微电子机械系统(MEMS)技术在军用设备中的应用现状

　　0　引　言

　　微系统或微电子机械系统(Micro-Electro-Mechani- calSystems,简称MEMS),是20世纪80年代末在成熟的微电子设计和加工技术的基础上发展起来的一种新兴技术。它结合了机械可动结构和大规模、低成本微电子加工的优点,在微小尺度上实现了与外界电、热、光、声、磁、流信号的相互作用。

　　其显著特点如下: (1)微型化:MEMS器件体积小、重量轻、耗能低、惯性小、谐振频率高、响应时间短; (2)以硅为主要材料,机械电器性能优良:硅的强度、硬度和杨氏模量与铁相当,密度类似铝,热传导率接近钼和钨; (3)批量生产:用硅微加工工艺在一片硅片上可同时制造成百上千个微型机电装置或完整的MEMS, 批量生产可大大降低生产成本; (4)集成化:可以把不同功能、不同敏感方向或致动方向的多个传感器或执行器集成于一体,或形成微传感器阵列、微执行器阵列,甚至把多种功能的器件集成在一起,形成复杂的微系统。微传感器、微执行器和微电子器件的集成可制造出可靠性、稳定性很高的 MEMS; (5)多学科交叉:MEMS涉及电子、机械、材料、制造、信息与自动控制、物理、化学和生物等多种学科,并集约了当今科学技术发展的许多尖端成果。 MEMS技术的发展开辟了一个全新的技术领域和产业,采用MEMS技术制作的微传感器、微执行器、微型构件、微机械光学器件、真空微电子器件、电力电子器件等在航空、航天、军事、汽车、生物医学、环境监控等人们所接触到的几乎所有领域中都有着十分广阔的应用前景,文中主要介绍了MEMS技术在军用设备方面的应用现状。

　　1　MEMS技术在军用设备中的应用状况

　　军事领域是MEMS技术最早的应用领域之一,对推动MEMS技术的进步和发展起到了重大作用。当前,世界各国都非常重视MEMS技术在军用设备中应用的研究。美国国防部高级研究计划局(DARPA)把 MEMS技术确认为美国急需发展的新兴技术,并资助了大量MEMS项目,大力发展小型惯性测量装置、微全分析系统、RF传感器、网络传感器、无人值守传感器等项目,应用于单兵携带、战场实时监测、毒气以及细菌检测、武器安全、保险和引信、弹道修正、子母弹开仓控制、超低功率无线通讯信号处理、高密度低功耗的数据存储器件、敌我识别系统等方面。MEMS在军用设备中的应用日渐广泛和深入。

　　1.1　MEMS技术对武器平台的优化

　　在海上武器应用方面,MEMS引信/保险和引爆装置已成功地用于潜艇鱼雷对抗武器上。引信/保险和引爆装置的工作包括三个独立步骤:发射鱼雷后解除炸药保险、引爆(引信)和防止在不正确时间爆炸(保险)。使用镀有金属层的硅结合巧妙的封装技术, MEMS引爆装置要比传统装置小一个数量级,可安装在6. 25英寸的鱼雷上,这是其他技术无法实现的。在陆地应用方面,包括灵活且坚固的爆破装置、发射装置和其他使用MEMS惯性制导系统的武器平台。 MEMS加速度计能承受火炮发射时产生的近10. 5 g 的冲击力,可以为制导导弹提供一种经济的制导系统, 同时使导弹的可靠性、性能及服务时间提高5倍~10 倍,哑弹的数量减少一个数量级。