微電子機械加工係統(MEMS)技術基礎孫以材 pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

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孫以材，龐鼕青著 著

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• MEMS
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• MEMS技術
• 孫以材
• 機械工程
• 電子工程
• 集成電路
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齣版社： 冶金工業齣版社

ISBN：9787502447946

商品編碼：29729316043

包裝：平裝

齣版時間：2009-03-01

基本信息

書名:微電子機械加工係統(MEMS)技術基礎孫以材

：26.00元

售價：17.7元,便宜8.3元,摺扣68

作者:孫以材,龐鼕青著

齣版社：冶金工業齣版社

齣版日期：2009-03-01

ISBN：9787502447946

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版次：1

裝幀：平裝

開本：大32開

商品重量：0.4kg

編輯推薦

本書著重於MEMS元件設計中的有限元靜電場和電流場，溫度場，MEMS元件各嚮同性應力場和各嚮異性應變分析及壓電效應介紹。本書重點還放在MEMS元件製造，包括矽片腐蝕加工和矽片鍵閤，封裝和引綫。編者在上述各方麵曾作過許多研究，完成多項科研任務，有一定的經驗和收獲。

內容提要

MEMS技術是21世紀發展的重大技術，涉及國防、航天、醫療等領域。本書以各種微型閥、微型泵、微型馬達、壓電元器件的製造為目的，闡述其功能，所依據的物理原理及定律。本書還詳細介紹瞭電學，熱學和力學有限元方法的要領，相關軟件的使用及矽片的加工處理方法。閱讀本書，可以為MEMS元件的設計和製造打下較好的基礎，從而可以靈活應用所學知識。
本書可供國防、航天、醫療等專業的技術人員閱讀，也可供大專院校有關專業師生參考。

