微电子机械系统及其加工工艺简述
微电子机械系统

微电子机械系统(MEMS)译自: MEMS网站译者:yanghuanyu什么是微电子机械系统(MEMS)?微电子机械系统(Micro-Electro-Mechanical Systems),是指运用微制造技术在一块普通的硅片基体上制造出,集机械零件、传感器、执行元件及电子元件于一体的系统。
机械及机电的装置制成方式为:应用集成电路制造工艺(如:cmos,bipolar,bicoms工艺)制做电子元件,同时应用相应的微细加工技术对硅晶片进行选择性刻蚀或沉积出新的结构层的方法制造出械零件。
微电子机械系统(MEMS)应用微细加工技术集成硅基微电子元件,它必定给几乎所有产品带来一场革命,它也使得“片式系统(systems-on-a-chip)”变得现实可行。
通过把微电子元件的计算能力和微传感器的感觉能力及微执行元件的控制能力集于一体,微电子机械系统具备了真正的发展细小产品的能力。
微电子机械系统无论是在其被期望运用的领域,还是在设备设计及制造方面,都体现出极大的差异也富有成果。
由于微电子机械技术能将灵敏的感觉和控制功能与微电子元件集成为一体,它极大的拓宽了设计及运用空间。
微电子机械系统(MEMS)的组成部分:图1系统中,集成电路(IC)好比是“大脑”,而微电子机械技术则赋予了它眼睛和手臂,让整个系统能够感觉和调控周围的环境。
在最基本的系统构成中,传感器从环境中感觉到机械的、热的、生物的、化学的、光学及电磁的变化;电子元件对传感器获得的信息进行分析后作出判断,并指挥执行元件作出相应的,或移动或变换姿态或排序或跳跃或过滤的反应,以此来调控周围环境,达到预期的结果或目的。
由于微电子机械系统采用了集成电路批量制造的技术,所以它可以用相对较低的成本把具有超前功能的可靠的复杂的系统置于一个小小的硅片上。
微电子机械系统带给科学和工程新的发现,例如用于DNA放大鉴定的聚合酶链式反应微系统,微机械扫描隧道显微镜(SIMS),检查危险化学品和生物制剂的生物芯片,以及用于high-throughput药物监视和挑选的系统。
微机电系统(mems)工程技术 半导体制造工艺技术

微机电系统(mems)工程技术半导体制造工艺技术微机电系统(MEMS)是一种融合微电子技术、机械工艺和微纳米加工技术的新型技术,具有微小体积、高性能和低功耗等优点,被广泛应用于传感器、执行器、微机械系统等领域。
MEMS制造工艺技术作为其核心技术之一,在MEMS设备的设计、生产和测试过程中起着至关重要的作用。
一、MEMS制造工艺技术的基本原理MEMS制造工艺技术是利用微纳米加工技术对微电子元件进行加工,实现微小尺寸的器件。
其基本原理包括光刻、薄膜沉积、刻蚀、清洗和包装等步骤。
在制造过程中,需要考虑到器件的性能、成本和效率等因素,并采用不同的工艺流程进行处理。
二、MEMS制造工艺技术的工艺流程1.设计阶段:确定MEMS器件的功能和结构,并进行软件仿真和电路设计,制定完整的器件设计方案。
2.掩膜光刻:利用掩膜和紫外光曝光的技术,将器件的图形准确转移到光敏材料上,形成所需的图形。
3.薄膜沉积:采用物理气相沉积、化学气相沉积等技术,在衬底表面沉积一层或多层薄膜,用于制备MEMS器件的功能部件。
4.刻蚀工艺:采用干法或湿法刻蚀技术,将多余的材料去除,形成所需的器件结构。
5.清洗和检测:在制造过程中,需要对器件进行清洗和检测,确保器件的质量和性能。
6.包装封装:将制备好的器件封装在封装体中,保护器件免受外部环境的影响。
三、MEMS制造工艺技术的发展趋势1.纳米加工技术:随着纳米加工技术的发展,MEMS器件的尺寸将进一步减小,性能将得到显著提升。
2.多功能集成:未来的MEMS器件将具有多功能集成的特点,可以同时实现多种功能,提高器件的综合性能。
