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MEMS和微系统-设计与制造PDF电子书下载

其他书籍

• 作 者：（美）徐泰然（Tai-Ran Hsu）着；王晓浩等译
• 出 版 社：北京市：机械工业出版社
• 出版年份：2004
• ISBN：7111132262
• 页数：402 页

图书介绍：本书介绍了微系统工程的发展、市场、产品等知识。 查看图书目录点击购买PDF全本电子书 上一篇：钢琴教程 2下一篇：当代伊斯兰原教旨主义运动 《MEMS和微系统-设计与制造》目录 标签：制造 设计 系统

第1章 MEMS和微系统概论1

1.1 MEMS和微系统1

1.2 典型MEMS和微系统产品6

1.3 微加工的发展10

1.4 微系统和微电子11

1.5 微系统设计和制造的多学科性质12

1.6 微系统和小型化14

1.7 微系统在汽车工业中的应用20

1.8 微系统在其他工业中的应用26

1.8.1 在卫生保健工业中的应用26

1.8.2 在航天工业中的应用27

1.8.3 在工业产品中的应用28

1.8.4 在消费产品中的应用28

1.8.5 在电信中的应用28

1.9 微系统的市场29

习题30

第2章 微系统的工作原理32

2.1 引言32

2.2 微传感器32

2.2.1 声波传感器33

2.2.2 生物医学传感器和生物传感器33

2.2.3 化学传感器36

2.2.4 光学传感器38

2.2.5 压力传感器39

2.2.6 热传感器45

2.3 微驱动47

2.3.1 热力驱动48

2.3.2 形状记忆合金驱动48

2.3.3 压电晶体驱动49

2.3.4 静电力驱动50

2.4 带有微型致动器的MEMS器件53

2.4.1 微型夹钳53

2.4.2 微型电动机55

2.4.3 微型阀56

2.4.4 微型泵58

2.5 微加速度计58

2.6 微流体器件61

习题63

第3章 微系统设计和制造的工程科学66

3.1 引言66

3.2 物质的原子结构66

3.3 离子和离子化68

3.4 物质的分子理论和分子间力69

3.5 半导体掺杂71

3.6 扩散工艺73

3.7 等离子物理79

3.8 电化学80

3.8.1 电解81

3.8.2 电液动力学82

3.9 量子物理学85

习题86

第4章 微系统设计中的工程力学90

4.1 概述90

4.2 薄板的静力弯曲91

4.2.1 周边固支圆板的弯曲93

4.2.2 四边固支矩形板的弯曲95

4.2.3 四边固支正方形板的弯曲96

4.3 机械振动99

4.3.1 基本公式99

4.3.2 共振102

4.3.3 微型加速度计104

4.3.4 加速度计的设计理论105

4.3.5 阻尼系数112

4.3.6 谐振式微传感器119

4.4 热力学123

4.4.2 蠕变124

4.4.1 材料机械强度的热效应124

4.4.3 热应力125

4.5 断裂力学135

4.5.1 应力强度因子135

4.5.2 断裂韧度137

4.5.3 界面断裂力学139

4.6 薄膜力学141

4.7 有限元应力分析概述142

4.7.1 原理142

4.7.2 工程应用143

4.7.3 FEA的输入信息144

4.7.4 FEA应力分析的输出信息144

4.7.5 图形输出145

4.7.6 总评145

习题146

5.2 宏观和介观流体力学基础回顾151

5.1 引言151

第5章 热流体工程和微系统设计151

5.2.1 流体的粘性152

5.2.2 流线和流管154

5.2.3 控制体和控制面154

5.2.4 流动模式和雷诺数154

5.3 连续介质流体动力学基本方程154

5.3.1 连续性方程154

5.3.2 动量方程156

5.3.3 运动方程159

5.4 圆管中的层流流动161

5.5 计算流体动力学163

5.6 微管道中不可压缩流体的流动165

5.6.1 表面张力165

5.6.2 毛细效应167

5.6.3 微泵168

5.7 亚微米和纳米尺度的流体流动169

5.7.2 努森数和马赫数170

5.7.1 稀薄气体170

5.7.3 微气体流动建模171

5.8 固体中的热传导概述173

5.8.1 热传导的一般原理173

5.8.2 热传导的傅立叶定律174

5.8.3 热传导方程175

5.8.4 牛顿冷却定律176

5.8.5 固体-流体相互作用177

5.8.6 边界条件178

5.9 多层薄膜中的热传导182

5.10 亚微米尺度固体中的热传导187

5.10.1 薄膜的热导率189

5.10.2 薄膜的热传导方程190

习题191

6.2 几何结构学中的尺度197

第6章 微型化中的尺度效应197

6.1 尺度的介绍197

6.3 刚体动力学中的尺度200

6.3.1 动力中的尺度200

6.3.2 Trimmer力尺度向量200

6.4 静电力中的尺度202

6.5 电磁力中的尺度204

6.6 电学中的尺度206

6.7 流体力学中的尺度207

6.8 热传递中的尺度210

6.8.1 热传导中的尺度210

6.8.2 热对流中的尺度211

习题213

第7章 用于MEMS和微系统的材料215

7.1 引言215

7.2 衬底和晶片215

