機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)第十章Copyppt課件

1、哈爾濱工業(yè)大學(xué)機(jī)械電子工程教研室哈爾濱工業(yè)大學(xué)機(jī)械電子工程教研室第10章微系統(tǒng)基本概念第第1010章章 微系統(tǒng)簡(jiǎn)介微系統(tǒng)簡(jiǎn)介主要介紹有關(guān)微系統(tǒng)的基本概念主要介紹有關(guān)微系統(tǒng)的基本概念微機(jī)械與傳統(tǒng)機(jī)械系統(tǒng)的不同點(diǎn)微機(jī)械與傳統(tǒng)機(jī)械系統(tǒng)的不同點(diǎn)微器件機(jī)械的加工方法微器件機(jī)械的加工方法 隨著微納米科學(xué)與技術(shù)隨著微納米科學(xué)與技術(shù)(MicroNano Science and Technology)的發(fā)展，以形狀尺寸微小或操作尺度的發(fā)展，以形狀尺寸微小或操作尺度極小為特征的微機(jī)械已成為人們?cè)谖⒂^領(lǐng)域認(rèn)識(shí)和改造極小為特征的微機(jī)械已成為人們?cè)谖⒂^領(lǐng)域認(rèn)識(shí)和改造客觀世界的一種高新技術(shù)。微機(jī)械由于具有能

2、夠在狹小客觀世界的一種高新技術(shù)。微機(jī)械由于具有能夠在狹小空間內(nèi)進(jìn)行作業(yè)而又不擾亂工作環(huán)境和對(duì)象的特點(diǎn)，在空間內(nèi)進(jìn)行作業(yè)而又不擾亂工作環(huán)境和對(duì)象的特點(diǎn)，在航空航天、精密儀器、生物醫(yī)療等領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用航空航天、精密儀器、生物醫(yī)療等領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用潛力，并成為納米技術(shù)研究的重要手段，因而受到各國(guó)潛力，并成為納米技術(shù)研究的重要手段，因而受到各國(guó)的高度重視，被列為的高度重視，被列為21世紀(jì)關(guān)鍵技術(shù)之首。世紀(jì)關(guān)鍵技術(shù)之首。 微機(jī)械微機(jī)械美國(guó)國(guó)會(huì)已把微機(jī)械的研究作為美國(guó)國(guó)會(huì)已把微機(jī)械的研究作為21世紀(jì)重點(diǎn)發(fā)展世紀(jì)重點(diǎn)發(fā)展的學(xué)科之一，美國(guó)國(guó)家基金會(huì)也撥巨資開(kāi)始了微機(jī)的學(xué)科之一，美國(guó)國(guó)家基金會(huì)也撥巨資開(kāi)始

3、了微機(jī)械的研究；械的研究；日本通產(chǎn)省日本通產(chǎn)省1991年開(kāi)始啟動(dòng)一項(xiàng)為期年開(kāi)始啟動(dòng)一項(xiàng)為期10年耗資年耗資250億日元的微機(jī)械研究計(jì)劃；億日元的微機(jī)械研究計(jì)劃；歐共體國(guó)家在尤里卡計(jì)劃中將微機(jī)械作為一個(gè)重歐共體國(guó)家在尤里卡計(jì)劃中將微機(jī)械作為一個(gè)重要的研究?jī)?nèi)容，并在法、德兩國(guó)組織實(shí)施。要的研究?jī)?nèi)容，并在法、德兩國(guó)組織實(shí)施。在我國(guó)，微機(jī)械的研究也逐漸得到重視，國(guó)家科在我國(guó)，微機(jī)械的研究也逐漸得到重視，國(guó)家科委、國(guó)防科工委、國(guó)家自然科學(xué)基金委等部門(mén)將其委、國(guó)防科工委、國(guó)家自然科學(xué)基金委等部門(mén)將其列為重點(diǎn)發(fā)展項(xiàng)目。列為重點(diǎn)發(fā)展項(xiàng)目。 微機(jī)械國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀微機(jī)械國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀美國(guó)：美國(guó)：MEMSMEMS (Mic