3.自组装技术:自组装技术的应用将使MEMS制造工艺更加灵活和高效,降低成本,提高生产效率。
4.高可靠性设计:随着MEMS器件在汽车、医疗等领域的广泛应用,高可靠性设计将成为MEMS制造工艺技术的重要发展方向。
四、结语MEMS制造工艺技术是一项复杂而重要的工艺技术,对MEMS器件的性能和质量起着决定性的作用。
微机电系统制造工艺综述

微机电系统制造工艺综述微机电系统(Microelectromechanical Systems,MEMS)是一种集成了微小机械、电子、光学和磁性等元件的微型系统。
它的制造工艺是一个复杂且多样化的过程,涉及到多个步骤和技术。
本文将综述微机电系统的制造工艺。
一、工艺流程微机电系统的制造工艺流程通常包括以下几个主要步骤:基片准备、薄膜沉积、光刻、腐蚀、封装和测试。
1. 基片准备:基片是微机电系统的主要载体,常用的材料包括硅、玻璃和塑料等。
在基片制备过程中,需要进行清洗、平整化和涂覆等处理,以保证后续工艺步骤的顺利进行。
2. 薄膜沉积:薄膜沉积是微机电系统制造中的关键步骤之一。
常用的薄膜沉积方法有化学气相沉积(CVD)、物理气相沉积(PVD)和溅射等。
通过这些方法可以在基片上沉积出具有特定功能的薄膜层,如金属、氧化物和聚合物等。
3. 光刻:光刻是微机电系统制造中的关键技术之一。
它通过光敏胶的光化学反应将图案转移到基片上,形成所需的结构和形状。
常用的光刻技术包括接触式光刻和投影光刻。
4. 腐蚀:腐蚀是微机电系统制造中的重要步骤之一。
通过化学腐蚀或物理腐蚀的方式,可以去除不需要的材料,形成所需的结构和形状。
常用的腐蚀方法有湿腐蚀、干腐蚀和等离子体腐蚀等。
5. 封装:封装是将微机电系统芯片封装在外部保护壳中的过程。
封装可以提供保护、连接和传感等功能。
常用的封装方法包括焊接、粘接和翻转芯片封装等。
6. 测试:测试是微机电系统制造中的最后一步,用于验证芯片的性能和可靠性。
常用的测试方法包括电学测试、力学测试和光学测试等。
二、工艺技术微机电系统制造中常用的工艺技术包括:纳米制造技术、表面微结构技术、微流控技术和微传感技术等。
1. 纳米制造技术:纳米制造技术是微机电系统制造中的前沿技术之一。
它利用纳米尺度的工具和材料进行加工和制造,实现微米和纳米级别的结构和器件。
常用的纳米制造技术包括扫描探针显微镜(SPM)、电子束曝光和离子束刻蚀等。
微电子制造工艺流程解析

微电子制造工艺流程解析微电子制造工艺流程是指通过一系列的加工步骤,将原材料转化为微小电子器件的过程。
在这个过程中,需要经过晶圆制备、薄膜沉积、光刻、蚀刻、离子注入等关键步骤,以及其他一些辅助性的工艺步骤。
本文将对微电子制造工艺流程进行详细解析。
一、晶圆制备晶圆制备是微电子制造中的第一步,主要是通过硅材料生长来制备晶圆。
晶圆一般使用单晶硅材料,它具有良好的电性能和机械性能,适合作为微电子器件的基底。
在这一步骤中,需要对硅材料进行去杂、融化、再结晶、拉晶等加工过程,最终得到高质量的单晶硅晶圆。
二、薄膜沉积薄膜沉积是微电子制造中的重要步骤,通过在晶圆表面沉积薄膜来控制电子器件的性能和功能。
常用的薄膜沉积技术包括化学气相沉积(CVD)、物理气相沉积(PVD)、原子层沉积(ALD)等。
这些技术可以在晶圆表面沉积各种功能性薄膜,如硅氧化物、金属、半导体等。
三、光刻光刻是一种重要的微电子制造工艺,通过光照和显影的方式,在薄膜表面形成微细的图案。
这个图案将作为后续工艺步骤中蚀刻、离子注入等的参考依据。
光刻通常使用光刻胶来实现,根据需要选择合适的光源和掩膜,通过光刻曝光机进行精确的图案转移。
四、蚀刻蚀刻是一种去除不需要的材料的工艺步骤,通常将薄膜表面的某些区域通过化学或物理方式进行选择性地去除。