7.3 活性衬底材料216

7.4 作为衬底材料的硅217

7.4.1 用于MEMS的理想衬底217

7.4.2 单晶硅和晶片217

7.4.3 晶体结构220

7.4.4 密勒指数222

7.4.5 硅的力学性能224

7.5 硅化合物226

7.5.1 二氧化硅226

7.5.2 碳化硅227

7.5.3 氮化硅227

7.5.4 多晶硅228

7.6 硅压电电阻229

7.7 砷化镓233

7.8 石英234

7.9 压电晶体235

7.10.1 作为工业材料的聚合物240

7.10 聚合物240

7.10.2 用于MEMS和微系统的聚合物241

7.10.3 导电聚合物241

7.10.4 Langmuir-Blodgett（LB）膜242

7.11 封装材料243

习题245

8.2.1 概述249

8.2 光刻249

8.1 引言249

第8章 微系统加工工艺249

8.2.2 光刻胶及其应用251

8.2.3 光源252

8.2.4 光刻胶的处理252

8.2.5 光刻胶的去除和烘干253

8.3 离子注入253

8.4 扩散256

8.5.1 热氧化258

8.5 氧化258

8.5.3 热氧化的速率259

8.5.2 二氧化硅259

8.5.4 由颜色来确定氧化层厚度263

8.6 化学气相沉积263

8.6.1 CVD的工作原理264

8.6.2 CVD中的化学反应264

8.6.3 沉积的速率265

8.6.4 增强CVD271

8.7 物理气相沉积——溅射273

8.8 外延沉积274

8.9 腐蚀276

8.9.1 化学腐蚀277

8.9.2 等离子刻蚀277

8.10 微加工工艺小结278

习题279

9.2 体硅微制造284

第9章 微制造综述284

9.1 引言284

9.2.1 腐蚀技术概述285

9.2.2 各向同性腐蚀和各向异性腐蚀285

9.2.3 湿法腐蚀286

9.2.4 自停止腐蚀288

9.2.5 干法腐蚀289

9.2.6 干法腐蚀与湿法腐蚀的比较293

9.3 表面微加工293

9.3.1 概述293

9.3.2 一般过程294

9.3.3 表面微加工中的力学问题296

9.4 LIGA工艺298

9.4.1 LIGA工艺概述298

9.4.2 基底和光刻胶的材料300

9.4.4 SLIGA工艺301

9.4.3 电镀301

9.5.1 体硅微制造302

9.5.2 表面微加工302

9.5.3 LIGA工艺302

习题302

9.5 微制造小结302

第10章 微系统设计307

10.1 引言307

10.2 设计根据308

10.2.1 设计约束309

10.2.2 材料选择310

10.2.3 制造工艺选择311

10.2.4 信号转换选择312

10.2.5 机电系统314

10.3 工艺设计315

10.3.1 光刻315

10.2.6 封装315

10.3.2 薄膜加工316

10.3.3 结构成型318

10.4 力学设计318

10.4.1 热力学负载318

10.4.2 热力学应力分析319

10.4.3 动力学分析319

10.4.4 界面破坏分析324

10.5 有限元方法力学设计324

10.5.1 有限元方程324

10.5.2 微加工工艺仿真329

10.6 微压力传感器硅芯片的设计331

10.7 微流体网络系统的设计335

10.7.1 微管道中的流动阻力336

10.7.2 毛细管电泳网络系统339

10.7.3 毛细管电泳网络系统的数学模型340

10.8 设计实例：毛细管电泳网络系统341

10.9 计算机辅助设计346

10.9.1 为什么用计算机辅助设计346

10.9.2 微系统计算机辅助设计程序包是什么346

10.9.3 如何选择计算机辅助设计程序包349

10.9.4 计算机辅助设计实例349

习题354

第11章 微系统封装359

11.1 引言359

11.2 微电子机械封装概述360

11.3 微系统封装362

11.3.1 封装设计的一般考虑363

11.3.2 微系统封装的三个等级363

11.3.3 芯片级封装363

11.3.4 器件级封装365

11.3.5 系统级封装365

11.4 微系统封装的接口问题366

11.5 主要的封装技术367

11.5.1 芯片准备367

11.5.2 表面键合368

11.5.3 引线键合372

11.5.4 密封374

11.6 三维封装376

11.7 微系统的装配377

11.8 封装材料的选择381

11.9 信号转换和传递383

11.9.1 微系统中的典型电信号383

11.9.2 阻抗的测量383

11.9.3 压力传感器中的信号转换和传递384

11.9.4 容抗的测量386

11.10 设计实例：压力传感器的封装387

习题391

参考文献394

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摘要：本文以《MEMS和微系统-设计与制造.pdf电子书版文档下载》为中心，详细阐述了MEMS和微系统的设计与制造技术。文章从MEMS技术概述、设计方法、制造工艺和未来发展趋势四个方面进行了深入探讨，旨在为读者提供全面了解MEMS和微系统设计与制造的知识体系。

