ИЗДЕЛИЯ МИКРОСИСТЕМНОЙ ТЕХНИКИ -
ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ И ТЕРМИНЫ

Впервые в отечественной практике публикаций по тематике изделий микросистемной техники системно представлены основные понятия, термины и определения в указанной области. Направлениями систематизации приняты виды микросистем и функциональных устройств в их составе. Предложенный к систематизации подход не имеет аналогов.

Группой ученых и специалистов ОАО "РНИИ "Электронстандарт", 22 ЦНИИИ Минобороны России, ГОУ ВПО СПбГЭТУ им. В.И.Ульянова, ГУ НПК "Технологический центр" (МИЭТ), ЗАО "Гирооптика" при поддержке коллег ряда ведущих отечественных организаций и предприятий электронной промышленности, а также заказывающих органов выполнена первая, методически выверенная и прошедшая практическую апробацию разработка единой межотраслевой системы нормативных документов, регламентирующих технические требования вида общих технических условий, термины и определения, классификацию, основные параметры и характеристики, условные обозначения типов в новом классе изделий электронной техники - микросистемах или изделиях микросистемной техники.

Микросистемы в функционально завершенном виде представляют собой информационно-управляющие системы различного назначения, структурно объединяющие подсистемы сбора и обработки информации, вырабатывающие воздействия на исполнительные устройства и далее - на объект управления.

Функциональными микроустройствами информационно-управляющей части микросистем являются: преобразователи физических величин, усилители, аналоговые ключи и коммутаторы, делители частоты, преобразователи цифроаналоговые и аналого-цифровые, микроконтроллеры, микропроцессоры и цифровые процессоры сигналов, цифровые и логические схемы, запоминающие устройства.

Функциональными исполнительными микроустройствами микросистем являются микродвигатели, микроэлементы гидравлики, микросопла, микропоршни, микроредукторы, микрозеркала, микроприводы, конструктивно выполненные в объеме и на поверхности полупроводникового кристалла с применением базовых и модифицированных процессов микроэлектроники, оптоэлектроники, пьезоэлектроники и др.

Публикации, устанавливающие основные понятия и обосновывающие технический статус изделий микросистемной техники, ранее неоднократно выносились на суд научно-технического сообщества [1-17] и получили поддержку отечественных и зарубежных ученых и специалистов.

Это позволило авторам настоящей статьи, руководителям творческих коллективов из перечисленных выше научных, учебных и производственных организаций вынести на широкое обсуждение серию статей по результатам проведенных совместных разработок.

Такая форма представления материала не случайна.

Изделия микросистемной техники представляют собой не только новый, но и прорывный класс наиболее сложных комплсксированных электронных изделий, без развития которого невозможно построение перспективных роботизированных и "интеллектуальных" систем и комплексов радиоэлектронной аппаратуры (РЭА) различного назначения.

Опыт создания, развития и применения изделий микросистемной техники в качестве комплектующих РЭА активно формируется и в нашей стране, и за рубежом, но пока все еще невелик. Предлагаемый в настоящей и последующих публикациях комплексный подход по упорядочению основополагающих положений и технических требований в области изделий микросистемпой техники не имеет аналогов.

Поэтому, взяв на себя труд и ответственность по проведению первых комплексных разработок в области стандартизации и унификации изделий микросистемной техники, авторы статей и их коллеги надеются избежать возможных методических и технических неточностей по итогам обсуждения публикаций. Это позволило бы в ближайшем будущем сформировать единую государственную систему нормативной документации в области стандартизации и унификации изделий микросистемной техники, как составляющей электронной компонентной базы общего назначения.

Необходимо отметить, что авторами публикации осознанно нарушено одно из принятых в стандартизации правил, суть которого состоит в том, что не принято идентифицировать и определять объект, исходя из его масштабного состояния. Например, "насос" и "микронасос".

Большинство авторов настоящей публикации (корректность требует отметить, что по этому вопросу у авторов нет полного единства) полагает изделия микроэлектроники в целом и изделия микросистемной техники в частности - объектами стандартизации и унификации со сложившимися особенностями.

Например, не вызывает отторжения термин "микросхема" (которым определяется "юстированная" группа однородной продукции "микросхемы интегральные") при наличии термина "схема" (в прочтении "схема электрическая"). Принят и широко используется в научно-технической литературе термин "нанобот" (в прочтении "нанолодка" - от англ. "boat", как носитель наноколичества вводимого в живой организм вещества [18]).