常见的蚀刻方式有湿蚀刻和干蚀刻两种。
湿蚀刻使用化学液体进行腐蚀,而干蚀刻则是利用等离子体来实现。
通过蚀刻,可以形成微细的结构,如通道、线路等。
五、离子注入离子注入是一种将外部离子引入器件材料中的工艺步骤。
通过加速器将离子加速到高速,并射入目标材料中,从而改变其电学或物理特性。
离子注入可以用于掺杂、形成pn结、获得特定的电子特性等。
具体的离子注入方式包括浸没注入、离子束注入等。
以上所述的晶圆制备、薄膜沉积、光刻、蚀刻和离子注入等工艺步骤只是微电子制造流程中的一部分,整个流程还包括清洗、测试、封装、探针测试等其他步骤。
每个步骤都需要精细的设备和技术支持,以确保最终制造出的微电子器件具有稳定的性能和可靠的品质。
硅微机电系统的制造工艺与性能分析

硅微机电系统的制造工艺与性能分析硅微机电系统(MEMS)是一种微小尺寸的电子机械系统,由微观加工技术制造而成,具有广泛的应用领域,如传感器、执行器和生物医学设备等。
本文将重点讨论硅微机电系统的制造工艺以及其性能分析。
一、硅微机电系统的制造工艺1. 薄膜沉积技术薄膜沉积技术是硅微机电系统制造的基础工艺之一。
常用的薄膜沉积方法有物理气相沉积(PVD)和化学气相沉积(CVD)两种。
PVD通过蒸发或溅射的方式将材料沉积在硅基底上,从而形成了被称为功能层的薄膜。
CVD是通过化学反应在硅基底上生成薄膜,具有较好的均匀性和控制性。
2. 光刻技术光刻技术在硅微机电系统的制造中起到关键作用。
它是一种通过光照、显影和蚀刻,将图案转移到硅基底上的技术。
光刻技术需要使用光刻胶作为感光剂,在光照的作用下,形成所需的图案。
随后使用显影药液去除未感光区域的光刻胶,并进行蚀刻,最终得到所需的结构。
3. 蚀刻技术蚀刻技术是硅微机电系统制造中的关键步骤之一。
它可以通过湿蚀刻和干蚀刻两种方式实现。
湿蚀刻使用化学溶液对硅基底进行腐蚀,在腐蚀剂的作用下,硅基底会被逐渐消蚀,形成所需的结构。
干蚀刻则是使用离子束或等离子体进行刻蚀,具有更高的加工精度和控制性。
二、硅微机电系统的性能分析1. 精度和稳定性硅微机电系统具有很高的加工精度和稳定性,这使得它在精密测量和控制应用中得到广泛应用。
通过合理的制造工艺和设计,硅微机电系统的运动精度可以达到亚微米甚至纳米级别,满足对于精度要求较高的应用。
2. 响应速度硅微机电系统具有快速的响应速度,可以实现高频率的运动和控制。
这使得它在振动传感器、光学设备和惯性导航系统等需要实时响应的应用中具有优势。
3. 能耗和功耗硅微机电系统具有低能耗和低功耗的特点,适用于便携式和无线应用。
相比传统的机械系统,硅微机电系统在相同的功能需求下,能够实现更低的能耗和功耗,提高了系统的整体效率。
4. 尺寸和集成度硅微机电系统的尺寸非常小,可以实现高度集成化。
微电子机械系统及其加工工艺简述

工作 实 践 , 分析 了微 电 子 机械 系统 的 相 应 概 念 , 重 点 阐述 了微 电子 机 械 系统 的 加 工 工 艺 , 目的是 为微 电子 系统 的 建 设 以及 加 工 工 艺 的使 用 提 供
参考 和借鉴 。
【 关键 词】 微 电子; 机械; 系统 ; 加 工工艺 Байду номын сангаас 传统 ; 特点
的 内部进行扩散 . 进 而改变杂质 的分布情况 . 最终 影响到整个微 电子 随着各个 国家对微电子机械系统的研究 的不 断深入 . 微电子机械 系统的运作 情况 可见 . 随着技术 的进步和工艺 的不断发展 . 用 于微电子机械加 工 系统呈现出较多的加工方法 . 为机械加工提供 了重要 的参考 2 . 1传统加工 的工艺标新 立异 , 为机械加工制作提供 了重要的技 术支持 微 电子 机械系统的传 统加工方法主要是用于超精 密机械的加工 . 并且是 通过 大机器 制造出小机器 .然后 借助小机器制造 出微机器 . 这 就为 特殊场合 的微 型机械设备的制造创造了有利的条件 2 . 2半 导体硅微加 工 半 导体硅微加 工方法 是在传 统加工方法基础之上 . 借 助化学腐蚀 以及集成 电路 工艺技 术对 硅基材 料的加 工 . 其 目的主要是 生产出硅基