4、ro ElectroMechanical System) (Micro ElectroMechanical System)微機(jī)電微機(jī)電系統(tǒng)系統(tǒng)日本：日本：Micro-MachineMicro-Machine，微機(jī)械，微機(jī)械歐洲：歐洲：MicroSystemsMicroSystems，微系統(tǒng)，微系統(tǒng)第十章第十章 微系統(tǒng)簡(jiǎn)介微系統(tǒng)簡(jiǎn)介微系統(tǒng)的習(xí)慣用語(yǔ)微系統(tǒng)的習(xí)慣用語(yǔ)第十章第十章 微系統(tǒng)簡(jiǎn)介微系統(tǒng)簡(jiǎn)介 微機(jī)電系統(tǒng)微機(jī)電系統(tǒng)MicroelectroMechanicalSystems, MEMS是在微電子技術(shù)基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的是在微電子技術(shù)基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的多學(xué)科交叉的前沿研究領(lǐng)域。經(jīng)過(guò)幾十年的發(fā)展，已成多

5、學(xué)科交叉的前沿研究領(lǐng)域。經(jīng)過(guò)幾十年的發(fā)展，已成為世界矚目的重大科技領(lǐng)域之一。它涉及電子、機(jī)械、為世界矚目的重大科技領(lǐng)域之一。它涉及電子、機(jī)械、資料、物理學(xué)、化學(xué)、生物學(xué)、醫(yī)學(xué)等多種學(xué)科與技術(shù)，資料、物理學(xué)、化學(xué)、生物學(xué)、醫(yī)學(xué)等多種學(xué)科與技術(shù)，具有廣闊的應(yīng)用前景。目前，全世界有大約具有廣闊的應(yīng)用前景。目前，全世界有大約600余家單余家單位從事位從事MEMS的研制和生產(chǎn)工作，已研制出包括微型壓的研制和生產(chǎn)工作，已研制出包括微型壓力傳感器、加速度傳感器、微噴墨打印頭、數(shù)字微鏡顯力傳感器、加速度傳感器、微噴墨打印頭、數(shù)字微鏡顯示器在內(nèi)的幾百種產(chǎn)品，其中微傳感器占相當(dāng)大的比例。示器在內(nèi)的幾百種產(chǎn)品，其中

6、微傳感器占相當(dāng)大的比例。微機(jī)電系統(tǒng)微機(jī)電系統(tǒng)1 1 什么是微系統(tǒng)什么是微系統(tǒng)2 2 微系統(tǒng)涉及的學(xué)科微系統(tǒng)涉及的學(xué)科3 3 微系統(tǒng)的特點(diǎn)微系統(tǒng)的特點(diǎn)4 4 微系統(tǒng)的基本特征微系統(tǒng)的基本特征5 5 微系統(tǒng)的實(shí)例微系統(tǒng)的實(shí)例一、微系統(tǒng)的有關(guān)概念一、微系統(tǒng)的有關(guān)概念第十章第十章 微系統(tǒng)簡(jiǎn)介微系統(tǒng)簡(jiǎn)介 微機(jī)電系統(tǒng)是一種集成了微電子電路和微機(jī)械執(zhí)微機(jī)電系統(tǒng)是一種集成了微電子電路和微機(jī)械執(zhí)行器行器(和微機(jī)械傳感器和微機(jī)械傳感器)的微小器件的微小器件(或系統(tǒng)或系統(tǒng))。它既可根。它既可根據(jù)電路信息的指令，控制執(zhí)行器實(shí)現(xiàn)機(jī)械操作；也可據(jù)電路信息的指令，控制執(zhí)行器實(shí)現(xiàn)機(jī)械操作；也可以利用傳感器探測(cè)或接受外部信息，

