微機(jī)械與微細(xì)加工技術(shù)

前言

隨著微技術(shù)（Microtechnology）的不斷發(fā)展，以形狀尺寸微小、操作尺度極小為特征的微機(jī)械已成為人們從微觀角度認(rèn)識和改造客觀世界的一種高新技術(shù)。微機(jī)械在國防、醫(yī)療、儀器檢測、材料等領(lǐng)域，尤其是活動(dòng)空間狹小、操作精度要求高、功能需要高度集成的航空航天等領(lǐng)域，具有廣泛的應(yīng)用前景。微機(jī)械不僅涉及微電子學(xué)、微機(jī)械學(xué)、微光學(xué)、微動(dòng)力學(xué)、微流體力學(xué)、微熱力學(xué)、材料學(xué)、物理學(xué)、化學(xué)和生物學(xué)等廣泛的學(xué)科領(lǐng)域，而且涉及從材料、設(shè)計(jì)、制造、控制、能源直到檢測、集成、封裝等一系列的技術(shù)環(huán)節(jié)。微機(jī)械技術(shù)的發(fā)展以上述學(xué)科和技術(shù)為基礎(chǔ)，反過來也將帶動(dòng)相關(guān)學(xué)科和技術(shù)的發(fā)展。此外，微機(jī)械技術(shù)還有望成為研究納米技術(shù)的重要手段。因此，微機(jī)械被列為本世紀(jì)末10大關(guān)鍵技術(shù)之首，并受到各工業(yè)發(fā)達(dá)國家的高度重視。如：歐洲的尤里卡計(jì)劃明確提出將微機(jī)械作為一個(gè)重要的研究內(nèi)容，并在法、德兩國組織實(shí)施；美國國會(huì)也把微機(jī)械的研究作為21世紀(jì)重點(diǎn)發(fā)展的學(xué)科之一；日本通產(chǎn)省已于1991年啟動(dòng)一項(xiàng)為期10年的微機(jī)械研究計(jì)劃。在我國，微機(jī)械與微細(xì)加工技術(shù)的研究也得到了許多部門的重視，國防科工委已提出將微型慣性測量組合MIMU（Micro Inertia Mea-surement Unit）等作為微機(jī)械的發(fā)展重點(diǎn)；國家科委、國家自然科學(xué)基金委員會(huì)也都將微機(jī)械與微細(xì)加工技術(shù)列為重點(diǎn)發(fā)展方向之一。微機(jī)械作為一門學(xué)科出現(xiàn)，總共不過幾年時(shí)間，國內(nèi)外有關(guān)研究也還不成熟。

內(nèi)容概要

　　微機(jī)械被譽(yù)為21世紀(jì)最具代表性的技術(shù)之一。《微機(jī)械與微細(xì)加工技術(shù)》共分8章，結(jié)合作者近年來的研究工作，系統(tǒng)地介紹了微機(jī)械學(xué)科的起源、發(fā)展過程及當(dāng)前國內(nèi)外該學(xué)科的研究內(nèi)容與成果，內(nèi)容包括微機(jī)械理論基礎(chǔ)、微機(jī)械材料與微結(jié)構(gòu)、微細(xì)加工技術(shù)、準(zhǔn)分子激光微細(xì)加工技術(shù)、微檢測技術(shù)、微傳感器、微致動(dòng)器及其它微器件、典型微型電子機(jī)械系統(tǒng)與微機(jī)器人等等?！段C(jī)械與微細(xì)加工技術(shù)》可供從事微機(jī)械研究的科技人員使用，也可供相關(guān)學(xué)科的師生參考。

作者簡介

苑偉政，男，1961年生，博士，教授，博士研究生導(dǎo)師?，F(xiàn)任西北工業(yè)大學(xué)現(xiàn)代制造工程研究所所長兼微機(jī)械與微細(xì)加工技術(shù)研究室主任，機(jī)械制造學(xué)科跨世紀(jì)學(xué)科帶頭人。主要從事微機(jī)械與微細(xì)加工技術(shù)、CAM與CIMS、難加工材料切削加工與精密加工技術(shù)等方面的研究工作。近年來主持承擔(dān)了包括國家自然科學(xué)基金在內(nèi)的24項(xiàng)研究課題，獲省部級科技進(jìn)步獎(jiǎng)5項(xiàng)，發(fā)表研究論文40余篇，其中10余篇被工程索引（EI）收入。馬炳和，男，1972年生，河北省辛集市人，博士，西北工業(yè)大學(xué)講師。主要研究方向?yàn)槲㈦娮訖C(jī)械系統(tǒng)（MEMS）、微細(xì)加工技術(shù)、精密測試技術(shù)等。