L I G A方法是指采 用同步 x射线深层光刻 、 微 电铸制模 和注塑复
制等主要工艺步骤组成的一种综合性微机械加工技术 该项技术实现 了对 高宽深 的定 位 . 进而设计 出三维 的立体结 构 . 提高 了机械 加工设 计 的精确度 . 同时能够实现 大批量 的生产 . 进 而有效的降低 了生产的 成本 。
随着技术 的进 步和各个 学科 的交叉 . 微电子技术作为一种 新型的 技术在各行各业得 到了广 泛的应 用 . 特别 是对机械制作与加工 行业起 到了积极 的促进作用 微电子机械系统是 在传统的机械加工工艺基础 上. 结合软 x射 线深层 光刻电铸成型工艺和半导体硅微机加工工艺进 行 的器件制作 的系统 . 在 微电子机械 的加工 中占据重要的地位
微电子制造的基本原理与工艺流程

微电子制造的基本原理与工艺流程一、微电子制造的定义微电子制造是指设计、加工和制造微电子器件和微电子系统的过程。
它是现代信息技术和通信技术的基础,也是现代工业制造的重要组成部分。
二、微电子制造的基本原理1. 半导体材料的特性半导体材料是微电子器件的基础材料,具有良好的导电性和隔离性。
在半导体中掺杂少量杂质或者改变其温度、光照等物理性质可以改变其导电性。
半导体器件就是利用这种变化制作的。
2. 器件结构的设计微电子器件的结构设计是制造的重要一环。
器件结构包括电极、栅、控制信号输入端等。
这些结构的设计要考虑各方面的因素,如器件应用场合、功率、尺寸等因素。
3. 制造工艺的选择制造工艺是微电子制造的基础,是将器件结构设计转化为实际产品的过程。
制造工艺包括硅片切割、形成电极和栅、掺杂和扩散、制造成品等多个环节。
三、微电子制造的工艺流程1. 半导体材料制备半导体材料是微电子制造的基础,其制备是微电子制造的第一步。
半导体材料制备的过程主要包括单晶生长、多晶生长、分子束外延、金属有机化学气相沉积等多种方法。
2. 硅片制备硅片是微电子制造的中间产品,它是各种微电子器件的基础。
硅片制备的过程包括硅棒制备、硅棒切割、圆片抛光等环节。
3. 电极和栅制造电极和栅是微电子器件的重要组成部分,制造电极和栅主要通过光刻和蚀刻技术实现。
光刻是一种通过光照形成光阻图形的技术,蚀刻是一种将光刻后形成的光阻图形转化为实际器件的技术。
4. 掺杂和扩散掺杂和扩散是将杂质引入半导体材料中,从而改变其电学性质的过程。
其中,掺杂是将杂质引入半导体中,扩散是将杂质在半导体中扩散开的过程。
这些过程可以通过化学气相沉积、物理气相沉积等方式实现。
5. 制造成品制造成品是微电子制造的最后一步。
成品制造包括器件组装和测试等环节。
器件组装是将各个器件按照要求组装在一起的过程,测试则是对器件进行性能测试的过程。
总之,微电子制造是一项复杂而精密的工艺,它采用了多种制造工艺和技术,涉及到多个环节。
微机电系统(MEMS)制造工艺史(整理版)

微机电系统(MEMS)制造工艺史微机电系统(MEMS)利用集成电路(IC)制造技术和微加工技术把微结构、微传感器、微执行器等制造在一块或多块芯片上的微型集成系统。
具有微型化、集成化、智能化、成本低、性能高、可以大批量生产等优点。
应用领域极为广泛,目前已成功地应用于汽车、电子和军事等行业。
本文主要探讨MEMS的制造工艺史。
MEMS工艺的特点包括:硅为基本(衬底)材料;准平面加工;便于机电集成;便于批量生产;对设备和环境要求高(依靠设备和工具)。
