先进制造技术--第九次教案.docVIP

教　　　　案 授课时间 月 日 至 月 日 课时数 授课方式 理论课□ 讨论课□ 习题课□ 实验课□ 上机课□ 技能课□ 其他□ 授课单元 第三章 先进制造工艺技术（第六节 微细加工技术） 目的 与 要求 1．掌握MEMS的概念 2. 掌握光刻加工、LIGA加工工艺的过程 3.了解微型机械加工技术涉及的关键技术 重点 与 难点 重点：MEMS的概念；掌握光刻加工、LIGA加工工艺的过程 难点：微型机械加工技术涉及的关键技术 主 要 内 容 第六节 微细加工技术 MEMS的概念；微机械的特征；微细加工技术涉及的关键技术；微细加工工艺；微细加工技术的应用领域；微细加工技术的发展与趋势 教学方法手段（教具） 本章部分内容要求学生自学、自讲（查阅资料，写出自学笔记，并上台讲述）；要求写出自学笔记，讲稿。其目的是培养学生自学及口头表达能力，并活跃课堂气氛，调动学习积极性。?教师略讲，主要以讨论、提问的方式进行 参考资料 1.盛晓敏著．先进制造技术．北京：机械工业出版社，2000。 2.孙大涌著．先进制造技术．北京：机械工业出版社，1999。 3.张根保著．先进制造技术．重庆：重庆大学出版社，1996。 4.《中国机械工程》、《机械工程学报》、《制造技术与机床》等科技核心期刊。 思考题、 作业 讲　　　　稿 讲　　　　稿 第六节 微细加工技术 一、概述 1.微型机械加工技术概念、范围及技术地位 微型机械（Micro machine,日本惯用词）或称微型机电系统（Micro Electro-Mechanical Systems,美国惯用词）或微型系统（Micro systems,欧洲惯用词）。 它是指可以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、甚至外围接口、通信电路和电源等一体的微型器件或系统。 其特征尺寸范围为1nm～10mm. 微机械（也称微型机电系统）按外形尺寸特征： 微小机械：1～10mm； 微机械：1μm～1mm； 纳米机械：1nm～lμm。 MEMS系统小型化后的单板系统、传感器芯片与集成电路芯片封装在一起的多模块(MCM) 系统,传感器与集成电路制作在一个芯片上的单芯片系统。 从表面看,这个框图与传统的自动控制系统没有明显区别,但与传统的系统相比,微型传感器的使用将系统的体积明显缩小。　　 在MEMS 中: 微传感器是将外部的力、热、声、光、化学等信息转化为电信号,并传给处理电路; 处理电路对信号进行放大、转换、计算等处理,并对微执行器发出指令; 微执行器根据指令对外部发生动作。 2. 微机械加工技术的特征 与传统的微电子和机械加工技术相比，MEMS技术具有以下几个显著的特点： （1）微型化 　　MEMS技术已经达到微米乃至亚微米量级，利用MEMS技术制作的器件具有体积小、耗能低、惯性小、频率高、响应时间短等特点，可携带性得以提高。 （2）集成化 　　微型化利于集成化，把不同功能、不同敏感方向和制动方向的传感器、执行器集成于一体，形成传感器阵列，甚至可以与IC 一起集成为更复杂的微系统。 （3）以硅为基本材料 主要有晶体硅和氮化硅等。 硅：力学特性良好，具有高灵敏性，强度、硬度和弹性模量与铁相当，密度同铝，仅为钢的三分之一，热传导率接近铜和钨。 （4）生产成本低 　　在一个硅片上可同时制作出成千上万的微型部件或MEMS，制作成本大幅度下降，有利于批量生产。 （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。 3. 微型机械加工技术的发展现状 微型机械在国外已受到政府部门、企业界、高等院校与研究机构的高度重视。 美国是对微型机械最早研究并试制成功的国家。美国工业界主要致力于传感器有关领域的研究。有关微型机械系统的工作几乎全部在大学进行，如康奈尔大学、斯坦福大学、加州大学伯克利分校、密执安大学、威斯康呈大学等。 日本在1989年成立了微型机械研究会，集中了日本学术界和产业界的个导体技术、医疗器械、精密机械和医学方面的研究人员，对微型机械进行开拓性的全面研究和开发。 欧洲工业发达国家也相继对微型系统的研究开发进行了重点投资：德国组织全国的大学、研究所和企业对微型机械进行研制，将其列入大学的必修课程，并把微系统列为2000年科技发展的重点。 瑞士在其传统的钟表制造业和小型精密机械加工业的基础上也投入微型机电系统的开发工作。 英国政府制定了纳米科学计划，在机械、光学、电子学等领域列出了8个项目进行研究和开发。 欧共体组成多功能做系统研究网络，