Очевидно, что приведенные в качестве примеров термины не столько или не только указывают на масштабы объектов, сколько выражают их функциональную и конструктивно-технологическую суть, необходимую для правильного восприятия и понимания потребителями.

Так "микронасос", безусловно, выполняет функцию насоса, но приставка "микро" дополнительно определяет имеющиеся особенности его функционирования как масштабированного структурного элемента или компонента в составе именно микросистемы. В среде разработчиков микросистем понимание по этому вопросу сложилось, теперь важно, чтобы оно сложилось в среде их потребителей и стало единым. Объект исследований сложен, но, как известно, "время не ждет".

Представленные ниже термины и их определения в области изделий микросистемной техники систематизированы так, что для каждого технического понятия установлен один стандартизованный термин. Определения составлены так, что их можно при необходимости изменять, вводя производные признаки, раскрывающие значения используемых в них терминов с указанием объектов, входящих в состав определяемого технического понятия.

Основные понятия в области микросистем

Микросистемная техника: совокупность научно-технических и технологических способов, обеспечивающих создание в объеме и (или) на поверхности твердого тела упорядоченной композиции микронных и субмикронных областей материалов с заданными составом, структурой и геометрией, и направленная на реализацию функций восприятия, преобразования, хранения, обработки, трансляции информации, энергии, движения и выработки управляющих воздействий в требуемых режимах и условиях эксплуатации.

Изделие микросистемной техники (микросистема): совокупность микроэлектронных управляющих и функциональных исполнительных элементов и компонентов в едином конструктивном исполнении, принцип действия которых основан на электрофизических, электромеханических, электрохимических, электронно-оптических, фотохимических процессах и явлениях с учетом эффектов масштабирования при переходе от макро- к микро- и наноразмерным уровням, и предназначенных для реализации функций приема, преобразования, хранения, передачи информации, энергии и движения для выполнения функции конечного назначения в заданных режимах эксплуатации.

(Примечание. Эффект масштабирования заключается в изменении характера эффективности различных видов воздействий на объект, вызванном уменьшением размеров объекта. В данном случае рассматриваются объекты с микронными, субмикронными и наноразмерами. Объем объекта пропорционален третьей степени его размера, а площадь поверхности - второй степени. В результате в микроскопическом мире влияние поверхностной силы становится сильнее влияния массовой (объемной) силы. Например, доминирующей силой при движении микрообъекта является не сила инерции, а электростатическая сила или сила вязкости. На свойства материалов микрообъектов влияют также внутренняя структура материала и поверхности, и в результате, значения характеристик иногда отличаются от их значений в объемах. Характеристики трения в микромире также отличаются от характеристик в макромире, поэтому изменение характеристик и эффективность воздействий тщательно учитывают при проектировании микроустройств).

Микросистемная технология: последовательность технологических операций групповой микрообработки поверхности материала заготовки в целях изготовления, сборки, корпусирования и измерения элементов, компонентов и узлов микросистемы.

(Примечание. Под микрообработкой понимают физическое, химическое или другое воздействие на поверхности заготовки, при котором происходит нанесение, удаление или изменение свойств слоев заданной площади и формы, толщиной от долей нанометров до микрометров).

Микросистемный материал: материал, непосредственно входящий в состав функциональных и конструкционных частей микросистем, упорядоченный в микрообъемах и обладающий отличительными свойствами, обусловленными эффектами субмикронного масштабирования.

Элемент микросистемы: часть микросистемы или функционального микроустройства, реализующая определенную функцию в составе функционального устройства или микросистемы, которая не может быть выделена как самостоятельное изделие с точки зрения требований к испытаниям, приемке, поставке и эксплуатации.

Компонент микросистемы: часть микросистемы или функционального устройства, реализующая определенную функцию в составе функционального устройства или микросистемы, которая может быть выделена как самостоятельное изделие с точки зрения требований к испытаниям, приемке, поставке и эксплуатации.

Виды микросистем

Интегральная микросистема: микросистема, микроустройства и элементы которой нераздельно выполнены и соединены в объеме и (или) на поверхности кристалла.

Гибридная микросистема: микросистема, содержащая компоненты, выполненные с использованием различных материалов и технологий и соединенные между собой на единой конструктивной основе.

Модульная микросистема: микросистема, конструктивно объединяющая два или более микроустройства в целях совместного применения для выполнения заданных функций.