影响MEMS发展的三个关键因素主要是:产品设计和定位,材料制备以及加工工艺和设备。
MEMS的制作材料分为结构材料和功能材料,在结构材料里,使用得最多的有:①基底材料:硅、砷化镓、其他半导体材料。
②薄膜材料:单晶硅、氮化硅、氧化硅。
③金属材料:金、铝、其他金属。
而功能材料,有:①高分子材料:聚酰亚胺、PMMA。
②敏感材料:压阻、压电、热敏、光敏、其他。
③致动材料:压电、形状记忆合金、磁性材料等。
MEMS的制造工艺是基本半导体工艺的,主要包括以下6个步骤:1.掺杂与退火;2.氧化, 表面薄膜技术;3.光刻;4.金属化:溅射与蒸发;5.腐蚀;6.净化与清洗。
接下来将详细介绍各个工艺流程:1.掺杂:IC掺杂用于改变其物理性质,MEMS掺杂用于改变其化学性质,而掺杂的主要形式包括注入和扩散。
扩散指在一定温度下杂质原子具有一定能量,能够克服阻力进入半导体并在其中做缓慢的迁移运动。
包括液态源扩散和固态源扩散。
而离子注入是杂质原子经高能粒子轰击离子化后经电场加速轰击硅片表面,形成注入层。
退火的作用主要是将掺杂层纵向推进,结构释放后消除残余应力,包括热退火,激光退火以及电子退火。
2. 表面薄膜技术:氧化是硅与氧化剂反应生成二氧化硅的过程。
化学气相淀积则是使用加热、等离子体和紫外线等各种能源,使气态物质经化学反应(热解或化学合成),形成固态物质淀积在衬底上。
相对的蒸发和溅射为物理气相淀积。
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TECHNOLOGY AND MARKET
Vol.18,No.5,2011
0引言
微电子机械系统是近年来发展起来的一种新型多学科交叉的技术,微电子机械系统采用传统的机械加工工艺、软X射线深层光刻电铸成型工艺和半导体硅微机加工工艺等来制作微尺度的机械、电子、流体、光学、生物及其它一些器件。
制作微电子机械系统的主流技术是硅微机械加工工艺,它越来越多地用于微电子机械系统的加工中。
1微电子机械系统
1.1微电子机械系统的定义
微电子机械系统是指采用微电子技术和微机械加工技术相结合的工艺技术,可以批量生产,它是集微型传感器、微型执行器、微型机构以及控制电路、接口、通讯和信号处理等于一体的微型系统或微型器件。
微电子机械系统的研究不仅涉及系统和元件的材料、设计、控制、测试、能源、集成以及与外界的联接等许多方面,还涉及到了微电子学、微动力学、微机械学、微流体学、微摩擦学、微热力学、微光学、物理学、材料学、生物学、化学、信息与控制等多个学科领域,是一个综合性高新技术,因此我们说微电子机械系统开辟了一个新的技术领域。
微电子机械系统利用半导体加工工艺来制作微尺度的机械、电子、流体、光学及其它一些器件,把精密机械、微电子、生化和信息处理等高新技术有机整合在一起,在单一或多个芯片上集成传感、信号处理、控制及驱动于一体。
微电子机械系统中的机械不限于狭义的机械力学中的机械,包括热、力、光、声、磁乃至生物、化学等具有能量转化、传输等功能的效应。
1.2微电子机械系统的特点
1.2.1微型化和集成化
微电子机械系统器件具有体积小、重量轻、耗能低、性能稳定、响应时间短,谐振频率高等特点,而且具有可以集成控制、感应和执行等多种功能。
微电子机械系统把不同敏感方向、不同功能或致动方向的多个执行器或传感器集成为一个整体,形成微执行器阵列或微传感器阵列,甚至把多种功能的器件集成在一起,形成一个比较复杂的微系统。
微执行器、微传感器和微电子器件的集成可制造出稳定性、可靠性都很高的微电子机械系统器件。
1.2.2以硅为主要材料
因为硅的机械电气性能优良,硬度、强度和杨氏模量与铁相当,而且密度类似,其热传导效率接近钨和钼。
1.2.3多学科交叉
