微机电系统与设计PDF电子书下载

第1章 微机电系统概论 1

1.1 微机电系统的基本概念和特点 1

1.2 微机电系统的起源 4

1.3 微机电系统的国内外现状 6

1.3.1 国外的发展现状 6

1.3.2 国内的发展现状 7

1.4 微机电系统的应用及展望 8

1.4.1 微机电系统在国防中的应用 8

1.4.2 微机电系统在汽车工业中的应用 9

1.4.3 微机电系统在生物医学中的应用 11

1.4.4 微机电系统在其他工业中的应用及展望 13

第2章 微机电系统的工作原理 14

2.1 基本工作原理分析 14

2.1.1 电容效应 14

2.1.2 压阻效应 18

2.1.3 压电效应 19

2.1.4 静电效应 22

2.1.5 热力效应 23

2.1.6 形状记忆合金效应 25

2.2 微传感器 27

2.3 微执行器 36

第3章 用于微机电系统的材料 44

3.1 硅及其化合物 44

3.1.1 硅 44

3.1.2 硅化合物 49

3.2 陶瓷 50

3.3 聚合物 51

3.4 金属 54

3.5 凝胶 56

3.6 电流变体 56

第4章 微机电系统的相关制造技术 59

4.1 传统超精密和特种微细加工技术 59

4.1.1 超精密微加工技术 59

4.1.2 微细特种技工技术 61

4.2 硅微机械加工技术 78

4.2.1 微机电系统中常用的IC工艺 78

4.2.2 表面微加工技术 87

4.2.3 体微加工技术 90

4.3 键合技术 97

4.4 LIGA技术 101

4.4.1 LIGA技术基本原理和工艺步骤 101

4.4.2 LIGA技术的特点 103

4.4.3 准LIGA技术 103

4.4.4 LIGA和准LIGA技术的应用 104

第5章 微机电系统的设计和建模 106

5.1 微机电系统设计的类型和任务 106

5.1.1 微机电系统设计类型 106

5.1.2 微机电系统设计任务 107

5.2 微机电系统的设计原则、方法和流程 107

5.2.1 微机电系统设计原则 107

5.2.2 微机电系统设计方法 108

5.2.3 设计流程 109

5.3 微机电系统的建模 112

5.3.1 MEMS建模的概念、目的和要求 112

5.3.2 MEMS建模的级别 113

5.3.3 宏模型 114

5.3.4 MEMS的功能元件和结构元件 116

5.4 微加工工艺设计和仿真 118

5.4.1 微加工工艺设计 118

5.4.2 微加工工艺仿真 119

5.5 微电子机械系统的计算机辅助设计技术 120

5.5.1 MEMS CAD设计原则 121

5.5.2 MEMS CAD结构体系 121

5.5.3 MEMS CAD工具 122

5.5.4 MEMS CAD的特点 124

5.6 设计例子 125

5.6.1 MEMS分级别建模例子 125

5.6.2 MEMS CAD例子 126

第6章 微机电系统设计中的工程力学和尺度效应 129

6.1 应力和应变 129

6.1.1 应力和应变的定义 129

6.1.2 应力—应变的一般关系 131

6.2 梁的弯曲应力 132

6.2.1 梁的类型 132

6.2.2 纯弯曲下的纵向应变 132

6.2.3 梁的弹性形变常数 134

6.2.4 梁的扭曲变形 135

6.3 薄板的静力弯曲 136

6.4 薄膜力学 138

6.5 机械振动 139

6.5.1 基本公式 140

6.5.2 共振和品质因数 140

6.5.3 阻尼系数 142

6.6 断裂力学 144

6.6.1 应力强度因子 144

6.6.2 断裂韧度 145

6.6.3 界面断裂力学 146

6.7 热力学 147

6.7.1 热应力 147

6.7.2 材料机械强度的热效应 149

6.7.3 蠕变 150

6.8 流体力学 150

6.9 微机电系统的尺度效应 152

6.9.1 微摩擦基础 152

6.9.2 热学的尺度效应 153

6.9.3 微流体的尺度效应 155

6.9.4 微执行器的尺度效应 157

6.9.5 尺度效应实例 159

第7章 微机电系统的封装技术 161

7.1 微机电系统的封装等级和接口 162

7.1.1 封装设计的一般考虑和分类 162

7.1.2 封装的三个等级 163

7.1.3 封装的接口问题 164

7.2 MEMS封装流程 165

7.3 主要封装技术 166

7.3.1 芯片准备：划片 166

7.3.2 芯片安装连接技术 166

7.3.3 引线键合技术 167

7.3.4 密封技术 168

7.3.5 抗粘连处理技术 169

7.3.6 封装添加剂技术 169

7.3.7 一些典型的新封装技术 170

7.4 封装材料的选择 172

7.4.1 导电材料 172

7.4.2 壳体材料 173

7.4.3 连接材料 173

7.4.4 密封材料 173

7.4.5 添加剂材料 174

7.5 封装设计实例：微压力传感器的封装 175

第8章 微机电系统的检测技术 178

8.1 典型的检测工具 178

8.1.1 扫描隧道显微镜测量技术 178

8.1.2 原子力显微镜测量技术 185

8.2 微机械结构材料特性的检测 188

8.2.1 残余应力和弹性模量的测量 189

8.2.2 刚度和硬度的测量 191

8.2.3 抗拉强度和失效应变的测量 192

8.2.4 热导率和热扩散率的测量 194

8.3 微机械结构的性能检测 196

8.3.1 微型构件三维几何尺寸的测量 196

8.3.2 薄膜构件的膜厚测量 198

8.3.3 微量力的测量 199

8.3.4 微执行器运动速度的测量 200

8.4 微机电系统的性能检测 200

8.4.1 物理输入量的测量 201

8.4.2 输出量的检测 201

参考文献 203