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第1章 MEMS封装基础 1

1.1 概述 1

1.2 微机电系统和微系统 1

1.2.1 已商品化的MEMS 1

1.2.2 已商品化的微系统 2

1.3 微系统——日益增长的微型化趋势的解决方案 2

1.4 MEMS封装——微系统产业的主要挑战 4

1.5 微系统和微电子封装 5

1.6 微系统封装的关键问题 6

1.6.1 界面 6

1.6.2 封装和组装的容限 8

1.6.3 可靠的取-放工具 11

1.6.4 测试和评估 11

1.7 实用封装技术 11

1.7.1 晶片切割 11

1.7.2 键合技术 12

1.7.3 密封 13

1.8 封装设计与工艺流程 13

1.9 封装材料 15

1.10 微系统封装的寿命和可靠性 16

1.11 MEMS封装中的系统方法 17

1.12 本章小结 17

第2章 连接与键合技术 19

2.1 概述 19

2.2 微机电系统和微系统封装键合技术综述 19

2.3 黏合剂表面键合 21

2.3.1 黏合剂质量要求 21

2.3.2 几种典型的黏合剂商品 22

2.3.3 微型黏合剂分配器 23

2.3.4 键合过程控制及问题检测 24

2.4 共晶键合 24

2.5 阳极键合 25

2.5.1 玻璃与硅晶片之间的阳极键合 25

2.5.2 玻璃晶片之间的阳极键合 27

2.5.3 硅晶片间的阳极键合 27

2.5.4 阳极键合的设计因素 28

2.5.5 实例说明 30

2.6 硅融合 32

2.6.1 SFB的水合作用 32

2.6.2 SFB的亲水过程 34

2.6.3 SFB中的退火 34

2.6.4 SFB的应用 34

2.7 导线键合 34

2.8 键合过程故障检测——问题及解决方法 35

2.8.1 共晶模片键合／焊接剂键合 35

2.8.2 环氧树脂键合 38

2.8.3 导线互连 40

2.8.4 晶片倒装 47

2.8.5 实例分析 47

第3章 密封技术 51

3.1 概述 51

3.2 引言 51

3.3 集成密封过程 52

3.4 密封过程中的晶片键合 55

3.4.1 晶片直接键合过程 55

3.4.2 使用中间层进行晶片键合 57

3.5 真空密封过程 61

3.6 可靠性和加速测试 63

3.7 总结和未来趋势 68

第4章 微系统封装 73

4.1 概述 73

4.2 基本的MEMS封装过程 74

4.2.1 表面微机械的分离蚀刻 74

4.2.2 封装结构的选择 75

4.2.3 模片固定 75

4.2.4 导线键合与密封 78

4.2.5 封装区域的洁净度 79

4.3 MEMS封装的一些特殊问题 81

4.3.1 传感器与环境的相互作用 81

4.3.2 封装结构中的流体器件集成 83

4.4 集成微系统的开发 85

4.4.1 第一次尝试 87

4.4.2 第二次操作 88

4.5 寿命与可靠性：封装内部环境控制 91

4.5.1 真空封装 91

4.5.2 湿气控制 93

4.6 经验教训总结 94

第5章 自动化微组装 97

5.1 概述 97

5.2 自动微组装简介 97

5.2.1 微组装简介 97

5.2.2 MEMS封装中的微组装 98

5.2.3 连续和并行微组装 100

5.2.4 自动微组装系统现状 101

5.2.5 三维微组装的一个例子 103

5.3 微组装系统设计中的主要因素 104

5.3.1 概述 104

5.3.2 一般准则 104

5.3.3 尺寸效应 105

5.3.4 微尺度组装容限 105

5.3.5 其他重要设计因素 106

5.4 微组装系统的基本结构体系 107

5.4.1 组装流程的一个例子 107

5.4.2 系统功能的分解 108

5.4.3 系统的一般结构 108

5.4.4 讨论 114

5.5 微组装的基础技术 114