目錄

1 靜電場數值計算有限元方法
1.1 靜電場中重要定律和方程
1.1.1 歐姆定律
1.1.2 奧-高定律
1.1.3 靜電場中的泊鬆（poisson）方程
1.1.4 高斯定理
1.1.5 格林定理
1.1.6 靜電場能量
1.2 變分原理與泛函
1.2.1 變分原理與泛函
1.2.2 場域中存在電荷時泛函L（φ）
1.3 靜電場有限元法的計算過程
1.3.1 場域的剖分與函數的近似錶示
1.3.2 泛函的計算過程
1.3.3 綜閤方程的係數矩陣形式
1.4 靜電場有限元數值計算在電流場電勢分析中的應用實例
1.4.1 概述
1.4.2 原理
1.4.3 計算結果
2 應力場數值計算有限元方法
2.1 有限元應力分析概述
2.1.1 原理
2.1.2 FEA的輸入信息
2.1.3 應力分析的輸齣信息
2.1.4 圖形輸齣
2.1.5 總評
2.1.6 ANSYS的分析例子
2.2 ANSYS軟件在矽島膜電容式MEMS壓力傳感器設計中的應用
2.2.1 ANSYS力學分析步驟
2.2.2 問題的提齣
2.2.3 ANSYS分析
2.3 MEMS彈性膜的二維有限元應力計算原理
2.3.1 彈性膜的有限元剖分
2.3.2 虛功原理的應用
2.3.3 單元剛度方程與整體剛度方程
2.3.4 整體剛度方程的求解
2.3.5 彈性膜應力分布有限元法計算結果
2.4 壓力傳感器三維有限元法應力計算簡介
2.4.1 單元的選擇與形變自由度
2.4.2 用結點位移錶示單元中任何一點位移
2.4.3 單元剛度矩陣
2.4.4 總體剛度方程
2.4.5 計算結果
2.5 高溫壓力傳感器熱模擬
2.5.1 概述
2.5.2 AIN、Si02、A1203作為絕緣層時的比較
2.5.3 散熱層不同厚度時襯底溫度的比較
2.5.4 散熱層不同厚度時電阻中心點溫度的比較
2.6 受徑嚮力圓環中正應力的周嚮分布規律及其應力計算的分析解法
2.6.1 概述
2.6.2 由格林定理推導正應力的周嚮分布規律
2.6.3 力的平衡條件
2.6.4 利用力矩平衡條件決定A值
2.6.5 計算結果
2.7 MEMS單晶元件各嚮異性正應變的計算
2.7.1 概述
2.7.2 在單軸應力下，進行X射綫衍射實驗測量
2.7.3 正應力作用下晶麵正應變機理
2.7.4 不同晶嚮正應變與正應力間的關係
3 矽MEMS元件的化學腐蝕微機械加工
3.1 概況
3.2 濕化學腐蝕
3.2.1 電化學腐蝕機理
3.2.2 影響腐蝕速率的因素
3.2.3 陽極腐蝕法
3.2.4 凸角腐蝕及其補償
3.2.5 無掩膜KOH腐蝕技術
3.2.6 各嚮異性腐蝕過程計算機模擬
3.2.7 腐蝕過程的幾何分析
3.2.8 二維腐蝕過程計算機模擬
3.2.9 三維腐蝕過程計算機模擬
3.3 微電子機械元件的壓力腔腐蝕工藝
3.3.1 常用腐蝕液及其特性
3.3.2 矽杯壓力腔口掩膜尺寸設計
3.3.3 適閤腐蝕法製備彈性膜的外延結構
3.3.4 KOH各嚮異性腐蝕製作近似圓形膜技術
3.3.5 各嚮異性腐蝕設備
3.3.6 簡易雙麵對準技術
3.4 錶麵微機械加工——犧牲層技術
3.5 等離子體刻蝕技術在微細圖形加工中的應用
3.6 微細電化學加工技術
3.6.1 微細電鑄
3.6.2 微細電解加工
4 MEMS係統的封裝
4.1 MEMS係統的封裝意義及要求
4.1.1 封裝的作用與意義
4.1.2 MEMS封裝設計中需要考慮的重要問題
4.1.3 封裝結構及封裝材料
4.1.4 接口問題
4.1.5 封裝外殼設計
4.1.6 熱設計
4.1.7 封裝過程引起的可靠性問題
4.1.8 封裝成本
4.2 焊球柵陣列倒裝芯片封裝技術
4.3 MEMS中芯片封接方法
4.3.1 黏結
4.3.2 共晶鍵閤
4.3.3 陽極鍵閤
4.3.4 冷焊
4.3.5 釺焊
4.3.6 矽-矽直接鍵閤
4.3.7 玻璃密封
4.4 矽片與矽片低溫直接鍵閤
4.4.1 各種矽-矽直接鍵閤法
4.4.2 矽-矽酸鈉-矽低溫直接鍵閤過程
4.4.3 影響鍵閤質量的因素
4.4.4 質量檢測方法
4.5 封接材料的性質
5 微電子機械元件的引綫
5.1 MEMS元件的引綫鍵閤
5.1.1 引綫的作用
5.1.2 對鍵閤引綫材料的要求
5.1.3 MEMS元件中應用的引綫鍵閤工藝
5.2 MEMS係統壓力傳感器的引綫鍵閤工藝
5.2.1 超聲鍵閤設備
5.3 引綫的可靠性與可鍵閤性
5.3.1 材料間鍵閤接觸時的冶金學效應
5.3.2 各種材料的鍵閤接觸
5.4 壓力傳感器的鍵閤工藝及效果
5.4.1 芯片電路及引綫
5.4.2 壓力傳感器鍵閤工藝步驟
6 MEMS元件的製作
6.1 矽膜電容型壓力傳感器
6.1.1 電容變化量與流體壓力的關係
6.1.2 測定方法
6.2 壓電型壓力傳感器
6.2.1 壓電材料和壓電效應
6.2.2 壓電方程與壓電係數
6.2.3 錶麵電荷的計算
6.2.4 壓電型壓力傳感器的電荷測量
6.2.5 壓電型壓力傳感器的結構及其特點
6.3 MEMS微型閥和微型泵的製作
6.3.1 微型閥
6.3.2 微型泵
6.4 基於壓電原理的MEMS微驅動器
6.4.1 壓電納米驅動器
6.4.2 壓電噴墨頭
6.5 氣體傳感器陣列中微加熱器的製作
6.5.1 利用擴散電阻作加熱器
6.5.2 微型熱闆式加熱器（MHP）
6.5.3 絕緣層之間的金屬Pt膜或多晶Si膜作加熱器
6.6 微型燃燒器的製作
參考文獻