書籍目錄

緒論第一章 微機(jī)械理論基礎(chǔ)1.1 微機(jī)械學(xué)1.2 微動(dòng)力學(xué)1.3 微電子學(xué)1.4 微光學(xué)1.5 微流體力學(xué)1.6 微熱力學(xué)1.7 微摩擦學(xué)1.8 納米生物學(xué)1.9 分子裝配技術(shù)第二章 微機(jī)械材料與微結(jié)構(gòu)2.1 引言2.2 微機(jī)械材料2.2.1 硅材料2.2.2 形狀記憶材料2.2.3 壓電陶瓷／電致伸縮材料2.2.4 超磁致伸縮材料2.2.5 電流變體2.2.6 磁流變體2.2.7 有機(jī)聚合物材料2.3 微結(jié)構(gòu)與微型智能結(jié)構(gòu)2.3.1 主動(dòng)控制結(jié)構(gòu)類2.3.2 被動(dòng)阻尼結(jié)構(gòu)類第三章 微細(xì)加工技術(shù)3.1 引言3.2 硅微細(xì)加工技術(shù)3.2.1 薄膜制備技術(shù)3.2.2 微機(jī)械器件薄膜制備技術(shù)3.3 光刻技術(shù)3.3.1 光刻掩模制作工藝3.3.2 曝光技術(shù)3.3.3 刻蝕技術(shù)3.3.4 表面薄膜的化學(xué)刻蝕加工3.4 犧牲層技術(shù)3.5 外延技術(shù)3.6 高能束刻蝕技術(shù)3.6.1 離子束刻蝕3.6.2 等離子體刻蝕3.6.3 激光刻蝕3.7 LIGA技術(shù)3.8 微細(xì)立體光刻技術(shù)3.9 精密放電加工技術(shù)與超精密機(jī)械加工技術(shù)3.10 微機(jī)械裝配與集成3.10.1 堆裝技術(shù)3.10.2 封裝技術(shù)3.10.3 集成制造技術(shù)第四章 準(zhǔn)分子激光微細(xì)加工技術(shù)4.1 引言4.2 準(zhǔn)分子激光器及其工作原理4.2.1 準(zhǔn)分子與準(zhǔn)分子激光器4.2.2 準(zhǔn)分子激光器的泵浦方式4.3 直寫微細(xì)加工的準(zhǔn)分子激光光束特性4.3.1 直寫微細(xì)加工4.3.2 光束特性4.4 準(zhǔn)分子激光直寫微細(xì)加工4.4.1 聚焦準(zhǔn)分子激光直接刻蝕硅材料4.4.2 準(zhǔn)分子激光輔助刻蝕硅材料4.4.3 準(zhǔn)分子激光直寫微細(xì)加工4.5 準(zhǔn)分子激光直寫微細(xì)加工系統(tǒng)4.5.1 系統(tǒng)構(gòu)成與工作原理4.5.2 加工控制與監(jiān)測4.5.3 加工光斑4.5.4 掃描運(yùn)動(dòng)4.5.5 聲光調(diào)制器4.5.6 直寫微細(xì)加工及其CAD／CAM4.5.7 系統(tǒng)的加工精度分析4.6 準(zhǔn)分子激光直寫刻蝕基本規(guī)律4.6.1 微加工材料表面的顯微形貌4.6.2 準(zhǔn)分子激光對于硅材料的直接刻蝕規(guī)律4.6.3 單脈沖刻蝕情況.4.6.4 熱量與熱影響區(qū)4.6.5 刻蝕深度的變化規(guī)律4.6.6 由沖擊破壞現(xiàn)象引起的受力情況分析4.7 光束質(zhì)量的改善措施第五章 微檢測技術(shù)5.1 引言5.2 現(xiàn)代微觀檢測方法與設(shè)備5.2.1 掃描探針顯微鏡5.2.2 干涉與測量5.3 微機(jī)械結(jié)構(gòu)的幾何尺寸測量5.3.1 測量方法的分析與選擇5.3.2 基于光切法的微結(jié)構(gòu)尺寸測量5.3.3 基于光切法的圖像測量系統(tǒng)設(shè)計(jì)5.3.4 微結(jié)構(gòu)件幾何尺寸測量示例5.4 物理量測量5.4.1 彈性模量測量5.4.2 殘余應(yīng)力測量5.4.3 測量與結(jié)果第六章 微傳感器6.1 引言6.2 電量檢測傳感器6.2.1 壓電式傳感器6.2.2 電容式傳感器6.2.3 壓阻式傳感器6.3 機(jī)械量微傳感器6.3.1 結(jié)構(gòu)彈性變形微傳感器6.3.2 機(jī)械振動(dòng)結(jié)構(gòu)徽傳感器6.3.3 振動(dòng)體激勵(lì)微傳感器6.3.4 諧振集成微傳感器……第七章 微致動(dòng)器及其它微器件第八章 典型微型電子機(jī)械系統(tǒng)與微機(jī)器人

