第1章 微系统技术基础 1
1.1 微系统的定义和超越摩尔定律 1
1.1.1 微系统的定义 1
1.1.2 微系统的功能及意义 2
1.1.3 超越摩尔定律 4
1.1.4 微系统的主要特点 6
1.2 微系统发展的迫切性 7
1.2.1 发展微系统的迫切性和意义 7
1.2.2 不断增长的市场需求 8
1.2.3 微系统的发展历程 8
1.3 关键推动技术 9
1.3.1 微系统设计思想 10
1.3.2 异质集成技术 10
1.3.3 先进功能材料技术 15
1.3.4 仿真验证及可靠性测试技术 19
1.4 微系统制造典型工艺——硅基工艺 19
1.4.1 硅基表面加工和体加工技术概述 21
1.4.2 光刻 22
1.4.3 薄膜沉积 22
1.4.4 掺杂 24
1.4.5 刻蚀 25
1.4.6 SOI＋DRIE技术在微系统中的应用 28
1.5 微系统制造典型工艺——非硅基工艺 31
1.5.1 非硅微加工技术及其特点 31
1.5.2 非硅基MEMS技术中的LIGA工艺 31
1.5.3 在军事上最具前景的UV-LIGA技术 38
1.6 小结 41
参考文献 41
第2章 高动态微系统 44
2.1 高动态微系统内涵 44
2.1.1 高动态环境下的微系统 44
2.1.2 尺寸效应下高动态微系统的挑战 45
2.1.3 高动态微系统的优势 45
2.2 高动态微系统的工作环境及特点 46
2.3 高动态微系统设计及关键功能器件 48
2.3.1 高动态微系统设计思想 48
2.3.2 高动态环境下微传感器技术 49
2.3.3 高动态环境下执行器技术 60
2.3.4 高动态环境下微电源技术 66
2.3.5 高动态微系统精确时钟控制技术 77
2.4 高动态微系统关键集成技术 81
2.4.1 高动态微系统双向流程集成技术 81
2.4.2 高动态微系统加固技术 82
2.4.3 高动态微系统可靠性及抗干扰技术 83
2.5 高动态微系统发展现状及趋势 83
2.5.1 航空航天高动态微系统 83
2.5.2 高动态微系统在兵器中的应用 85
2.5.3 微型多功能作战平台 87
2.6 小结 90
参考文献 90
第3章 微系统互连技术 93
3.1 引线键合技术 94
3.1.1 引线键合技术概述 94
3.1.2 引线键合形式 99
3.1.3 引线键合质量评估和失效分析 101
3.2 导电聚合物键合技术 110
3.2.1 导电聚合物键合简介 110
3.2.2 导电黏结剂综述 110
3.2.3 聚合物键合工艺 114
3.2.4 聚合物键合质量控制 124
3.3 倒装芯片及多芯片组件技术 127
3.3.1 倒装芯片技术概述 127
3.3.2 倒装芯片加工技术 128
3.3.3 多芯片组件技术 131
3.4 芯片尺寸封装与焊球阵列封装技术 135
3.4.1 芯片尺寸封装概述 135
3.4.2 芯片尺寸封装技术 136
3.4.3 焊球阵列封装技术 139
3.5 小结 143
参考文献 144
第4章 微系统封装集成技术 145
4.1 微系统封装集成概述 145
4.2 微系统封装集成的关键技术 149
4.2.1 界面技术 149
4.2.2 精度和可靠性 150
4.2.3 组装可靠性与可测试性 152
4.2.4 高质量密封技术 153
4.3 微系统封装的三个等级及集成设计 155
4.3.1 芯片级封装 155
4.3.2 器件级封装 156
4.3.3 系统级封装 158
4.3.4 关键的后工艺——内部环境控制 163
4.4 高动态微系统封装集成基本过程 164
4.4.1 表面微加工 164
4.4.2 封装的选择 165
4.4.3 芯片连接 165
4.4.4 电连接和密封 167
4.4.5 封装区域的清洁 167