作者介紹

文摘

序言

MEMS（微電子機械係統）技術，作為集成電路技術與微機械加工技術深度融閤的産物，正以前所未有的速度滲透到我們生活的方方麵麵。它巧妙地將微小的機械部件與電子元件封裝在同一芯片上，賦予瞭普通矽片“感知”和“運動”的能力，從而催生瞭從消費電子到尖端醫療、從航空航天到工業自動化等無數創新應用。 MEMS技術的魅力在於其“微”的尺度和“智”的集成。想象一下，一個比頭發絲還要細小的傳感器，能夠精準地感知壓力、溫度、加速度，甚至生物分子；或者一個微型的執行器，可以以納米級的精度進行定位和操控。這些曾經隻存在於科幻小說中的場景，如今已成為現實。MEMS技術的發展，不僅 miniaturized 瞭我們熟悉的設備，更重要的是，它開闢瞭全新的功能領域，使得智能化、小型化、低功耗、低成本的解決方案成為可能。 MEMS技術的核心要素： MEMS技術的實現，離不開一係列關鍵的支撐技術和工藝流程。這些技術如同構建一座精巧建築的磚石和工具，缺一不可。 微加工技術： 這是MEMS製造的基石。它藉鑒瞭半導體工業成熟的平麵工藝，並在此基礎上發展齣瞭一係列三維微結構的製造方法。 體矽加工 (Bulk Micromachining)： 這種技術通過化學蝕刻的方式，從矽體中移除不需要的部分，從而形成凸起或凹陷的結構。常用的蝕刻技術包括乾法蝕刻（如反應離子刻蝕 RIE）和濕法蝕刻（如KOH、TMAH等）。體矽加工能夠製造齣相對厚重、堅固的結構，適用於製造微型梁、懸臂梁、微鏡等。然而，它的缺點是材料利用率較低，且難以製造復雜的側嚮結構。 錶麵矽加工 (Surface Micromachining)： 這種技術則是在基底上沉積一層或多層材料（犧牲層和結構層），然後通過選擇性地去除犧牲層來形成微型結構。這就像建造一個微型模型，先鋪設底座（犧牲層），再在上麵搭建主體（結構層），最後移除底座。錶麵矽加工能夠製造齣更精細、更復雜的二維和三維結構，常用於製造微型齒輪、微型馬達、微型梁等。它的優勢在於材料利用率高，能夠實現多層堆疊。 LIGA (Lithographie,Galvanoformung,Abformung) 工藝： 這是一種結閤瞭X射綫光刻、電鑄和注塑成型的工藝。LIGA工藝能夠製造齣具有高深寬比（厚度遠大於寬度）的金屬或聚閤物微結構，例如微型齒輪、微型泵、微型連接器等。這種工藝能夠生産齣非常堅固、精度極高的微器件，但成本相對較高，設備也較為昂貴。 矽穿孔技術 (Through-Silicon Via, TSV)： 隨著MEMS器件的集成度不斷提高，二維的平麵結構已經無法滿足需求。TSV技術通過在矽片上鑽穿垂直的通孔，然後將這些通孔金屬化，從而實現多層矽片的垂直互聯。這極大地提高瞭器件的集成度和性能，是實現三維MEMS器件的關鍵技術。 微傳感器技術： MEMS器件的核心功能往往在於其“感知”能力。微傳感器種類繁多，應用廣泛，它們能夠將物理、化學或生物信號轉化為電信號。 壓力傳感器： 通過監測微型膜片在壓力作用下的形變，利用壓阻效應或壓容效應將壓力轉化為電信號。廣泛應用於汽車安全氣囊、氣象監測、醫療器械等。 加速度計： 基於牛頓第二定律，通過監測微型質量塊在加速度作用下的位移，利用壓阻、壓容或壓電效應將加速度轉化為電信號。用於智能手機的傾斜檢測、汽車的防抱死刹車係統（ABS）、電子穩穩器（ESC）等。 陀螺儀： 利用科裏奧利力效應，監測微型質量塊在鏇轉運動下的振動變化，從而測量角速度。廣泛應用於導航係統、無人機、VR/AR設備等。 慣性測量單元 (IMU)： 集成瞭加速度計和陀螺儀，能夠同時測量綫性和角速度，提供更全麵的運動信息。 微流控芯片 (Microfluidic Chips)： 在微米尺度的通道內操控和分析微量流體。在生物醫學診斷、藥物研發、化學分析等領域有著巨大的潛力。 生物傳感器： 將生物識彆元件（如抗體、酶、DNA）與微型換能器集成，用於檢測特定的生物分子，如血糖、病毒、細菌等。 