Полная микросистема: микросистема, содержащая микроустройства или элементы, выполняющие функции приема, преобразования, хранения, передачи информации, энергии и движения и выработки управляющего воздействия в требуемых режимах и условиях эксплуатации и воздействия на окружающую среду.

(Примечание. Полные микросистемы представляют собой функционально завершенные информационно-управляющие системы различного функционального назначения).

Неполная микросистема: микросистема, не выполняющая одну из функций приема, преобразования, хранения, передачи информации, энергии и движения и выработки управляющего воздействия в требуемых режимах и условиях эксплуатации и воздействия на окружающую среду.

Информационно-управляющая микросистема: неполная микросистема, обеспечивающая восприятие, преобразование вида и формы информации, ее хранение, обработку и последующую передачу в виде управляющего сигнала для микросистемы исполнения.

Микросистема исполнения: неполная микросистема, осуществляющая преобразование видов энергии и воздействий для выполнения заданной функции под действием сигнала от информационно-управляющей микросистемы.

Виды функциональных микроустройств в составе микросистем

Функциональное микроустройство: микроустройство в составе микросистемы, неразрывно связанное с ней конструктивно, электрически, механически и обеспечивающее выполнение заданной функции.

Электромеханическое микроустройство: микроустройство, обеспечивающее выполнение функций за счет преобразования электрической энергии в механическую.

Оптоэлектромеханическое микроустройство: микроустройство, обеспечивающее выполнение функций за счет управления оптическим сигналом или преобразования оптического воздействия с помощью электромеханического микроустройства.

Теплофизическое микроустройство: микроустройство, обеспечивающее выполнение функций за счет накопления и преобразования в микрообъемах, в том числе обратимого, тепловой энергии в другие виды энергии.

Флюидное микроустройство: микроустройство, обеспечивающее выполнение функций за счет локализации, течения, разделения, хранения микро- и наноколичеств жидкости или газа, а также их физико-химических превращений под действием внешних электрических, магнитных, оптических, механических, тепловых и химических воздействий.

Биотехническое микроустройство: микроустройство, обеспечивающее выполнение исполнительных функций за счет интеграции с объектами и веществами биологической природы.

Корпус микросистемы: часть конструкции микросистемы, предназначенная для защиты от внешних дестабилизирующих воздействий, используемая при выполнении заданных функций и обеспечивающая соединение с внешними электрическими цепями, механическими и другими конструкциями.

Микродвигатель: микроустройство, выполняющее управляемое преобразование какого-либо вида энергии в работу. Микродвижитель: микроустройство, выполняющее функции автономного или управляемого движения.

(Примечание. Под движителем понимают техническое устройство, обеспечивающее перемещение в пространстве или на поверхности, например, колесный движитель, гусеничный движитель, шаговый движитель и др.).

Микроактюатор: микроустройство, выполняющие работу за счет потребления и преобразования энергии.

Элементы и компоненты микросистем

Микроподвес: элемент микросистемы, соединяющий две движущиеся части микросистемы.

Микробалка: элемент микросистемы с одним закрепленным концом.

Микробалка с двухсторонней фиксацией: элемент микросистемы с двумя закрепленными или опертыми концами.

Микроопора: элемент микросистемы, соединяющий подвижную часть конструкции с неподвижной основой - подложкой.

Микропривод: компонент микросистемы, используемый для приведения микрообъектов в состояние гармонических колебаний или вращений под воздействием управляющего сигнала.

Микротрансмиссия: компонент микросистемы, используемый для передачи вращения от микродвигателя к потребителям энергии.

Микроредуктор: компонент микросистемы, использующий зубчатую или червячную передачу для управляемого изменения угловой скорости и момента вращения микрообъекта.

Микропоршень: компонент микросистемы, который плотно перекрывает поперечное сечение микрообъекта и перемещается в направлении его оси при подаче управляющего сигнала или активирующей энергии.

Микрогребень: элемент микросистемы в форме встречноштыревой консоли, осуществляющий заданное движение под воздействием управляющего сигнала.

Микроторсион: элемент микросистемы, работающий на изгиб и кручение под воздействием управляющего сигнала.

Микроякорь: элемент микросистемы, неподвижный и служащий для закрепления других его частей или выполняющий вспомогательные конструктивно-технологические функции.

Микроограничитель: элемент микросистемы, предназначенный для заданного уровня ограничения перемещений других подвижных частей.

