，响应时间短；4）综合集成度高、附加值高；5）具有多种能量转化、传输等功能的效应，包括力、热、声、磁、及化学、生物 能等。1.2微机电系统实例1. 2.1 MEMS显示器美国的Texas Instruments公司从20世纪八十年代初就着手研究用于投影 显示装置的数字驱动微镜阵列芯片（DMD）,已经成功的演示了利用768X576像 素的DMD芯片的彩色电视投影仪，并研制出2048X1152像素的DMD芯片样机。 其所研制的DMD芯片利用硅表面

3、未加工工艺制作，一个微镜的尺寸仅为16|J mX 16p m。微镜通过支撑柱和扭曲梁悬于基片上，每个微镜下面都有驱动电极，在 下电极与微镜之间加一定的电压，静电引力使微镜倾斜，入射光被发射到镜头上, 并投影到屏幕上，未加电压的微镜处的光线发射到镜头外，高速驱动微镜使每点 产生敏感，投影出图像1.2. 2微机电陀螺仪MEMS陀螺仪利用科里奥效应测量运动物体的角速率，如图2所示。根据科 里奥效应，当一个物体（m）沿V方向运动且施加角旋转速率3时，该物体将受到一 个粗箭头方向的力。然后，从一个电容感应结构可以测到科里奥效应最终产生 的物理位移。目前市面上的MEMS陀螺仪多数采用一种调音义结构。这种结

4、构由两个振动 并不断地做反向运动的物体组成，如图3所示。当施加角速率时，每个物体上的 科里奥效应产生相反方向的力，从而引起电容变化。电容差值与角速率3成正比, 如果是模拟陀螺仪，电容差值转换成电压输出信号；如果是数字陀螺仪，则转换 成最低有效位。如果在两个物体上施加线性加速度，这两个物体则向同一方向 运动。因此，不会检测到电容变化。陀螺仪将输出零速率输出值或最低有效位,下面是MEMS陀螺仪的目标应用: MEMS陀螺仪能够测量角速率。数码相机使用陀螺仪检人手的旋转运动, 能够对图像起到稳定的作用。在汽车上，偏航陀螺仪可以开启电子稳定 控制(ESC)制动系统，防止汽车急转弯时发生意外事故。当汽车出

5、现 翻滚状况时，滚转陀螺仪可以引爆安全气囊。当汽车导航系统无法接收GPS卫星信号时，偏航陀螺仪能够测量汽车的 方位，使汽车始终沿电子地图的规划路线行驶，这个功能被称之为航位 推测系统。偏航陀螺仪还能用于室内机器人控制。安装在机器人四肢上的多路惯性测量单元仃MU)能够跟踪和监测身体运 动。 IMU可用于空中鼠标。 IMU还能用于运动控制式游戏平台。 IMU配合磁力计和GPS接收器，可以在手持设备上执行个人导航功能2. 微机电系统智能材料2.1微机电系统常用智能材料微机电系统常用的智能材料有：（1）半导体材料：硅及其化合物等。（2）电致伸缩材料：压电陶瓷、氧化锌、石英等。（3）磁致伸缩材料：線铁合

6、金等。（4）形状记忆材料：線钛合金等。2.2鎳钛记忆合金食道支架简介形状记忆合金最初与1932年由瑞典人奥兰徳在金镉合金中观察到“记忆效 应”玮就是合金形状被改变后，一旦加热到一定跃变温度，可以变回原來的形状。 人们把它叫做记忆金属。礫钛记忆合金食道支架以線钛合金丝编织而成，管状，无覆膜，在4度以下呈 塑性状态，在25度以上恢复其原形且呈弹性状。線钛记忆合金与人体有较好的 相容性，不易与人体发生排斥反应。该支架主要用于食道的良、恶性狭窄，吻合 口狭窄，放疗后的狭窄，当食道变形时，釆用记忆合金做成的食道支架可以在人 体体腔内温度的前提之下保持所需要的形状以保证食道的正常形状和功能。3. 变正压力

7、式压电双晶片惯性直线驱动器该驱动器是以压电双晶片作为动力元件、通过控制移动机构和支撑面之间的 正压力、利用摩擦力变化实现定向运动的新型惯性直线驱动器。分析了驱动器的 工作原理,利用有限元分析软件对压电双晶片振子进行了模态分析，得到其动态 特性。研制了惯性直线驱动器的样机并进行了性能测试，试验结果表明：该机构能 够实现直线往复运动，频率为10Hz时,最小稳定运动步长为0. 7NLm,最大移动速 度为1. 2mn/s,最大承载能力为150“其应用场合应较为广泛，预计可运用与仿 生机械、航空、航海等方面。4. 超声电机在航空航天领域的应用超声电机 (Ultrasonic Motor 或简写为USM)

8、技术是振动学、波动学、 摩擦学、动态设计、电力电子、自动控制、新材料和新工艺等学科结合的 新技术。超声电机不像传统的电机那样，利用电磁的交义力來获得其运动 和力矩。超声电机则是利用压电陶瓷的逆压电效应和超声振动來获得其运 动和力矩的，将材料的微观变形通过机械共振放大和摩擦耦合转换成转子 的宏观运动。在这种新型电机中，压电陶瓷材料盘代替了许许多多的铜线 圈。超声波电机具有的结构简单、重量轻、不受磁场干扰、真空下无需润滑油的 优点，是电磁电机在航空航天领域所不具有的。1995年末，美国航空航天局喷 气推进实验室首次将直线超声波电机用于多功能爬行系统，该系统用于航天飞船 外舱壁的检查，其承载重量与自

9、重比达10： lo利用其低速大力矩和高精度等特 点，NASA将其用于火星探测器的轻量机械臂上，采用超声波电机取代有刷直流 电机后，Mars Arm结构虽与Mars Arm 1相似，但重量减轻了 40%,其主要原因 是用超声波电机能直接驱动，另外还可大大缩小工作空间，如NASA的Calileo 航天器上的滤波齿轮(Filter wheel)在使用超声波电机前后的尺寸缩小了 4倍。 利用其驱动方式灵活的特点，日本宇宙研究所研制了两种直线超声波电机用于空 间伸展结构的伸展和收缩。实时转叶拎制火星犠型看陆器Mews超声波电机分為的駆动藩活性纤维组织外部声音控制Iar材料轩性及愈非域性有限元模型貳材料混合物利用超声波电机的响应快等特点，美国和法国用于导弹的测控系统；利用结 构简单可微型化的特点，日本研制微型超声波电机用于微卫星等领域。此外，日 本和美国等国家正在进行超声波电机的各种研究，用于航天等军事领域。由此可 见，超声波电机以其高转矩重量比、快速响应、高精度和断电自锁等特点、将在 航天航空等军工领域中受到愈來愈大的重视。