5.5.1 机械视觉技术 115

5.5.2 微作用力控制技术 116

5.5.3 组装方案的模拟验证 117

5.6 微组装工具的设计和制造 117

5.6.1 微钳设计 117

5.6.2 抓取力 118

5.6.3 驱动 118

5.6.4 制造技术 118

5.7 结论 119

第6章 测试与测试设计 124

6.1 概述 124

6.2 引言 124

6.3 加工过程的合格率 125

6.4 参数测试方法 126

6.5 自检测 130

6.6 为测试而设计：测试点 131

6.7 组装中的测试 132

6.8 微调 135

6.9 组装后的强化测试以及最终测试 136

6.10 可靠性测试 138

6.11 使用过程中的测试 138

6.12 结论 139

第7章 生命科学中的MEMS封装技术 142

7.1 概述 142

7.2 生命科学中的MEMS应用概述 142

7.3 医学应用器件的封装 143

7.3.1 一次性微压力传感器 143

7.3.2 可植入MEMS器件 144

7.3.3 其他医学应用 144

7.3.4 生物体适应性和管理条例 145

7.4 生物芯片封装 146

7.4.1 微阵列器件 146

7.4.2 芯片实验室／微流体芯片及其他生物芯片 147

7.4.3 微流体、化学、电子和光学器件的集成 148

7.4.4 成本划分 148

7.4.5 化学特性带来的限制性——材料和探测方法 149

7.5 流体连接系统 150

7.5.1 大型结构与微型结构的连接 150

7.5.2 流动体积、死水区和机械连接结构 151

7.5.3 密封技术和装配技术 152

7.5.4 表面镀膜 153

7.6 微电动力学系统 154

7.6.1 电动力学简介 154

7.6.2 电动力学驱动技术概述 154

7.6.3 电动力学系统中的实际问题 157

7.7 结论 157

第8章 射频和光学封装在远程通信及其他方面的应用 159

8.1 概述 159

8.2 引言 159

8.3 射频微机电系统封装 161

8.3.1 射频器件和系统 161

8.3.2 射频封装材料 162

8.3.3 电子器件封装和多芯片模块 163

8.3.4 芯片与封装结构之间的互连 164

8.3.5 芯片内的互连 166

8.3.6 晶片规模封装 167

8.4 光学微机电系统封装 169

8.4.1 光学系统和元件 169

8.4.2 光学互连 170

8.4.3 光学元件对准 173

8.4.4 芯片堆叠技术 174

8.4.5 光电混合封装 174

8.4.6 其他封装方法 175

8.4.7 光学MEMS封装实例 176

8.5 封装模拟 178

第9章 航天应用 182

9.1 概述 182

9.2 引言 182

9.3 太空环境 184

9.3.1 空间辐射环境 185

9.3.2 航天系统中异常／极限环境 190

9.4 航天系统中的封装 191

9.4.1 封装层次 191

9.4.2 航天系统中的先进封装技术 192

9.4.3 航天领域中封装的前沿研究 193

9.4.4 MEMS器件封装 195

9.5 可靠性和合格性 202

9.5.1 设计高风险系统的注意事项 202

9.5.2 可靠性和合格性策略 204

9.6 航天应用中的关键器件——MEMS开关 205

9.6.1 功率方面的应用 206

9.6.2 微波方面的应用 207

9.6.3 模拟系统方面的应用 207

9.6.4 数字系统方面的应用 208

9.6.5 自适应方面的应用 208

9.7 应用MEMS在封装中获得的改进 209

9.7.1 热处理 209

9.7.2 连接器和微插槽 210

9.7.3 提高精确性 211

9.8 航空系统中的系统工程回顾 211

9.8.1 设计原则 211

9.8.2 挑战与机遇 213

附录A 术语表 216

附录B 其他资源 224

附录C 名词索引 228