點(diǎn)亮微機(jī)電系統(tǒng)的“啟明燈”

閆佳

“不積跬步，無以至千里：不積小流，無以成江海?！睂?duì)于北京大學(xué)信息科學(xué)技術(shù)學(xué)院副研究員張威來說，MEMS帶給他的就是千里之行路上的一小步，江河湖海里的一條小細(xì)流，但看似微不足道的每一步、每一條細(xì)流最終卻能匯聚成無窮的力量。

張威所說的“MEMF”亦稱為微機(jī)電系統(tǒng)，是一種將微電子技術(shù)與機(jī)械工程融合到一起的新型工業(yè)技術(shù)，研究對(duì)象僅有微米大小，操作范圍也在微米尺度內(nèi)。除了微電子以外，MEMS涉及范圍極其廣泛，材料、力學(xué)、化學(xué)、機(jī)械學(xué)等諸多學(xué)科領(lǐng)域都在其中，學(xué)科面涵蓋微尺度下的力、電、光、磁、聲、表面等物理、化學(xué)、機(jī)械學(xué)的各分支?！氨容^通俗地講，MEMS就是一種可以由大變小的技術(shù)，最初來源于美國，一般是由類似于生產(chǎn)半導(dǎo)體的技術(shù)制造的，微型化的尺度大概是從毫米到微米量級(jí)的，以芯片形式為主，但不僅限于芯片?！睆埻榻B道。初遇：與微機(jī)電系統(tǒng)結(jié)緣

1990年，張威從哈爾濱船舶

工程學(xué)院（今哈爾濱工程大學(xué)）機(jī)械系畢業(yè)，被分配到東北傳感技術(shù)研究所，從事傳感器的有關(guān)研制工作。轉(zhuǎn)眼4年過去，盡管從工作中積累了大量的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，認(rèn)為“學(xué)習(xí)無止境”的張威還是忘不了心中的“考研情結(jié)”，再次回到哈爾濱船舶工程學(xué)院學(xué)習(xí)。

事實(shí)證明，張威的考研之路并沒有選錯(cuò)，期間，由于表現(xiàn)優(yōu)秀，他被單位選派前往美國RAE SYSTEMS公司做了一年的訪問學(xué)者。“在美國這一年，給了我很大的觸動(dòng)，不僅大大拓寬了學(xué)術(shù)眼界，還接觸到了領(lǐng)域內(nèi)的許多新設(shè)備、新技術(shù)。”而張威口中所說的“新設(shè)備、新技術(shù)”就是微機(jī)電系統(tǒng)，此后，他也開始了與微機(jī)電系統(tǒng)的不解之緣?！斑厡W(xué)習(xí)邊工作的經(jīng)歷使我沒有作為學(xué)生的迷茫期，更敢想敢干。”張威說。

這種半工半讀的經(jīng)歷使張威積累了極其豐富的“實(shí)戰(zhàn)經(jīng)驗(yàn)”，他逐漸發(fā)現(xiàn)微機(jī)電系統(tǒng)在現(xiàn)實(shí)中是非?！坝杏谩钡?。“比如噴墨打印機(jī)里的微型噴頭”，張威舉例道。另外，微機(jī)電系統(tǒng)還可以制作MEMS加速度傳感器來控制汽車發(fā)生碰撞時(shí)安全氣囊防護(hù)系統(tǒng)的開啟：或者M(jìn)EMS陀螺在汽車?yán)餃y(cè)定汽車傾斜，并以此控制汽車姿態(tài)：亦或是在輪胎里作為胎壓監(jiān)測(cè)系統(tǒng)（TPMS）的核心部件MEMS壓力傳感器使用。

“這些都是微機(jī)電系統(tǒng)最為常見的應(yīng)用?！彼f。這種極其廣泛的應(yīng)用市場(chǎng)也預(yù)示著微機(jī)電系統(tǒng)有著多種原材料和制造技術(shù)的選擇條件。其中，硅作為制造集成電路的主要原材料，其作用不容小覷。目前，電子工業(yè)中已有豐富的實(shí)用硅制造極小結(jié)構(gòu)的經(jīng)驗(yàn)，而硅的物質(zhì)特性優(yōu)點(diǎn)也一直被研究人員津津樂道：單晶體的硅幾乎沒有彈性滯后的現(xiàn)象，因此耗能微乎其微，運(yùn)動(dòng)特性也非?？煽俊４送?，硅不易疲勞折斷，其使用周期甚至可以達(dá)到上兆次。騰飛：汽車EsP的防范之途

如果讓司機(jī)說到在開車中最重視的一點(diǎn)，無疑都離不開“安全”二字，隨著微電子技術(shù)和控制技術(shù)的不斷發(fā)展，越來越多的電子控制裝置應(yīng)用于汽車中，提高主動(dòng)安全性更是現(xiàn)代汽車研究的重要課題之一。談起微機(jī)電系統(tǒng)在汽車中的應(yīng)用，張威一下子來了興趣：“從最早的機(jī)械結(jié)構(gòu)到現(xiàn)在的產(chǎn)品逐步升級(jí)，傳感器的研究就像是一個(gè)進(jìn)化過程，我對(duì)它的研究就是在這樣的升級(jí)路上，一步步走過來的，事實(shí)證明，這條路也是正確的?！?/p>

提高汽車主動(dòng)安全性就意味著汽車電子穩(wěn)定性的提升，而制動(dòng)壓力傳感器與橫擺角速度側(cè)向加速度傳感器作為汽車電子穩(wěn)定性程序EsP的核心，所采集的壓力、加速度和加速度信號(hào)在EsP控制系統(tǒng)中，可用來估算摩擦系數(shù)、側(cè)向速度、車輪和車輛的實(shí)際側(cè)偏角以及輪胎力等附加變量值：值得一提的是，橫擺角速度傳感器還可在在車輛運(yùn)動(dòng)控制的時(shí)候提供汽車的實(shí)際橫擺運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。張威及研究團(tuán)隊(duì)研究的項(xiàng)目“汽車EsP（電子穩(wěn)定系統(tǒng)）用系列微傳感器”就對(duì)此進(jìn)行了詳細(xì)的解讀，還成功申報(bào)了國家高技術(shù)研究發(fā)展計(jì)劃（863計(jì)劃）專題課題。

張威及團(tuán)隊(duì)針對(duì)汽車底盤EsP系統(tǒng)及其他汽車需求，研制了橫擺角速度、側(cè)向加速度傳感器和制動(dòng)壓力傳感器。突破了設(shè)計(jì)、加工、封裝、穩(wěn)定性和可靠性等關(guān)鍵技術(shù)。“與以往相比，這項(xiàng)研究在車載橫擺加速度傳感器的設(shè)計(jì)、加工等技術(shù)上更加實(shí)用化，傳感器與EsP的接口技術(shù)也是另外一個(gè)亮點(diǎn)，大大滿足了車載要求的可靠性考核?！睆埻a(bǔ)充道。

寶劍鋒從磨礪出，梅花香自苦寒來。張威的一項(xiàng)項(xiàng)研究，一次次榮譽(yù)都是他在微機(jī)電系統(tǒng)領(lǐng)域走出的一片天地。而他也深知，這場(chǎng)無聲的“科研硝煙”遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒有結(jié)束，戰(zhàn)火的轟鳴聲還不絕于耳，他身上的責(zé)任也在迫使他繼續(xù)踏上微機(jī)電系統(tǒng)研究的新征途，點(diǎn)起無數(shù)個(gè)“啟明燈”。