Микромембрана: компонент микросистемы в виде тонкой пленки или пластины, закрепленный по контуру и работающий на прогиб или вибрацию под воздействием управляющего сигнала.

Зубчатая микропередача: компонент микросистемы, предназначенный для передачи вращательного движения, изменения частоты, направления и характера вращения под воздействием управляющего сигнала.

Зубчатое микроколесо: компонент микросистемы, имеющий форму зубчатого колеса и предназначенный для передачи линейного движения, изменения скорости, направления и характера движения под воздействием управляющего сигнала.

Микрорычаг: элемент микросистемы, имеющий точку опоры и при воздействии управляющего сигнала выполняющий функцию уравновешивания большей силы меньшей.

Микрозажим: элемент микросистемы, осуществляющий управляемую фиксацию других его функциональных частей.

Микропинцет: элемент микросистемы, состоящий из двух пружинящих пластинок и выполняющий управляемую функцию захватывания и удерживания элементов микроструктуры.

Микропружина: элемент микросистемы, выполняющий функцию временного накопления энергии за счет упругой деформации при воздействии управляемой нагрузки.

Микромаховик: элемент микросистемы, выполняющий функцию аккумулятора механической энергии для выравнивания вращающих моментов и нагрузки микровалов.

Микроклапан (микрозаслонка): элемент микросистемы, выполняющий функцию управления расходом жидкости, пара или газа путем управляемого изменения площади проходного сечения.

Микропереключатель: часть конструкции микросистемы, выполняющая функцию управляемого физического замыкания или размыкания контактов.

Переменный микроиндуктор: элемент микросистемы, выполняющий функцию преобразования электрической энергии в энергию переменного магнитного поля, индуктивность которого изменяется путем управляемого перемещения элементов микроструктуры.

Переменный микроконденсатор: элемент микросистемы, выполняющий функцию управляемого конденсатора, емкость которого изменяется путем перемещения элементов микроструктуры.

Управляемый микрофильтр: компонент микросистемы, обеспечивающий управляемое распространение механических воздействий или электромагнитных волн оптического диапазона.

Угловой кубический микроотражатель: компонент микросистемы, осуществляющий под воздействием управляющего сигнала модулирование интенсивности отраженного электромагнитного излучения оптического диапазона.

Микросопло: элемент микросистемы, представляющий собой канал специального профиля, предназначенный для управляемого разгона микрообъемов жидкостей или газов до заданной скорости и придания их потоку заданного направления.

Микродроссель: элемент микросистемы, обеспечивающий понижение давления микрообъемов жидкостей или газов при их прохождении через сужение в канале или пористую перегородку.

Микронасос: компонент микросистемы, выполняющий функцию управляемого напорного перемещения микрообъемов жидкости, пара или газа в результате сообщения им энергии.

Микрореактор: компонент микросистемы, в объеме которого проходят управляемые химические реакции.

Микроканал: элемент микросистемы, обеспечивающий управляемое перемещение микрообъемов жидкостей.

Представленные понятия, термины и определения в области изделий микросистемной техники могут быть положены в основу создания системы параметров и характеристик, классификации и типовой идентификации изделий данного класса.

Авторы выражают глубокую признательность Алфимову С.М. за поддержку в проведении исследований и практических работ по проблематике изделий микросистемной техники и благодарность коллегам Борисенко Г.И., Караваеву В.В., Митину Ю.В., Мосичевой Л.И., Негиной Ю.С, Сиряченко Н.А., Соболеву В.А., Тохтуевой Н.С. за непосредственное участие и помощь в проведении работ.