7、傳感器轉(zhuǎn)換出來(lái)以利用傳感器探測(cè)或接受外部信息，傳感器轉(zhuǎn)換出來(lái)的信號(hào)經(jīng)電路處理后，再由執(zhí)行器變?yōu)闄C(jī)械操作，去的信號(hào)經(jīng)電路處理后，再由執(zhí)行器變?yōu)闄C(jī)械操作，去執(zhí)行信息命令?？梢哉f(shuō)，微機(jī)電系統(tǒng)是一種獲取、處執(zhí)行信息命令?？梢哉f(shuō)，微機(jī)電系統(tǒng)是一種獲取、處理信息和執(zhí)行機(jī)械操作的集成器件。與微機(jī)電系統(tǒng)研理信息和執(zhí)行機(jī)械操作的集成器件。與微機(jī)電系統(tǒng)研究相關(guān)的基礎(chǔ)理論、設(shè)計(jì)、資料、加工、檢測(cè)和應(yīng)用究相關(guān)的基礎(chǔ)理論、設(shè)計(jì)、資料、加工、檢測(cè)和應(yīng)用技術(shù)稱(chēng)為微機(jī)電系統(tǒng)技術(shù)。技術(shù)稱(chēng)為微機(jī)電系統(tǒng)技術(shù)。微機(jī)電系統(tǒng)微機(jī)電系統(tǒng)-MEMS1. 1. 什么是微機(jī)電系統(tǒng)什么是微機(jī)電系統(tǒng) 微機(jī)電系統(tǒng)一般包括微傳感器、微致動(dòng)器亦稱(chēng)微微機(jī)電

8、系統(tǒng)一般包括微傳感器、微致動(dòng)器亦稱(chēng)微執(zhí)行器）、微能源等微機(jī)械基本部分以及高性能的電子執(zhí)行器）、微能源等微機(jī)械基本部分以及高性能的電子集成線(xiàn)路組成的微機(jī)電器件與裝置。集成線(xiàn)路組成的微機(jī)電器件與裝置。 微型機(jī)械在微機(jī)電系統(tǒng)中依據(jù)特征尺寸，微機(jī)械可微型機(jī)械在微機(jī)電系統(tǒng)中依據(jù)特征尺寸，微機(jī)械可分成分成 1mm-10mm 微小型機(jī)械微小型機(jī)械 1um-1mm 微機(jī)械微機(jī)械 1nm-1um 納米機(jī)械。納米機(jī)械。 第十章第十章 微系統(tǒng)簡(jiǎn)介微系統(tǒng)簡(jiǎn)介 以微機(jī)械為研究對(duì)象的微機(jī)電系統(tǒng)技術(shù)涉及多以微機(jī)械為研究對(duì)象的微機(jī)電系統(tǒng)技術(shù)涉及多種學(xué)科種學(xué)科, ,主要包括微機(jī)械學(xué)、微電子學(xué)、自動(dòng)控制、主要包括微機(jī)械學(xué)、微電子

9、學(xué)、自動(dòng)控制、物理、化學(xué)、生物、以及材料科學(xué)等基本內(nèi)容物理、化學(xué)、生物、以及材料科學(xué)等基本內(nèi)容, ,是一是一個(gè)多學(xué)科、高技術(shù)的邊緣學(xué)科。個(gè)多學(xué)科、高技術(shù)的邊緣學(xué)科。 2. 2. 微機(jī)電系統(tǒng)涉及的學(xué)科微機(jī)電系統(tǒng)涉及的學(xué)科第十章第十章 微系統(tǒng)簡(jiǎn)介微系統(tǒng)簡(jiǎn)介 微機(jī)械的一個(gè)重要特點(diǎn)是微機(jī)械的一個(gè)重要特點(diǎn)是“微微”，而隨之帶來(lái)的是，而隨之帶來(lái)的是微機(jī)械的尺寸縮小所產(chǎn)生的尺寸效應(yīng)現(xiàn)象，即隨著尺寸微機(jī)械的尺寸縮小所產(chǎn)生的尺寸效應(yīng)現(xiàn)象，即隨著尺寸縮小，物理量并非等比例縮小，當(dāng)尺寸縮小到一定程度縮小，物理量并非等比例縮小，當(dāng)尺寸縮小到一定程度時(shí)，宏觀機(jī)械的模擬原理和相似理論不再適用。所以微時(shí)，宏觀機(jī)械的模擬原理