章節(jié)摘錄

插圖：微電子的騰飛有賴于相關(guān)科技的支持，反過來它的發(fā)展也為更高層次上的科技飛躍帶來了契機(jī)。伴隨對硅、鍺等半導(dǎo)體材料的進(jìn)一步深入研究，源于微電子集成制造的硅微細(xì)加工技術(shù)逐漸成熟起來。1987年美國利用IC工藝首次制作出了直徑為100um的硅靜電微型電機(jī)，轉(zhuǎn)子直徑僅為60um。這一突破性的成就開辟了微型電子機(jī)械系統(tǒng)MEMS（或稱微機(jī)械）的嶄新領(lǐng)域，從而為微米科技的研究注入了新內(nèi)容。作為一個(gè)綜合性的新型學(xué)科，它已成為當(dāng)今世界范圍內(nèi)的研究熱點(diǎn)。從微機(jī)械的加工方法來看，它主要起源于硅集成制造技術(shù)。因此微機(jī)械繼承了集成電路器件所具有的微小、可靠、靈敏、低耗、高效、成本低、適于大批量生產(chǎn)等一系列優(yōu)點(diǎn)。從功用上看，微機(jī)械還具有一般機(jī)械遠(yuǎn)不能及的優(yōu)勢。（1）首先表現(xiàn)在活動(dòng)空間、操作對象和工作環(huán)境上。微機(jī)械能夠進(jìn)入極狹小的空間進(jìn)行作業(yè)，且不易對環(huán)境造成不必要的影響與破壞。這樣在醫(yī)學(xué)上，微機(jī)械可游弋于人體血管，去清除血栓或其它病理組織；在工程上，可以進(jìn)入精密機(jī)械或儀器內(nèi)部進(jìn)行故障檢修或其它操作。微機(jī)械還可以面對很脆弱、易損傷的工作對象，例如接通大腦中的細(xì)微神經(jīng)、檢修微型或超微型計(jì)算機(jī)中的通訊光纖等。此外，微機(jī)械還可出現(xiàn)于人類所不能及或不適宜的工作環(huán)境，如清潔長期運(yùn)行于宇宙空間的衛(wèi)星攝像機(jī)鏡頭、在有核輻射的場所執(zhí)行任務(wù)等。（2）與一般機(jī)械相比，微機(jī)械所表現(xiàn)出的智能化程度更高、實(shí)現(xiàn)的功能更趨于多樣化。由于微機(jī)械的工作環(huán)境比較復(fù)雜，除了人類必備的控制以外，微機(jī)械自身也須具有一定程度上的自主分析、判斷和處理特定事件的能力。在需要多個(gè)微機(jī)械共同去完成任務(wù)時(shí)，相互之間的分工和協(xié)作也是必需的。這都要求微機(jī)械具有較高的“智能”。

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《微機(jī)械與微細(xì)加工技術(shù)》是由西北工業(yè)大學(xué)出版社出版的。

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