微電子機械加工系統(tǒng)

前言

　　微電子機械加工系統(tǒng)（MEMS）是指以集成電路等工藝批量制作，集微型機械、微型傳感器、微型執(zhí)行器及信號處理和控制電路等于一體的裝置。它具有尺寸小、重量輕、響應快、精度高、性能優(yōu)和成本低等特點，其在工業(yè)、國防、航天、航海、醫(yī)學、生物工程、農(nóng)業(yè)等領域有著廣泛的應用前景?！　∥C電系統(tǒng)是微電子技術的拓寬和延伸，它與精密機械加工融為一體，能制造出外形輪廓尺寸在毫米、微米、甚至納米量級的微型機電裝置。MEMS制作技術包括微電子技術和微加工技術兩大部分。前者有硅片的拋光、氧化、光刻、摻雜擴散、引線等；后者有硅片腐蝕加工和硅片鍵合、封裝等。目前已制造出微型壓力傳感器、微型加速度傳感器、微型泵、微型閥、微型溝槽、微型執(zhí)行器、微型齒輪、微型電機、微型飛行器、微型陀螺、微型燃燒器、微型手術刀、微型血管內(nèi)注射器、DNA芯片、智能藥物釋放器以及微小衛(wèi)星等，并已在不同領域發(fā)揮重要作用?！　〗窈笤贛EMS材料、性能及檢查、元件設計與制造、加工效果觀察、元件封裝與測試方面實現(xiàn)標準化也是其發(fā)展方向之一。這將決定MEMS產(chǎn)業(yè)化發(fā)展的成功與否。

內(nèi)容概要

　　《微電子機械加工系統(tǒng)(MEMS)技術基礎》還詳細介紹了電學，熱學和力學有限元方法的要領，相關軟件的使用及硅片的加工處理方法。閱讀《微電子機械加工系統(tǒng)(MEMS)技術基礎》，可以為MEMS元件的設計和制造打下較好的基礎，從而可以靈活應用所學知識。MEMS技術是21世紀發(fā)展的重大技術，涉及國防、航天、醫(yī)療等領域?！段㈦娮訖C械加工系統(tǒng)(MEMS)技術基礎》以各種微型閥、微型泵、微型馬達、壓電元器件的制造為目的，闡述其功能，所依據(jù)的物理原理及定律。　　《微電子機械加工系統(tǒng)(MEMS)技術基礎》可供國防、航天、醫(yī)療等專業(yè)的技術人員閱讀，也可供大專院校有關專業(yè)師生參考。

書籍目錄

1　靜電場數(shù)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　靜電場中的泊松（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(shù)的近似表示1.3.2　泛函的計算過程1.3.3　綜合方程的系數(shù)矩陣形式1.4　靜電場有限元數(shù)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(shù)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　應力分析的輸出信息2.1.4　圖形輸出2.1.5　總評2.1.6　ANSYS的分析例子2.2　ANSYS軟件在硅島膜電容式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　問題的提出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　用結點位移表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　受徑向力圓環(huán)中正應力的周向分布規(guī)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向分布規(guī)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單晶元件各向異性正應變的計算2.7.1　概述2.7.2　在單軸應力下，進行X射線衍射實驗測量2.7.3　正應力作用下晶面正應變機理2.7.4　不同晶向正應變與正應力間的關系3　硅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　各向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　硅杯壓力腔口掩膜尺寸設計3.3.3　適合腐蝕法制備彈性膜的外延結構3.3.4　KOH各向異性腐蝕制作近似圓形膜技術3.3.5　各向異性腐蝕設備3.3.6　簡易雙面對準技術3.4　表面微機械加工——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系統(tǒng)的封裝4.1　MEMS系統(tǒng)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　共晶鍵合4.3.3　陽極鍵合4.3.4　冷焊4.3.5　釬焊4.3.6　硅-硅直接鍵合4.3.7　玻璃密封4.4　硅片與硅片低溫直接鍵合4.4.1　各種硅-硅直接鍵合法4.4.2　硅-硅酸鈉-硅低溫直接鍵合過程4.4.3　影響鍵合質量的因素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線5.1　MEMS元件的引線鍵合5.1.1　引線的作用5.1.2　對鍵合引線材料的要求5.1.3　MEMS元件中應用的引線鍵合工藝5.2　MEMS系統(tǒng)壓力傳感器的引線鍵合工藝5.2.1　超聲鍵合設備5.3　引線的可靠性與可鍵合性5.3.1　材料間鍵合接觸時的冶金學效應5.3.2　各種材料的鍵合接觸5.4　壓力傳感器的鍵合工藝及效果5.4.1　芯片電路及引線5.4.2　壓力傳感器鍵合工藝步驟6　MEMS元件的制作6.1　硅膜電容型壓力傳感器6.1.1　電容變化量與流體壓力的關系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　壓電方程與壓電系數(shù)6.2.3　表面電荷的計算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微型閥和微型泵的制作6.3.1　微型閥6.3.2　微型泵6.4　基于壓電原理的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制作6.5.1　利用擴散電阻作加熱器6.5.2　微型熱板式加熱器（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　微型燃燒器的制作參考文獻

編輯推薦

　　《微電子機械加工系統(tǒng)(MEMS)技術基礎》著重于MEMS元件設計中的有限元靜電場和電流場，溫度場，MEMS元件各向同性應力場和各向異性應變分析及壓電效應介紹?！段㈦娮訖C械加工系統(tǒng)(MEMS)技術基礎》重點還放在MEMS元件制造，包括硅片腐蝕加工和硅片鍵合，封裝和引線。編者在上述各方面曾作過許多研究，完成多項科研任務，有一定的經(jīng)驗和收獲。

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