1、MEMS技术概述

MEMS（微机电系统）是一种集成了微型传感器、执行器、信号处理和控制电路的微型系统。它具有体积小、重量轻、功耗低、响应速度快等优点，广泛应用于航空航天、生物医疗、汽车电子等领域。MEMS技术的发展，推动了微电子、微机械、微光学、微流体等多个学科的交叉融合。

MEMS技术主要包括以下几个关键环节：传感器设计、执行器设计、信号处理和控制电路设计。其中，传感器和执行器是MEMS技术的核心，它们决定了MEMS系统的性能和功能。

MEMS技术的发展历程可以分为三个阶段：第一阶段是20世纪80年代，主要研究MEMS传感器和执行器的原理和设计方法；第二阶段是20世纪90年代，MEMS技术开始应用于实际产品中；第三阶段是21世纪，MEMS技术进入快速发展阶段，应用领域不断拓展。

2、设计方法

MEMS设计方法主要包括仿真设计、实验设计和优化设计。仿真设计是利用计算机软件对MEMS系统进行建模和分析，以预测其性能和可靠性。实验设计是通过搭建实验平台，对MEMS系统进行实际测试和验证。优化设计是在仿真和实验的基础上，对MEMS系统进行参数优化，以提高其性能和可靠性。

仿真设计常用的软件有ANSYS、COMSOL等，它们可以模拟MEMS系统的力学、电磁、热学等行为。实验设计常用的设备有微加工设备、测试设备等，可以验证MEMS系统的性能和可靠性。优化设计常用的方法有遗传算法、粒子群算法等，可以快速找到最优的设计参数。

在实际设计中，仿真、实验和优化三个环节相互关联，共同推动MEMS设计的发展。仿真设计为实验设计提供理论依据，实验设计验证仿真设计的正确性，优化设计则进一步提高MEMS系统的性能。

3、制造工艺

MEMS制造工艺主要包括微加工工艺、封装工艺和测试工艺。微加工工艺是MEMS制造的核心，主要包括光刻、蚀刻、沉积、抛光等步骤。封装工艺是将MEMS芯片与其他电子元件进行封装，以保护芯片并提高其可靠性。测试工艺是对MEMS系统进行性能测试和可靠性测试，以确保其满足设计要求。

微加工工艺是MEMS制造的关键，其精度和可靠性直接影响MEMS系统的性能。目前，常用的微加工工艺有硅微加工、玻璃微加工、聚合物微加工等。封装工艺主要包括芯片级封装和系统级封装，其目的是提高MEMS系统的可靠性和稳定性。测试工艺主要包括功能测试、性能测试和可靠性测试，以确保MEMS系统满足设计要求。

随着MEMS技术的不断发展，制造工艺也在不断进步。新型微加工工艺、封装工艺和测试工艺的涌现，为MEMS技术的应用提供了更多可能性。

4、未来发展趋势

MEMS技术的未来发展趋势主要体现在以下几个方面：一是高性能化，即提高MEMS传感器的灵敏度、分辨率和响应速度；二是多功能化，即集成多种功能于一体的MEMS系统；三是低成本化，即降低MEMS制造和应用的成本；四是智能化，即实现MEMS系统的自主感知、决策和执行。

高性能化是MEMS技术发展的基础，通过提高MEMS传感器的性能，可以拓展其应用领域。多功能化是MEMS技术发展的方向，通过集成多种功能于一体的MEMS系统，可以满足更多应用需求。低成本化是MEMS技术发展的关键，通过降低制造和应用的成本，可以推动MEMS技术的普及。智能化是MEMS技术发展的未来，通过实现MEMS系统的自主感知、决策和执行，可以使其在智能控制、智能监测等领域发挥更大作用。

总之，MEMS技术的未来发展趋势是多方面的，需要从多个角度进行研究和探索。

总结：

本文对《MEMS和微系统-设计与制造.pdf电子书版文档下载》进行了详细阐述，从MEMS技术概述、设计方法、制造工艺和未来发展趋势四个方面进行了深入探讨。通过对MEMS和微系统设计与制造技术的全面了解，有助于读者更好地把握该领域的发展动态和趋势。

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