微电子机械系统涉及面很广泛,包括机械、电子、材料制造、物理、信息与自动控制、生物和化学等多种学科,并综合了目前科学技术发展的许多尖端成果。
1.2.4可大批量生产
用硅微加工工艺在一片硅片上即可同时制造出很多个微型电子机械装置或完整的微电子机械系统器件,不仅生产周期短而且成本低廉,性能一致性好,对环境的损害非常小等。
3微电子机械系统的三种加工方法
3.1传统超精密加工方法
传统的机械加工方法以日本为代表,超精密机械加工是日本研究微电子机械系统的重点。
它主要是传统机械加工的微型化,这种加工方法就是用大机器来制造小机器,然后再利用小机器制造出微机器,这种加工方法加工出来的电子机械适用于在特殊场合的应用,例如微型工作台、微型机械手等。
3.2微机械加工方法LIGA
微机械加工方法LIGA以德国为代表,LIGA方法是指采用同步X射线深层光刻、注塑复制和微电铸制模等主要工艺步骤组成的一种综合性微机械加工技术。
LIGA技术首先采用同步X射线光刻技术光刻出所要生产的图形,然后采用电铸的方法加工出与光刻图形相反的金属模具,最后采用微塑注来制备微机械结构。
3.3半导体硅微机械加工方法
半导体硅微机械加工方法与传统微电子器件工艺兼容,这种加工方法以美国为代表。
它利用集成电路工艺技术或化学腐蚀对硅基材料进行加工,加工成硅基微电子机械系统的器件,它可以实现微电子与微机械的系统集成,非常适合于批量生产,已经成为微电子机械系统的主流技术。
当前硅基微加工技术可分为表面微加工技术和体微加工技术。
表面微加工技术是在硅片正面上形成薄膜并按一定要求对薄膜进行加工形成微结构的技术,全部加工仅涉及到硅片正面的薄膜。
用这种技术可以淀积氮化硅膜、二氧化硅膜和多晶硅膜。
用溅射镀膜和蒸发镀膜可以制备钨、铝、镍、钛等金属膜。
一般采用光刻技术对薄膜进行加工,如X射线光刻、紫外线光刻、离子束光刻和电子束光刻。
将设计好的微机械结构图通过光刻的方式转移到硅片上,再用反应离子腐蚀、等离子体腐蚀等工艺对多氧化硅膜、晶硅膜以及各种金属膜进行腐蚀,以形成微机械结构。
体微加工技术是对硅的衬底进行加工。
一般采用各向异性化学腐蚀,由于某些腐蚀液在硅的各个晶向上的腐蚀速率不同,体微加工技术就是利用这一特性来制作不同的微机械零件或微机械结构。
体微加工技术可以制作出几何尺寸较大,机械性能好的器件,但是其制作过程对材料比较两非,与集成电路的兼容性差、很难制造出精细灵活的悬挂系统。
电化学腐蚀也是一种常用的加工技术,现已发展为电化学自停止腐蚀,它主要用于制备薄面均匀的硅膜。
主要通过对硅的深腐蚀和硅片的整体键合来实现体微加工技术,这种技术能够将几何尺寸控制在微米级。
4结束语
微电子机械系统将传感、处理与执行这些步骤融合在一起,使得人类的操作、加工能力扩展到了微米空间。
微电子机械系统发展的目标是通过集成化、微型化来探索具有新功能、新原理的系统和元件,并不断地提高集成系统的性价比,把信息获取、处理和执行一体化地集成在一起,使之成为一个真正的系统。
微电子机械系统对未来的科学技术、生产生活方式和人类的生活质量都有着很重要的影响。
微电子机械系统及其加工工艺简述
薛小红
(齐齐哈尔职业学院,黑龙江齐齐哈尔150025)
摘要:微电子机械系统是一项建立在微纳米技术基础上的前沿技术,是对微纳米材料进行设计、加工、制造和控制的技术。
硅微机械加工工艺是近年来随着集成电路工艺发展起来的微电子机械系统主流技术。
介绍了微电子机械系统的特点,并讨论了微电子机械系统的三种加工方法。
关键词:微电子机械系统;体微加工;表面微加工;LIGA
doi:10.3969/j.issn.1006-8554.2011.05.085
技术研发
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