概要
- 微机电系统设计技术主要涉及在微观尺度上设计与制造机械系统。这类系统涵盖运动机构、执行器、传感器及控制器等组件，大量应用于医疗、生物等多元领域。
- 村田的微机电技术涵盖压电致动器、精细金属加工件、微流体通道、驱动电路等元件的设计专长，以及由这些元件组成的产品设计。还包含实现微米级（µm）精细组装产品的特色技术。
- 村田微机电系统设计技术的核心优势在于：有效整合多年积累的内部基础技术，并针对特定设计进行优化。
- 通过压电材料技术与流道设计的创新突破，村田微机电系统设计技术实现了高背压、高流量、低噪音等多样化性能特征，从而拓展了在医疗设备、便携/可穿戴设备等众多领域的应用场景。
村田的微机电系统技术
技术解析
村田微机电系统设计技术涵盖压电致动器、精细金属部件、驱动电路及微流体通道的设计技术，以及由这些构成要素组成的产品生产工艺设计技术。
- 压电致动器设计技术：压电致动器是通电后产生微小变形的陶瓷材料，代表性材料为PZT（Pb（Zr, Ti）O3：锆钛酸铅）。根据所需力值或位移量，设计出多种工作模式的类型，
例如伸缩变形或弯曲变形。其特点是响应速度快，能够在数十千赫兹（kHz）的高频下运行，且由于频率超出人类可听范围，运行时非常安静。
- 精细金属部件设计技术：精细金属元件在材料、形状和结构上经过精心设计，使其与压电致动器产生同频共振。专有的固定结构将能量限制在元件内部，很大限度地减少损耗并实现高质量因数。这使得在最小驱动力的情况下也能实现大振幅振动。
- 驱动电路设计技术：压电致动器与精细金属部件的共振频率会随温度、背压等环境条件波动。通过驱动电路设计技术，可在任意工作环境下将压电致动器驱动至理想共振频率，从而充分释放微机电产品的性能潜力。
- 微通道设计技术：在气泵内部形成高度介于数十至数百微米之间的微通道。
采用不需要阀门的流体设计方案，实现单向气流生成。流道横截面尺寸与长度直接影响气泵的流量性能和背压性能，二者存在显著权衡关系。
但凭借积累的流体分析与流道设计技术，现可针对特定应用场景设计适配的流量与背压性能，同时保持仅数毫米的纤薄结构。
- 微机电产品工艺设计技术：微机电产品内部形成的微小流道中，存在多处仅有1µm左右装配误差就会显著影响性能的部位，而这类精度控制对一般装配技术而言较为困难。
要达到所需精度，必须在特定温度条件下采用专用制造工艺。因此工艺设计与产品设计密不可分，需同步进行优化。
微机电产品结构实例
微机电产品中的基础技术示例
技术优势
村田在微机电系统设计领域的优势，在于能有效整合长期积累的核心技术专长——涵盖压电致动器、精细金属加工件、驱动电路及微流体通道等元件设计技术，并针对特定设计需求进行优化。
这些技术不仅支撑产品设计，更蕴含丰厚的实践智慧：包括运用制造方法与设备提高生产效率、通过仓储运输考量保障品质、以及洞悉长期可靠性——这些知识仅凭单一产品难以获得。正是这套全面的技术资产体系构成了我们的核心竞争力。
- 压电致动器设计洞察：通过多年多元化压电致动器的商业化实践，我们积累了针对特定应用场景设计制造压电致动器的技术与经验。涵盖多种工作模式（如伸缩模式与弯曲模式）、结构形式（单层与层压设计）及尺寸形态（从数十微米厚度到碟形、矩形及块状结构）。
- 精细金属部件的设计与加工技术：依托电子元件端子及外壳的设计制造经验，我们掌握精细金属部件的设计专长。薄金属板精密冲压技术、通过压接组装金属部件的精密模具技术等，已成为微机电系统不可或缺的核心能力。
用于固定压电致动器的精细加工金属部件示例
- 驱动电路设计专长：运用压电蜂鸣器驱动电路技术与陶瓷振荡器（Cerarock）振荡电路技术，设计能持续以谐振频率驱动压电执行器的电路。
压电致动器谐振频率驱动电路示例
- 微流体通道设计与分析技术：我们掌握丰富的流体分析技术，涵盖压电陶瓷烧结工艺及树脂成型技术中炉体的热流体分析。这些技术应用于微流体通道的分析设计，其中融合了文丘里效应和亥姆霍兹共振原理——这两项技术对设计超声驱动气泵至关重要。
微型鼓风机运行时的气流分布
技术的发展
村田制作所运用微机电系统设计技术开发的微型鼓风机，最初应用于移动燃料电池系统的空气泵。
初期仅将现有压电蜂鸣器设计技术与微流体通道设计技术结合，未能达到预期性能。通过借鉴另一产品——压电变压器的材料技术，村田成功确立了微型鼓风机的核心技术基础。
这款厚度仅几毫米的空气泵吸引了各行业的关注，使其应用范围不断拓展。通过优化流道设计，我们已开发并推出三类产品：一类旨在实现与小型设备散热风扇电机相当的流量性能，一类追求类似水族箱气泵的背压性能，另一类则专为吸气（进气）而非吹气（出气）场景设计。随着移动设备等电子产品发热量不断增加，以及医疗设备从笨重向便携化发展的趋势，其应用领域持续拓展。
具体而言，我们通过运用仿真技术进一步优化微通道设计，并采用新型压电致动器与金属加工部件的振动模式设计，实现了更高背压与流量性能。这使得上臂式血压计等需要高性能气泵的应用成为可能，同时使紧凑型便携设备和可穿戴设备得以实现强制风冷——这些设备此前无法容纳风冷风扇，从而充分发挥其特别特性，增强设备性能。
当前微型鼓风机市场需求呈现多元化趋势，涵盖尺寸增减、特定应用形态定制及吸气功能等方向。
为满足这些需求，我们将持续推进基础技术研发与产品设计革新，不断提高技术精密度。
本技术的应用案例
※链接至产品信息网站。
微型鼓风机
虽采用轻薄设计，仍具备高背压性能。凭借压电致动器高频驱动实现的静音运行与高速响应特性，广泛应用于气管插管气囊充气泵等领域。
微型鼓风机的其他应用场景
除医疗设备外，该技术还大量应用于紧凑型设备和可穿戴设备等多元领域。
Link: 微型风扇的特点 用途示例
致动器
凭借其响应电压产生迅速准确微位移的特性，微型鼓风机大量应用于位置控制装置，例如手机摄像头模组的自动对焦机构及数码相机的图像稳定系统。
Link: 压电致动器