10、和相似理論不再適用。所以微機(jī)械的特征和傳統(tǒng)機(jī)械有很多不同之處。機(jī)械的特征和傳統(tǒng)機(jī)械有很多不同之處。 尺度效應(yīng)對(duì)材料性能、機(jī)械特性、摩擦和粘附都有尺度效應(yīng)對(duì)材料性能、機(jī)械特性、摩擦和粘附都有影響。影響。3. 微機(jī)電系統(tǒng)的特點(diǎn)微機(jī)電系統(tǒng)的特點(diǎn)第十章第十章 微系統(tǒng)簡(jiǎn)介微系統(tǒng)簡(jiǎn)介 (1) (1)微機(jī)械中起主導(dǎo)作用的力是表面力。微型微機(jī)械中起主導(dǎo)作用的力是表面力。微型機(jī)械體積小、重量輕機(jī)械體積小、重量輕, ,因此表面力與體積力相比成因此表面力與體積力相比成為主導(dǎo)作用的力。故隨著尺寸的縮小為主導(dǎo)作用的力。故隨著尺寸的縮小, ,靜電力與重靜電力與重力相比成為主導(dǎo)作用力力相比成為主導(dǎo)作用力, ,所以微機(jī)械常用

11、靜電力驅(qū)所以微機(jī)械常用靜電力驅(qū)動(dòng)。與普通機(jī)械相比動(dòng)。與普通機(jī)械相比, ,摩擦力對(duì)微機(jī)械影響比重力摩擦力對(duì)微機(jī)械影響比重力更大一些。更大一些。 (2) (2)微機(jī)械并不是傳統(tǒng)機(jī)械的模擬縮小。設(shè)計(jì)微機(jī)械并不是傳統(tǒng)機(jī)械的模擬縮小。設(shè)計(jì)微型機(jī)電系統(tǒng)并不是追求復(fù)雜的機(jī)械結(jié)構(gòu)微型機(jī)電系統(tǒng)并不是追求復(fù)雜的機(jī)械結(jié)構(gòu), ,而是著而是著眼于用多個(gè)簡(jiǎn)單的機(jī)械元件、傳感器和人工智能眼于用多個(gè)簡(jiǎn)單的機(jī)械元件、傳感器和人工智能的器件完成復(fù)雜的工作。的器件完成復(fù)雜的工作。4. 微機(jī)電系統(tǒng)的基本特征微機(jī)電系統(tǒng)的基本特征第十章第十章 微系統(tǒng)簡(jiǎn)介微系統(tǒng)簡(jiǎn)介 (3) (3)在能源供給上在能源供給上, ,如果微型機(jī)械系統(tǒng)具有移動(dòng)和如

12、果微型機(jī)械系統(tǒng)具有移動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)功能轉(zhuǎn)動(dòng)功能, ,電纜就會(huì)成為運(yùn)動(dòng)的障礙電纜就會(huì)成為運(yùn)動(dòng)的障礙, ,所以微機(jī)械一所以微機(jī)械一般采用靜電力供能，或者使用靜電力激勵(lì)供能。因般采用靜電力供能，或者使用靜電力激勵(lì)供能。因此此, ,原有適用于傳統(tǒng)機(jī)械的方法和原理對(duì)于微型機(jī)械原有適用于傳統(tǒng)機(jī)械的方法和原理對(duì)于微型機(jī)械已不再適用。已不再適用。4. 微機(jī)電系統(tǒng)的基本特征微機(jī)電系統(tǒng)的基本特征第十章第十章 微系統(tǒng)簡(jiǎn)介微系統(tǒng)簡(jiǎn)介5 5 微系統(tǒng)的實(shí)例微系統(tǒng)的實(shí)例微馬達(dá)微馬達(dá)第十章第十章 微系統(tǒng)簡(jiǎn)介微系統(tǒng)簡(jiǎn)介5 5 微系統(tǒng)的實(shí)例微系統(tǒng)的實(shí)例微齒輪微齒輪微流量計(jì)活動(dòng)微齒輪，微流量計(jì)活動(dòng)微齒輪，Ni光刻而成，齒輪半徑光刻而成，