Список литературы

1.Лучинин В.В. Микросистемная техника. Направления и тенденции развития // Научное приборостроение. 1999. Т. 9. №1.
2.Климов Д.М., Васильев А.А., Лучинин В.В., Мальцев П.П. Перспективы развития микросистемной техники в XXI веке // Микросистемная техника. 1999. №1. С. 3-6.
3.Корляков А.В., Лучинин В.В. Перспективная элементная база микросистемной техники // Микросистемная техника. 1999. №1. С. 12-15.
4.Бочаров Л.Ю., Мальцев П.П. Состояние и перспективы развития микроэлектромеханических систем за рубежом // Микросистемная техника. 1999. №1. С. 41-46.
5.Шалобаев Е.В. Микросистемная техника и механотроника: особенности соотношения микро- и макроуровней // Микросистемная техника. 2000. №4. С. 5-9.
6.Мальцев П.П., Телец В.А., Никифоров А.Ю. Технологии и изделия микроэлектромеханики // Микросистемная техника. 2001. №10.
7.Мальцев П.П., Телец В.А., Никифоров А.Ю. Интегрированные технологии и изделия микросистемной техники // Микросистемная техника. 2001. №11.
8.Степанов Ю.И., Гамкрелидзе С.А., Телец В.А. Мобильные мини-роботы на основе интегрированных технологий микросистемотехники // Микросистемная техника. 2002. №1.
9.Мальцев П.П. Перспективы разработки микросистемной техники в России // Микросистемная техника. 2002. №8.
10.Шелепин Н.А. Кремниевые преобразователи физических величин и компоненты датчиков. Датчики и микросистемы на их основе // Микросистемная техника. 2002. №9.
11.Королев М.А., Чаплыгин Ю.А., Тихонов Р.Д. Интегрированные микросистемы - перспективные элементы микросистемной техники // Микросистемная техника. 2003. №7.
12.Вернер В.Д., Пурцхванидзе И.А. Технологическая модульность в микросистемной технике // Микросистемная техника. 2003. №11.
13.Вернер В.Д., Мальцев П.П., Сауров А.Н., Чаплыгин Ю.А. Микросистемная техника. 2004. №7.
14.Лучинин В.В., Степанов Ю.И., Телец В.А. Микросистемная техника. Прикладные области применения. М.: Изд. МИРЭА (ТУ). 2004.
15.Мальцев П.П., Никифоров А.Ю., Телец В.А. Микроактюаторы. М.: Изд. МИРЭА (ТУ). 2004.
16.Иванов А.А., Мальцев П.П. Микросистемная техника - основа научно-технической революции в военном деле // Микросистемная техника. 2004. №10.
17.Мариничев В.Ю., Механцев Е.Б. Интегральный электрический микронасос // Микросистемная техника. 2004. №12.
18.Телец В.А., Алфимов С.М., Иванов А.А., Митин Ю.В. и др. Прикладные аспекты нанотехнологий // Наноиндустрия. 2007. №2.

ИЗДЕЛИЯ МИКРОСИСТЕМНОЙ ТЕХНИКИ -
ТЕРМИНЫ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ,
КЛАССИФИКАЦИЯ И ОБОЗНАЧЕНИЯ ТИПОВ

Впервые в отечественной практике публикаций представлены термины, определения и буквенные обозначения в системе параметров и характеристик в области изделий микросистемной техники, их классификация и обозначения типов

Предлагаемая публикация является тематическим продолжением работы [1] в части терминов, определений и буквенных обозначений системы параметров и характеристик изделий микросистемной техники (МСТ).

Функционально МСТ представляют собой интегрированные информационно-управляющие системы, структурно объединяющие подсистемы сбора и обработки информации в реальном масштабе времени для последующей выработки воздействий на исполнительные элементы и, в конечном счете, на объект управления [2-4].

МСТ, как правило, выполняются на основе базовых и (или) модифицированных технологических процессов микроэлектроники и содержат электронное устройство (прием, нормирование, первичное и вторичное преобразование сигналов, обработка, хранение, распределение и передача информации на актюатор) и исполнительное устройство (актюатор, силовое оконечное устройство).

Функции электронных управляющих устройств выполняют: чувствительные элементы преобразователей физических величин и компонентов датчиков (ПФВ ИКД); аналоговые мультиплексоры или аналоговые ключи и коммутаторы; устройства выборки и хранения; операционные и измерительные усилители; фильтры; аналого-цифровые и цифро-аналоговые преобразователи; компараторы напряжения; микропроцессоры и цифровые процессоры обработки сигналов; цифровые и логические схемы; запоминающие устройства; аналоговые демультиплексоры и др. [5].

Функции исполнительных устройств выполняют различные микроэлектромеханические, микрооптоэлектромеханические, микрофлюидные и иные устройства и их функциональные узлы в виде микродвигателей, элементов гидравлики, сопел, поршней, захватов, зацепов, редукторов, шестерней, зеркал и т.п. [6, 7].

Указанные функциональные подсистемы МСТ (или неполные микросистемы [1]) структурно могут состоять из различных наборов перечисленных выше электронных и, например, микромеханических устройств, и поэтому описываться по входам и выходам через принадлежащие этим устройствам параметры и характеристики. Тогда такие параметры и характеристики переходят в принадлежность МСТ в целом и описывают их технические и эксплуатационные свойства, увязываются с энергетическими, временными и надежностными показателями.