微執行器技術： MEMS器件的另一重要功能是“運動”能力，即通過微型執行器實現精確的機械運動。 微電機： 包括微型馬達、微型齒輪、微型泵等，能夠實現鏇轉、直綫運動或流體輸送。 微鏡： 可以用於光信號的反射和偏轉，在光通信、顯示技術（如DMD芯片）中有廣泛應用。 微閥門和微泵： 用於精確控製微量流體的流動，在微流控係統、醫療輸液泵等領域至關重要。 熱驅動執行器： 利用材料的熱膨脹特性，通過加熱産生形變，從而驅動微型結構運動。 封裝技術： MEMS器件的性能很大程度上取決於其封裝。由於MEMS器件通常包含活動部件，因此其封裝需要保護這些部件免受環境汙染，同時又要保證其能夠正常工作，並且能夠與外部電路進行有效連接。 腔體封裝 (Cavity Packaging)： 為MEMS器件內部的活動部件創建一個真空或惰性氣體環境，以減少空氣阻力，提高器件的性能和壽命。 密封技術： 采用各種材料和工藝（如鍵閤、焊接、環氧樹脂封裝）來確保封裝的密封性，防止灰塵、水分等進入。 引綫鍵閤和倒裝芯片： 將MEMS芯片上的電極與外部電路連接。 MEMS技術的應用領域： MEMS技術的廣泛應用，正在深刻地改變著我們的生活和工作方式，並在眾多領域展現齣巨大的價值。 消費電子： 這是MEMS技術最普及的應用領域。智能手機中的加速度計、陀螺儀、麥剋風、壓力傳感器，讓你的手機具備瞭感應運動、語音交互、高度測量等功能。平闆電腦、智能手錶、遊戲控製器、無人機等也都離不開MEMS器件。 汽車電子： MEMS在汽車安全和舒適性方麵扮演著至關重要的角色。安全氣囊中的壓力傳感器、防抱死刹車係統（ABS）和電子穩定性控製係統（ESC）中的加速度計和陀螺儀，以及發動機控製中的壓力和溫度傳感器，都在默默地保障著行車安全。此外，胎壓監測係統（TPMS）也是MEMS技術的典型應用。 醫療健康： MEMS技術為醫療診斷和治療帶來瞭革命性的變化。微流控芯片可以用於快速、低成本的疾病診斷，例如血糖監測、病毒檢測。可穿戴式健康監測設備中的微型傳感器，能夠實時監測心率、體溫、血氧等生理指標。微型植入式設備，如心髒起搏器、藥物輸送泵，也正在利用MEMS技術實現更小的體積和更高的集成度。 工業自動化： 在工業領域，MEMS傳感器用於監測設備的運行狀態、環境參數，實現精準控製和預測性維護。例如，在機器人、精密機械、流程控製係統中，MEMS器件能夠提供高精度的測量數據，提高生産效率和産品質量。 航空航天： 在航空航天領域，MEMS器件的輕便、高精度和可靠性使其成為理想選擇。用於導航、姿態控製、飛行姿態測量，以及監測飛機和航天器內部的壓力、溫度等參數。 通信與光電子： MEMS技術在光通信領域也有著廣泛的應用，例如MEMS光開關、光調製器等，用於構建更高效、更靈活的光網絡。 MEMS技術的未來展望： MEMS技術的未來發展充滿瞭無限可能。隨著材料科學、納米技術、生物技術和人工智能的不斷進步，MEMS技術將迎來更加激動人心的發展階段。 更高的集成度與多功能化： 未來MEMS器件將朝著更高的集成度發展，將更多的傳感器、執行器甚至微處理器集成到同一芯片上，實現更復雜的功能。 更智能的感知與決策： 結閤AI算法，MEMS器件將能夠實現更高級彆的環境感知和自主決策能力，例如智能識彆和分類物體，或者預測和應對潛在的危險。 生物醫學領域的突破： MEMS與生物技術、醫學的融閤將催生更多創新的診斷、治療和監測手段，例如體內微型機器人、個性化藥物輸送係統等。 柔性與可穿戴設備： 柔性MEMS器件的發展將推動可穿戴設備和植入式醫療設備的進步，使其更加舒適、隱形且功能強大。 能源采集與自供電： MEMS技術還可以用於開發微型能量采集器，利用環境中的微小能量（如振動、溫差）為器件供電，從而實現真正的無綫和自供電。 MEMS技術，作為微觀世界的“超級英雄”，正以前所未有的力量推動著科技的進步和社會的變革。它不僅是信息時代不可或缺的“眼睛”和“手”，更是未來智能社會的重要驅動力。理解和掌握MEMS技術，將為我們打開一個充滿機遇的微觀世界。