4.4.6 模块化高动态微系统封装集成 167
4.4.7 特殊问题 169
4.5 典型微传感器封装集成 170
4.5.1 微压力传感器 170
4.5.2 加速度计 173
4.5.3 流量传感器 174
4.5.4 化学传感器 177
4.5.5 光学传感器 178
4.5.6 磁传感器 180
4.5.7 微流体器件 181
4.6 MEMS与IC的集成 182
4.6.1 IC与微系统集成 182
4.6.2 纳米系统集成典型案例 186
4.7 微系统封装测试标准 191
4.8 小结 192
参考文献 192
第5章 高动态微系统的力学防护技术 193
5.1 高动态微系统力学防护的必要性 193
5.2 高动态环境下多谐振荡电路的输出响应 198
5.2.1 多谐振荡电路 199
5.2.2 模拟试验平台的搭建 203
5.2.3 试验过程及数据采集 205
5.3 高动态微系统的防护理论及防护方法 209
5.3.1 典型硬目标的侵彻理论 210
5.3.2 应力波效应 214
5.3.3 微系统失效的主要原因 215
5.3.4 钻地弹侵彻问题的研究方法 216
5.4 高动态微系统的防护措施 218
5.4.1 从内部提高引信抗高过载的主要途径 219
5.4.2 应用MEMS技术提高引信抗高过载能力 220
5.4.3 提高引信抗高过载性能的缓冲措施 221
5.5 缓冲材料的防护效果 223
5.5.1 材料的缓冲机理 223
5.5.2 工程常选用的缓冲材料 224
5.5.3 侵彻模型建立和材料模型 225
5.5.4 缓冲材料的效果数值模拟及对比分析 231
5.6 防护结构的防护效果 234
5.6.1 防护结构设计 234
5.6.2 防护材料的选择 236
5.6.3 侵彻过程中不同防护结构的仿真分析 239
参考文献 247
第6章 高动态微系统的可靠性及失效机理 251
6.1 高动态微系统可靠性及失效机理研究的必要性 251
6.2 高动态微系统可靠性分析研究 252
6.2.1 微系统典型失效模式与机理 252
6.2.2 仿真方法研究 258
6.2.3 可靠度计算方法 259
6.3 微系统安保装置多场耦合仿真 267
6.3.1 离心力和后坐力耦合仿真 268
6.3.2 后坐力、离心力和温度耦合仿真 270
6.3.3 不同离心力作用影响 271
6.3.4 尺寸作用影响 276
6.4 微系统固态开关多场耦合仿真 279
6.4.1 COB封装方式仿真 279
6.4.2 倒装焊封装方式仿真 284
参考文献 290
第7章 传感器、执行器和供电一体化集成微系统 293
7.1 驻极体机制 293
7.1.1 驻极体的物理原理 294
7.1.2 驻极体的分类及电学特性 295
7.2 驻极体的极化技术 298
7.2.1 电晕极化技术 298
7.2.2 紫外线极化技术 299
7.2.3 软X射线极化技术 300
7.3 驻极体在高度集成微系统的应用 301
7.3.1 驻极体微传感器 302
7.3.2 驻极体微执行器 305
7.3.3 驻极体微能源器 308
7.4 压电驻极体机制 315
7.4.1 压电驻极体的压电性 316
7.4.2 压电驻极体的基本理论 317
7.5 压电驻极体制备技术 319
7.5.1 压电驻极体的工业制备及局限性 319
7.5.2 压电驻极体的MEMS工艺制备 321
7.6 压电驻极体极化技术 323
7.6.1 介质阻挡放电极化及局限性 323
7.6.2 软X射线极化技术 324
7.7 压电驻极体在高度集成微系统的应用 326
7.7.1 压电驻极体微传感器 326
7.7.2 压电驻极体微能源器 333
7.8 传感器-执行器-自供电高度集成微系统展望 339
参考文献 340