13、齒輪半徑200um，高，高230um第十章第十章 微系統(tǒng)簡(jiǎn)介微系統(tǒng)簡(jiǎn)介5 5 微系統(tǒng)的實(shí)例微系統(tǒng)的實(shí)例日本日本DensoDenso公司研制的微型汽車(chē)公司研制的微型汽車(chē)第十章第十章 微系統(tǒng)簡(jiǎn)介微系統(tǒng)簡(jiǎn)介微型軸承微型軸承第十章第十章 微系統(tǒng)簡(jiǎn)介微系統(tǒng)簡(jiǎn)介5 5 微系統(tǒng)的實(shí)例微系統(tǒng)的實(shí)例微軸承微軸承彈簧，厚彈簧，厚3um，間隙，間隙3-4um第十章第十章 微系統(tǒng)簡(jiǎn)介微系統(tǒng)簡(jiǎn)介5 5 微系統(tǒng)的實(shí)例微系統(tǒng)的實(shí)例微彈簧微彈簧微齒輪微齒輪第十章第十章 微系統(tǒng)簡(jiǎn)介微系統(tǒng)簡(jiǎn)介5 5 微系統(tǒng)的實(shí)例微系統(tǒng)的實(shí)例微齒輪組微齒輪組由由4um厚的多晶硅加工而成，細(xì)梁寬厚的多晶硅加工而成，細(xì)梁寬2.5um，長(zhǎng)，長(zhǎng)283um

14、第十章第十章 微系統(tǒng)簡(jiǎn)介微系統(tǒng)簡(jiǎn)介5 5 微系統(tǒng)的實(shí)例微系統(tǒng)的實(shí)例微平行四邊形微平行四邊形微系統(tǒng)信號(hào)處理信號(hào)處理傳感器傳感器致動(dòng)器致動(dòng)器外部接口外部接口 微系統(tǒng)一般由傳感器模塊微傳感器）、執(zhí)行元微系統(tǒng)一般由傳感器模塊微傳感器）、執(zhí)行元件模塊微致動(dòng)器）、信號(hào)處理模塊處理單元和件模塊微致動(dòng)器）、信號(hào)處理模塊處理單元和外部接口模塊構(gòu)成。外部接口模塊構(gòu)成。二、微系統(tǒng)的組成與應(yīng)用二、微系統(tǒng)的組成與應(yīng)用第十章第十章 微系統(tǒng)簡(jiǎn)介微系統(tǒng)簡(jiǎn)介 微傳感器是采用微電子和微機(jī)械加工技術(shù)微傳感器是采用微電子和微機(jī)械加工技術(shù)制造出來(lái)的新型傳感器。與傳統(tǒng)的傳感器相比，制造出來(lái)的新型傳感器。與傳統(tǒng)的傳感器相比，它具有體積小、

15、重量輕、成本低、功耗低、可它具有體積小、重量輕、成本低、功耗低、可靠性高、適于批量化生產(chǎn)、易于集成和實(shí)現(xiàn)智靠性高、適于批量化生產(chǎn)、易于集成和實(shí)現(xiàn)智能化的特點(diǎn)。同時(shí)，在微米量級(jí)的特征尺寸使能化的特點(diǎn)。同時(shí)，在微米量級(jí)的特征尺寸使得它可以完成某些傳統(tǒng)機(jī)械傳感器所不能實(shí)現(xiàn)得它可以完成某些傳統(tǒng)機(jī)械傳感器所不能實(shí)現(xiàn)的功能。的功能。1. 1. 微傳感器微傳感器第十章第十章 微系統(tǒng)簡(jiǎn)介微系統(tǒng)簡(jiǎn)介2.2.微致動(dòng)器微致動(dòng)器 將由微傳感器輸出的電、光或熱信號(hào)將由微傳感器輸出的電、光或熱信號(hào)/信信號(hào)處理單元的信號(hào)轉(zhuǎn)換為力、轉(zhuǎn)矩、位移和相號(hào)處理單元的信號(hào)轉(zhuǎn)換為力、轉(zhuǎn)矩、位移和相位等物理參數(shù)輸出。位等物理參數(shù)輸出。第十