評分☆☆☆☆☆

排版布局和圖錶質量是這本書另一個值得稱贊的亮點，這在很多技術書籍中常常被忽視。書中對於關鍵結構和工藝流程的示意圖，全部采用瞭高質量的矢量圖形，綫條銳利，層次分明，尤其是那些三維剖麵圖，簡直像藝術品一樣，讓人一眼就能理解復雜的堆疊結構。作者對於圖錶的注釋和編號管理做得極好，圖注簡潔明瞭，並且在正文中引用時，總是能精確地引導讀者，不會齣現“見圖X”卻找不到對應圖片的尷尬情況。相較於一些老舊的教材，圖片加載速度快，色彩還原度高，即使是放大觀察微結構細節，也依然保持清晰。這種對視覺輔助材料的重視，極大地提升瞭復雜概念的可視化學習體驗，讓抽象的技術細節變得觸手可及。

評分☆☆☆☆☆

這本書的裝幀設計著實讓人眼前一亮，封麵采用瞭啞光處理，觸感溫潤，中央的圖案設計巧妙地將電路闆的精細紋理與微觀世界的抽象美感結閤在一起，配色上選擇瞭沉穩的深藍與科技感的銀灰，給人一種既專業又充滿探索欲的感覺。內頁紙張的選擇也很用心，厚度適中，墨色清晰，長時間閱讀下來眼睛不易疲勞，這對於需要反復查閱和仔細研讀的理工科教材來說至關重要。尤其是章節標題的排版，采用瞭簡潔的無襯綫字體，關鍵術語的加粗和高亮處理得恰到好處，使得讀者可以迅速定位到核心信息。不過，如果能在書脊處增加一個彈性書簽帶就更完美瞭，畢竟翻閱這種工具書時，快速迴到上次閱讀的位置是剛需。總的來說，作為一本技術專著，它的物理呈現質量已經達到瞭一個很高的水準，讓人願意捧在手裏細細品味。

評分☆☆☆☆☆

語言風格方麵，這本書錶現齣一種罕有的剋製與精準。它避免瞭過多的華麗辭藻，每一個句子都像經過瞭嚴格的篩選，直奔主題，信息密度極高。這種行文風格非常適閤需要高效獲取知識的讀者群體，可以最大程度地減少閱讀中的“噪音”。尤其在數學推導和公式引用時，作者的處理方式非常嚴謹，所有變量的定義和下標的含義都會在首次齣現時給齣清晰的解釋，這避免瞭讀者在復雜的傅裏葉變換或應力分析中迷失方嚮。然而，這種極緻的精煉也帶來瞭一個小小的挑戰：對於完全沒有相關背景的新手來說，可能需要搭配其他入門讀物來“預熱”一下，否則最初幾章的密度會讓人感覺有點“硬核”。不過，一旦跨過瞭最初的門檻，其高效的知識傳遞率會讓你慶幸當初的堅持。

評分☆☆☆☆☆

這本書的實踐指導價值簡直是無價之寶，它絕非那種隻停留在理論層麵空談的學術著作。章節末尾附帶的“工程挑戰與案例分析”闆塊，簡直是為工程實踐者量身定做的“避坑指南”。我根據書中的一個關於矽通孔（TSV）製造的流程圖進行瞭初步的仿真驗證，書中提供的工藝窗口參數參考值，在我的模擬環境中錶現齣瞭極高的準確性和穩定性，這極大地節省瞭我反復試錯的時間。更難得的是，它還討論瞭工藝參數微小波動對最終器件性能的影響閾值，這種對“良率”和“可靠性”的關注，體現瞭作者深厚的産業經驗，而不是純粹的學術想象。對於即將進入實驗室或工廠工作的科研人員來說，這本書更像是一本隨身的工藝手冊和故障排除手冊的結閤體。

評分☆☆☆☆☆

內容深度上，這本書的敘述方式極具啓發性，它沒有將復雜的物理原理和工程實踐視為冰冷的公式堆砌，而是像一位經驗豐富的老工程師在娓娓道來。初學者在接觸到諸如光刻、刻蝕等核心工藝時，常常會感到概念模糊，但作者似乎深諳此道，總能用一個形象的比喻或一個具體的工業應用場景來解釋抽象的理論，比如在解釋薄膜沉積的原子層控製時，作者將其類比為“精密的積木搭建”，一下子就讓讀者抓住瞭關鍵的微觀控製思想。這種由淺入深、由宏觀到微觀的邏輯遞進，使得學習麯綫變得平緩。我特彆欣賞其中關於材料科學特性的討論部分，它不僅僅停留在“是什麼”，更深入探討瞭“為什麼會這樣”，這種對根源問題的追問，真正培養瞭讀者的工程直覺和解決問題的能力，遠超一般教科書的講解深度。