В соответствии с этой логикой характеристики входного сигнала МСТ становятся информативным параметром, связанным с измеряемой (контролируемой, преобразуемой) входной физической величиной, а характеристики выходного сигнала являются информативными параметрами на выходе МСТ. Указанные группы параметров и характеристик по входам и выходам увязаны между собой через заданную целевую функцию МСТ.

Система требований к испытаниям, приемке, поставке и эксплуатации изделий МСТ, как и других изделий в составе электронной компонентной базы, основывается на унифицированной системе параметров и характеристик, которые описывают функциональные, технические и эксплуатационные свойства изделий. В частности, на МСТ распространены [8] положения ГОСТ 17021 "Микросхемы интегральные. Термины и определения", ГОСТ 17467 "Микросхемы интегральные. Основные размеры", ГОСТ 18682 "Микросхемы интегральные. Система условных обозначений", ГОСТ 19480 "Микросхемы интегральные. Термины, определения и буквенные обозначения электрических параметров", ГОСТ Р 51068 "Датчики и преобразователи физических величин электронные. Термины и определения" и ряда других стандартов группы однородной продукции "микросхемы интегральные".

Технический уровень МСТ может быть представлен через совокупность входных, выходных, статических, динамических, энергетических, конструктивно-технологических и эксплуатационных параметров и характеристик.

Входные параметры и характеристики описывают вид, форму, амплитуду, диапазон изменений входных сигналов, входные сопротивление и емкость, число каналов приема информации: выходные параметры - вид, форму (аналоговую или цифровую), амплитуду, диапазон изменения, нагрузочную способность, число каналов распределения информации.

Статические параметры описывают разрешающую способность (чувствительность), погрешности преобразования (отнесенные к статическим - основная, дополнительная, аддитивная, мультипликативная, аппроксимации, линейности и проч.), а динамические параметры - быстродействие (времена задержки прохождения сигнала через устройство) и погрешности преобразования, отнесенные к динамическим.

Энергетические параметры указывают напряжения источников питания и опорных источников напряжения, токи потребления от указанных источников энергии, мощности рассеяния и потребления.

В эксплуатационных характеристиках приведены данные по устойчивости к воздействию дестабилизирующих факторов:

1. климатических - температуры, давления, влаги и т.п.;
2. специальных - радиационных излучений и агрессивных сред;
3. механических - вибраций, линейных ускорений и т.п.;
4. биологических - плесени, грибков;
5. изменений значений питающих и опорных напряжений и др.).

Конструктивно-технологические особенности конкретных типов МСТ могут быть выражены через систему идентификации вида исполнения (корпусное, бескорпусное, гибридно-модульное), значений статических потенциалов и проч.

Параметры и характеристики, в наибольшей степени выражающие специфические точностные и системные особенности МСТ, в первом приближении могут быть представлены в следующей, далеко не полной, совокупности [9, 10]:

1. чувствительность - характеристика изделия, определяемая отношением изменения выходного сигнала к вызывающему его изменению измеряемой (контролируемой) физической величины;
2. абсолютная аддитивная чувствительность к влияющей физической величине - чувствительность изделия, определяемая отношением максимального изменения входного сигнала при нулевом значении измеряемой (контролируемой) физической величины к изменению влияющей физической величины в пределах рабочей области значений;
3. относительная аддитивная чувствительность к влияющей физической величине - чувствительность изделия, определяемая отношением абсолютной аддитивной чувствительности к значению влияющей физической величины;
4. абсолютная мультипликативная чувствительность к влияющей физической величине - чувствительность изделия, определяемая отношением приращения коэффициента преобразования к вызвавшему его приращение значению влияющей физической величины;
5. относительная мультипликативная чувствительность к влияющей физической величине - чувствительность изделия, определяемая отношением абсолютной мультипликативной чувствительности к значению влияющей физической величины;
6. функция преобразования - зависимость информативного параметра выходного сигнала изделия от информативного параметра его входного сигнала с учетом внешних влияющих физических величин;
7. статическая погрешность - погрешность при измерении (контроле) постоянной физической величины;
8. динамическая погрешность - погрешность при измерении (контроле) переменной во времени физической величины;
9. систематическая погрешность - составляющая погрешности, значение которой остается постоянным или закономерно изменяющимся при повторных измерениях (контроле) и преобразовании физической величины;
10. случайная погрешность - составляющая погрешности, изменяющаяся случайным образом при повторных измерениях (контроле) и преобразовании физической величины;
11. дополнительная погрешность - составляющая погрешности, возникающая вследствие отклонения влияющей физической величины от нормального значения или вследствие выхода ее за пределы нормальной области значений;
12. погрешность аппроксимации - погрешность, определяемая различием градуировочной характеристики и его номинальной функции преобразования;
13. погрешность линейности - погрешность аппроксимации при линейной функции преобразования;
14. время преобразования (отклика) - интервал времени от момента начала изменения входного сигнала до момента появления соответствующего выходного сигнала;
15. частотный диапазон - диапазон частот, в котором обеспечивается заданная неравномерность амплитудно-частотной характеристики.