16、章第十章 微系統(tǒng)簡(jiǎn)介微系統(tǒng)簡(jiǎn)介 工作原理是將其他能量一般是電能轉(zhuǎn)換為工作原理是將其他能量一般是電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能。實(shí)現(xiàn)這一轉(zhuǎn)換的執(zhí)行機(jī)制有：靜電力驅(qū)動(dòng)、機(jī)械能。實(shí)現(xiàn)這一轉(zhuǎn)換的執(zhí)行機(jī)制有：靜電力驅(qū)動(dòng)、電磁力驅(qū)動(dòng)、壓電力驅(qū)動(dòng)、熱膨脹力驅(qū)動(dòng)、磁致伸電磁力驅(qū)動(dòng)、壓電力驅(qū)動(dòng)、熱膨脹力驅(qū)動(dòng)、磁致伸縮式驅(qū)動(dòng)、氣動(dòng)、電液致動(dòng)、凝膠致動(dòng)、光致動(dòng)、縮式驅(qū)動(dòng)、氣動(dòng)、電液致動(dòng)、凝膠致動(dòng)、光致動(dòng)、超聲波致動(dòng)、氣泡驅(qū)動(dòng)以及形狀記憶合金膜片驅(qū)動(dòng)超聲波致動(dòng)、氣泡驅(qū)動(dòng)以及形狀記憶合金膜片驅(qū)動(dòng)等。等。 微致動(dòng)器的類(lèi)型、特點(diǎn)微致動(dòng)器的類(lèi)型、特點(diǎn)第十章第十章 微系統(tǒng)簡(jiǎn)介微系統(tǒng)簡(jiǎn)介靜電致動(dòng)原理靜電致動(dòng)原理 靜電致動(dòng)是一種使電能轉(zhuǎn)換成機(jī)械

17、能變形能、靜電致動(dòng)是一種使電能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能變形能、動(dòng)能的方法。靜電致動(dòng)，可以看成是兩塊帶有相動(dòng)能的方法。靜電致動(dòng)，可以看成是兩塊帶有相反電荷的平行板相互吸引、產(chǎn)生變形而致動(dòng)。在估反電荷的平行板相互吸引、產(chǎn)生變形而致動(dòng)。在估算這種微執(zhí)行器產(chǎn)生的力時(shí)，往往需要忽略靜電力算這種微執(zhí)行器產(chǎn)生的力時(shí)，往往需要忽略靜電力與施加電壓之間的非線(xiàn)性關(guān)系。與施加電壓之間的非線(xiàn)性關(guān)系。第十章第十章 微系統(tǒng)簡(jiǎn)介微系統(tǒng)簡(jiǎn)介壓電致動(dòng)原理壓電致動(dòng)原理 利用壓電晶體陶瓷、壓電薄膜等的逆壓電利用壓電晶體陶瓷、壓電薄膜等的逆壓電效應(yīng)或稱(chēng)電致伸縮致動(dòng)。效應(yīng)或稱(chēng)電致伸縮致動(dòng)。壓電執(zhí)行器的不足：制作工藝比較復(fù)雜，而且在電壓驅(qū)動(dòng)下位壓電

