微型机械技术及应用展望

    1　微机械技术与先进制造技术

     从20世纪后期开始,人类社会由工业经济时代逐渐步入知识经济时代,在以高新技术为主要产业支柱,以智力资源为主要依托的知识经济条件下,制造业发生了根本性的变化。传统的制造技术已变得越来越不适应当今社会快速变化的需要。正是在这种情况下,提出先进制造技术的概念:先进制造技术是制造业不断吸收机械、电子、信息(计算机与通信、控制理论、人工智能等)、能源及现代系统管理等方面的成果,并将其综合应用于产品设计、制造、检测、管理、销售、使用、服务以及回收的制造全过程,以实现优质、高效、低耗、清洁、灵活生产,提高对动态多变的产品市场的适应能力和竞争能力的制造技术的总称。

    微机械技术从技术角度来看,它是机、电、磁、光、化学、计算机、自动控制、传感技术与信息处理等多种技术的融合,从产品角度来看,它是利用集成电路微细加工技术或某些特殊功能材料,将机构及其驱动器、控制器、计算机、传感器、电源等集成在一个微小体积范围内发挥机械功能的机电一体化产品,是一个微电子机械系统(MEMS)。可见,微机械技术已经成为机械制造技术的主要前沿技术之一,是先进制造技术的综合体现。实际上,微机械并不是传统机械直接微型化,也远远超出了传统机械的概念和范畴。在尺度效应、结构、材料、制作方法和工作原理等方面,都与传统机械截然不同,其应用领域相当广泛。

    专家们预测:微机械技术,将在本纪初相继有一大批产品问世,并投入使用,必将影响和主宰本世纪最初10年全球经济大发展,并将形成难以估量的庞大高新技术市场,它的规模之大,将远远超过微电子芯片产业,使传统的电子机械工业发生革命性的变化,将出现一个新的高技术浪潮。

    2　微机械技术的特点和基本特征

    微机械是一个独立的智能系统,主要由微驱动器、微传感器、微执行器、微处理器和微能源等基础要素组成。一个微机械模型可分成几个独立的功能单元:输入物理信号,通过传感器转换为电信号,经过信号处理(模拟的或数字的),通过执行器与外界作用,每一个微系统就可采用数字或模拟信号(电、光、磁等物理量)与其他微系统进行通信。微机械的目的是通过微型化、集成化来探索新原理、新功能的元件和系统,开辟一个新的技术领域和产业。因此,微机械具有微型化、多样化和微电子化的特点。采用微机械技术的微电子机械系统的器件主要以硅作为加工材料,硅与硅化物具有难得的机械性能:它的强度可以与钢相比,并具有良好的加工性能。硅又具有优良的电特性:它的提纯、掺杂、结晶化技术是最成熟的,使用硅材料容易将微机械加工与IC兼容,而硅又具有压电、霍尔、磁电、热敏等多种效应,利于制造各种传感器。而这种材料非常丰富,这就使制作器件的成本大幅度下降,使得MEMS器件可以大批量,低成本。