Как отмечалось ранее, указанная совокупность параметров может быть дополнена любым набором параметров и характеристик, функционально принадлежащим устройствам и узлам на входах и выходах МСТ конкретного класса и (или) типа.

Реализация МСТ в виде единой интегрированной системы или же в виде набора функциональных подсистем предполагает возможным использование свойства дуальности терминов, характеризующих сигналы на их входах и выходах (рис. 1, 2), которые в зависимости от того, рассматривается изделие микросистемной техники (микросистема) в целом или по функциональным частям (электронная информационно-управляющая микросистема или микросистема исполнения).

Рис. 1. Сигналы на входе и выходе интегральной полной микросистемы

Авторами проведен анализ всей имеющей смысл совокупности наборов параметров и характеристик, описывающих технический уровень и эксплуатационные свойства МСТ. Известными эвристическими методами определен состав базовых параметров и характеристик, рекомендуемых к использованию при составлении технических заданий на разработку МСТ и технических условий на поставку.

Представленные ниже термины, определения и буквенные обозначения параметров и характеристик МСТ увязаны между собой и систематизированы.

Активация, а: физико-химическое воздействие на входе микросистемы с целью ее перехода из одного заданного состояния в другое.

Градуировочная характеристика, F_г: заданная зависимость сигнала на выходе микросистемы от поставленного ему в соответствие сигнала на входе.

Передаточная характеристика, F_п: зависимость сигнала на выходе микросистемы от значений сигнала на ее входе, принятая во времени и в условиях воздействия внешних дестабилизирующих факторов.

Нелинейность, Δ_L: максимальное отклонение значений передаточной характеристики микросистемы от ее градуировочной характеристики.

Разрешающая способность, ν_a: наименьшее приращение сигнала на входе микросистемы, приводящее к ее активации.

Порог срабатывания, ν_п: значение сигнала на входе микросистемы, наименьшее приращение которого относительно нулевого значения приводит к заданному изменению сигнала на выходе.

Рис. 2. Сигналы на входе и выходе многокристальной (гибридной) полной микросистемы (курсивом - сигналы на выходе и входе неполных микросистем, как функциональных составных частей полной микросистемы)

Воспроизводимость, R: заданное соответствие значений сигнала на выходе микросистемы по циклам работы при постоянном значении сигнала на входе.

Выходной шум, n_вых: флуктуации сигнала на выходе микросистемы в отсутствие сигнала на входе.

Время срабатывания, t_cp: характеристика быстродействия микросистемы, выраженная во времени отклика сигнала на выходе.

Дрейф сигнала на выходе, Δ: изменение сигнала на выходе микросистемы при воздействии внешних дестабилизирующих факторов при постоянном сигнале на входе.

Амплитуда сигнала на выходе, А_п.ш: максимальное значение сигнала на выходе микросистемы, соответствующее значению полной шкалы диапазона воздействия сигнала на входе.

Гистерезис, h: разница между значениями сигналов на выходе микросистемы при равнозначных сигналах различной полярности на входе.

Мертвый ход: участок холостого хода передаточной характеристики микросистемы после смены полярности сигнала на входе.

Пороговая характеристика, F_пор: переходная характеристика, отражающая изменения сигнала на выходе микросистемы при ступенчатом воздействии сигнала на входе.

Стабильность, S: способность микросистемы выполнять функции при сохранении параметров в пределах установленных норм в процессе, и после воздействия внешних дестабилизирующих факторов.

Смещение нуля передаточной характеристики, ΔF₀: смещение передаточной характеристики микросистемы в ее нулевой точке, проявляющееся в наличии сигнала на выходе при отсутствии сигнала на входе.