18、執(zhí)行器的不足：制作工藝比較復(fù)雜，而且在電壓驅(qū)動(dòng)下位移很小，為了得到較大的位移，可采用雙壓電晶體片或多層壓移很小，為了得到較大的位移，可采用雙壓電晶體片或多層壓電陶瓷。電陶瓷。第十章第十章 微系統(tǒng)簡(jiǎn)介微系統(tǒng)簡(jiǎn)介壓電行波馬達(dá)原理壓電行波馬達(dá)原理第十章第十章 微系統(tǒng)簡(jiǎn)介微系統(tǒng)簡(jiǎn)介形狀記憶合金致動(dòng)原理形狀記憶合金致動(dòng)原理 形狀記憶臺(tái)金形狀記憶臺(tái)金(Shape Memory Alloy(Shape Memory Alloy，SMA)SMA)具有具有形狀記憶效應(yīng)，即這種合金在高溫定形后，冷卻到較形狀記憶效應(yīng)，即這種合金在高溫定形后，冷卻到較低溫度，并施加變形，使其存在殘余變形；在這種狀低溫度，并施加變形，

19、使其存在殘余變形；在這種狀態(tài)下稍加熱，可使其存在的殘余變形消失，并恢復(fù)到態(tài)下稍加熱，可使其存在的殘余變形消失，并恢復(fù)到高溫下所固有的形狀，就好像合金高溫下所固有的形狀，就好像合金“記住了高溫狀記住了高溫狀態(tài)下所賦予的形狀一樣，所以稱(chēng)為形狀記憶合金。態(tài)下所賦予的形狀一樣，所以稱(chēng)為形狀記憶合金。 常用的形狀記憶合金有鎳常用的形狀記憶合金有鎳鈦鈦(NiTi)(NiTi)合金、銅合金、銅鋁鋁鎳合金、鐵鎳合金、鐵鎳合金和鐵鎳合金和鐵鉑合金等。鉑合金等。 形狀記憶合金有單程記憶和雙程記憶兩種。形狀記憶合金有單程記憶和雙程記憶兩種。第十章第十章 微系統(tǒng)簡(jiǎn)介微系統(tǒng)簡(jiǎn)介致動(dòng)類(lèi)型致動(dòng)原理作用范圍作用力響應(yīng)速度驅(qū)動(dòng)

20、電壓靜電力驅(qū)動(dòng)電荷um-cm10N60000r/min500V壓電力驅(qū)動(dòng)電荷張力nm-um大高超過(guò)1000V形狀記憶合金熱變形恢復(fù)力mm1N中等 300r/min5V膜驅(qū)動(dòng)壓力大中等中等-電液驅(qū)動(dòng)電流粘性力中等小到中等中等高機(jī)械化學(xué)驅(qū)動(dòng)化學(xué)反應(yīng)恢復(fù)力小小中等 25cm/min致動(dòng)器的特性比較致動(dòng)器的特性比較第十章第十章 微系統(tǒng)簡(jiǎn)介微系統(tǒng)簡(jiǎn)介SMA薄膜彈簧薄膜彈簧SMA薄膜機(jī)械手薄膜機(jī)械手最大開(kāi)合最大開(kāi)合110um電熱制動(dòng)器電熱制動(dòng)器 800um長(zhǎng)，最大伸縮變形長(zhǎng)，最大伸縮變形5umSMA薄膜微驅(qū)動(dòng)泵薄膜微驅(qū)動(dòng)泵薄膜厚度薄膜厚度20um第十章第十章 微系統(tǒng)簡(jiǎn)介微系統(tǒng)簡(jiǎn)介三、微結(jié)構(gòu)分析時(shí)應(yīng)該注意的

21、問(wèn)題三、微結(jié)構(gòu)分析時(shí)應(yīng)該注意的問(wèn)題大變形及變形的非線(xiàn)性大變形及變形的非線(xiàn)性殘余應(yīng)力效應(yīng)殘余應(yīng)力效應(yīng)尺度效應(yīng)尺度效應(yīng)耦合效應(yīng)耦合效應(yīng)殘余應(yīng)力引起的微梁屈曲殘余應(yīng)力引起的微梁屈曲第十章第十章 微系統(tǒng)簡(jiǎn)介微系統(tǒng)簡(jiǎn)介三、微系統(tǒng)的加工三、微系統(tǒng)的加工微系統(tǒng)的加工包括兩個(gè)方面微系統(tǒng)的加工包括兩個(gè)方面 1 微器件的加工微器件的加工 2 微系統(tǒng)的封裝裝配）微系統(tǒng)的封裝裝配）第十章第十章 微系統(tǒng)簡(jiǎn)介微系統(tǒng)簡(jiǎn)介1. 1. 微器件的加工工藝微器件的加工工藝微器件的加工方法主要有：微器件的加工方法主要有： 1微電子加工微電子加工 2LIGA加工加工 3機(jī)械微加工機(jī)械微加工 4放電微細(xì)加工放電微細(xì)加工 5激光微細(xì)加工激

