《微机电系统动力学》PPT课件

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1、振动、冲击、噪声国家重点实验室MEMS若干动力学问题研究振动、冲击、噪声国家重点实验室上海交通大学孟光张文明概要(Outline)微机电系统的基本概况MEMS动力学问题研究微转子动力学问题研究若干动力学问题的研究MEMS动力学研究展望振动、冲击、噪声国家重点实验室1微机电系统的基本概况1.1MEMS基本概念1.2MEMS基本模型1.3MEMS历史回顾1.4MEMS加工技术1.5MEMS研究成果1.6MEMS应用现状1.7MEMS技术小结振动、冲击、噪声国家重点实验室1.1MEMS基本概念微机电系统MEMS:Micro-Electro-MechanicalSystems(

2、USA)微系统Mcirosystem(Europe)微型机械Micromachine(Japan)微科学Microscience(Someresearchers)振动、冲击、噪声国家重点实验室1.2MEMS基本模型振动、冲击、噪声国家重点实验室1.3MEMS历史回顾1947年，科学家率先发明半导体晶体管1959年，诺贝尔物理学奖获得者Feynman教授发表著名的MEMS预言演讲‘Thereisplentyofroomatthebottom’1964年，Nathenson研制出第一个批量生产的MEMS设备resonantgatetransistor1984年，美国加州大学

3、伯克利分校Howe和Muller利用IC工艺开发出多晶硅表面微加工技术，此技术被誉为MEMS加工技术的前奏1988年，美国加利福尼亚大学伯克利分校研制出首台静电微电机，标志着MEMS时代的来临振动、冲击、噪声国家重点实验室1.4MEMS加工技术表面微加工技术薄膜生成技术；牺牲层技术体形微加工技术化学腐蚀；离子刻蚀LIGA技术和SLIGA技术光刻、电铸及注塑特种精密机械加工技术电火花加工；激光加工；光造型加工固相键合技术阳极键合；Si-Si直接键合；玻璃封接键合；冷压焊键合振动、冲击、噪声国家重点实验室1.5MEMS研究成果Firstbatch-fabricatedMEM

4、S（1964）FirstpolysiliconsurfacemicromachinedMEMSdevice(1984)Firstelectrostaticmicromotor（1988）MEMS历史上几个重要的第一次振动、冲击、噪声国家重点实验室1.6MEMS应用现状军事国防生物医学环境保护工厂维修信息通信交通运输航空航天……振动、冲击、噪声国家重点实验室1.7MEMS技术小结MEMS是人类科技发展过程一次重大技术整合微电子、精密加工、传感器、执行器等技术微小型化、智能化、集成化、高可靠性MEMS能够完成真正意义上的微小型系统集成在芯片上实现了力、热、磁、化学到电的转变

5、MEMS极大地改善了人类生存方式与生活质量大批量、低成本的微传感器、微热行器MEMS将会带动一个充满活力的产业迅速成长不是钢铁、汽车、微电子，而是微系统振动、冲击、噪声国家重点实验室概要(Outline)振动、冲击、噪声国家重点实验室微机电系统的基本概况MEMS动力学问题研究微转子动力学问题研究若干动力学问题的研究MEMS动力学研究展望2MEMS动力学问题研究2.1微尺度效应2.2多能域耦合效应2.3MEMS非线性动力学问题2.4动力学建模和模拟分析方法振动、冲击、噪声国家重点实验室2.1微尺度效应(Ⅰ)MEMS象征着超小型计算机芯片与微型传感器、探头、光学元件及执行器

6、的密切结合。Howsmallissmall?振动、冲击、噪声国家重点实验室2.1微尺度效应(Ⅱ)尺度范围:微型机械0.01m-0.1mmMEMS0.1mm-0.1μmNEMS100nm-0.1nm振动、冲击、噪声国家重点实验室2.1微尺度效应(Ⅲ)S/Vratioshrinkswiththescalefriction>inertiaheatdissipation>heatstorageelectrostaticforce>magneticforceenergycoupling>energyproductionImportantdecreaseinmanufacturin

7、grelativeaccuracyShrinkingworld,changingbehavior微尺度律振动、冲击、噪声国家重点实验室2.1微尺度效应(Ⅳ)自然的灵感:旋转运动惯性矩的大小I=∫r2dm微马达只需若干分之一秒可达最高转速；而大马达却需数秒才能达到全速振动、冲击、噪声国家重点实验室2.1微尺度效应(Ⅴ)各种驱动器的尺度效应振动、冲击、噪声国家重点实验室2.1微尺度效应(Ⅵ)驱动力的微尺度效应静电力电磁力压电力热动力振动、冲击、噪声国家重点实验室2.2多能域耦合效应流体、固体等耦合微泵微阀微型水压动力驱动器电、热、机械等耦合热