Дрейф смещения нуля передаточной характеристики, ΔF_см. 0: нестабильность смещения нуля передаточной характеристики микросистемы при воздействии внешних дестабилизирующих факторов и старения.

Время готовности, t_гот: интервал времени от момента подачи напряжения питания до выхода микросистемы в заданный режим функционирования.

Диапазон выходного сигнала, ΔК_вых: область значений передаточной характеристики микросистемы, в пределах которой нормирована погрешность сигнала на выходе.

Определенность в области системы базовых параметров и характеристик МСТ позволила определиться с рациональной классификацией [11] и системой идентификации их типов.

Как уже отмечалось в настоящей статье, МСТ подразделяют на информационно-управляющие (неполные микросистемы), исполнения (неполные микросистемы) и полные (совмещенные информационно-управляющие микросистемы и микросистемы исполнения).

К классификационным признакам МСТ принято относить принцип действия, вид конструктивно-технологического исполнения, вид входного сигнала (физической величины), вид выходного сигнала (воздействия).

По принципу действия МСТ подразделяют на электромеханические, оптоэлектромеханические, теплофизические, флюидные, биотехнические.

По виду исполнения МСТ подразделяют на интегральные, гибридные и модульные.

По виду входного сигнала МСТ подразделяют на микросистемы, воспринимающие следующие физические величины (воздействия): температуру, давление, скорость, ускорение, силу, электрический сигнал, излучение, поле, состав среды, концентрацию вещества, иное.

По виду выходного сигнала (воздействия) МСТ подразделяют на изделия с сигналами: электрическим, оптическим, механическим, тепловым, химическим (биохимическим), иным.

Условное обозначение МСТ для полной технической идентификации типа должно состоять из следующего набора символов:

,

Пример полного условного обозначения МСТ типа 1999МСТ2ТМАУ, где:
1 - исполнение интегральное; 999 - номер разработки; МСТ - полная микросистема; 2 - номер разработки в серии 1999; Т - входная физическая величина - температура; М - выходное воздействие - механическое; А - типономинал группы "А"; У - в корпусе 5-го типа.

Представленные в публикации технические материалы могут быть положены в основу соответствующих нормативных документов в области МСТ.

Авторы выражают глубокую признательность С.М.Алфимову за поддержку в проведении исследований и практических работ по проблематике изделий микросистемной техники и благодарность коллегам Борисенко Г.И., Караваеву В.В., Митину Ю.В., Мосичевой Л.И., Негиной Ю.С, Сиряченко Н.А., Соболеву В.А., Тохтуевой Н.С. за непосредственное участие и помощь в проведении работ.

Список литературы

1.Изделия микросистемной техники - основные понятия и термины // Вернер В.Д., Коломенская Н.Г., Лучинин В.В., Телец В.А. и др. // Нано- и микросистемная техника. 2007. №12.
2.Вернер В.Д., Пурцхванидзе И.А. Микросистемы: проблемы и решения // Микросистемная техника. 2002. №10.
3.Королев М.А., Чаплыгин Ю.А., Тихонов Р.Д. Интегрированные микросистемы - перспективные элементы микросистемной техники // Микросистемная техника. 2003. №7.
4.Иванов А.А., Мальцев П.П. Микросистемная техника - основа научно-технической революции в военном деле // Микросистемная техника. 2004. №10.
5.Лучинин В.В., Степанов Ю.И., Телец В.А. Микросистемная техника. Прикладные области применения. М.: Изд. МИРЭА (ТУ), 2004.
6.Мальцев П.П., Никифоров А.Ю., Телец В.А. Микроактюаторы. М.: Изд. МИРЭА (ТУ), 2004.
7.Телец В.А. Микроэлектромеханические инерционные преобразователи физических величин: типовые варианты исполнения // Микросистемная техника. 2004. №2.
8.Телец В.А., Негина Ю.С, Орлов А.А. Направления, базовые составляющие и условия развития микросистемной техники специального назначения // Изв. высших учебных заведений. Электроника. 2005. №6.
9.Вернер В.Д. К терминологии в микросистемной технике // Микросистемная техника. 2005. №9.
10.Кузин А.Ю., Мальцев П.П., Телец В.А. О терминах в микросистемной технике // Микросистемная техника. 2002. №10.
11.Мальцев П.П. О классификации в микросистемной технике // Микросистемная техника. 2005. №1.