22、光微細(xì)加工第十章第十章 微系統(tǒng)簡(jiǎn)介微系統(tǒng)簡(jiǎn)介1 1微電子加工微電子加工 微電子加工以集成電路的制作工藝為基礎(chǔ)，其加工微電子加工以集成電路的制作工藝為基礎(chǔ)，其加工方法主要是蝕刻，即腐蝕化學(xué)腐蝕和物理腐蝕）。方法主要是蝕刻，即腐蝕化學(xué)腐蝕和物理腐蝕）。 集成電路的制作工藝過(guò)程如下：集成電路的制作工藝過(guò)程如下： 薄膜沉積薄膜沉積光刻光刻表面改性表面改性蝕刻蝕刻封裝封裝微電子加工分兩大類(lèi)：微電子加工分兩大類(lèi)： 1表面微加工表面微加工制作兩維結(jié)構(gòu)制作兩維結(jié)構(gòu) 2體微加工體微加工制作三維結(jié)構(gòu)制作三維結(jié)構(gòu)第十章第十章 微系統(tǒng)簡(jiǎn)介微系統(tǒng)簡(jiǎn)介2 2LIGALIGA加工加工 微系統(tǒng)技術(shù)中由集成電路光刻技術(shù)、電化微

23、系統(tǒng)技術(shù)中由集成電路光刻技術(shù)、電化學(xué)電鑄技術(shù)、及高分子成型技術(shù)等整合的微光學(xué)電鑄技術(shù)、及高分子成型技術(shù)等整合的微光刻電鑄模造刻電鑄模造 (LIGA) (LIGA) 工藝，是批量生產(chǎn)高深寬工藝，是批量生產(chǎn)高深寬比微組件的最佳方法。標(biāo)準(zhǔn)的比微組件的最佳方法。標(biāo)準(zhǔn)的 LIGA LIGA 制程使用制程使用同步輻射同步輻射 X X 光為光刻源，可制作次微米精度之光為光刻源，可制作次微米精度之微結(jié)構(gòu)，但因其制程成本高、程序復(fù)雜、時(shí)程微結(jié)構(gòu)，但因其制程成本高、程序復(fù)雜、時(shí)程長(zhǎng)，使得以紫外光、激光作為光源的類(lèi)長(zhǎng)，使得以紫外光、激光作為光源的類(lèi) LIGA LIGA 工藝成為另一種發(fā)展趨勢(shì)。工藝成為另一種發(fā)展趨勢(shì)。第十章第十章 微系統(tǒng)簡(jiǎn)介微系統(tǒng)簡(jiǎn)介L(zhǎng)IGALIGA工藝實(shí)例工藝實(shí)例第十章第十章 微系統(tǒng)簡(jiǎn)介微系統(tǒng)簡(jiǎn)介3 3機(jī)械微加工機(jī)械微加工第十章第十章 微系統(tǒng)簡(jiǎn)介微系統(tǒng)簡(jiǎn)介在車(chē)床加工的槽在車(chē)床加工的槽第十章第十章 微系統(tǒng)簡(jiǎn)介微系統(tǒng)簡(jiǎn)介4 4放電微細(xì)加工放電微細(xì)加工主要有：主要有：微細(xì)電火花加工微細(xì)電火花加工微細(xì)孔加工微細(xì)孔加工/微細(xì)軸加工微細(xì)軸加工/微細(xì)銑削加工微細(xì)銑削加工微細(xì)電火花線(xiàn)切割加工微細(xì)電火花線(xiàn)切割加工微細(xì)二維零件和