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第1章 微机电系统概论1

1.1 微机电系统的基本概念和特点1

1.2 微机电系统的起源4

1.3 微机电系统的国内外现状6

1.3.1 国外的发展现状6

1.3.2 国内的发展现状7

1.4 微机电系统的应用及展望8

1.4.1 微机电系统在国防中的应用8

1.4.2 微机电系统在汽车工业中的应用9

1.4.3 微机电系统在生物医学中的应用11

1.4.4 微机电系统在其他工业中的应用及展望13

第2章 微机电系统的工作原理14

2.1 基本工作原理分析14

2.1.1 电容效应14

2.1.2 压阻效应18

2.1.3 压电效应19

2.1.4 静电效应22

2.1.5 热力效应23

2.1.6 形状记忆合金效应25

2.2 微传感器27

2.3 微执行器36

第3章 用于微机电系统的材料44

3.1 硅及其化合物44

3.1.1 硅44

3.1.2 硅化合物49

3.2 陶瓷50

3.3 聚合物51

3.4 金属54

3.5 凝胶56

3.6 电流变体56

第4章 微机电系统的相关制造技术59

4.1 传统超精密和特种微细加工技术59

4.1.1 超精密微加工技术59

4.1.2 微细特种技工技术61

4.2 硅微机械加工技术78

4.2.1 微机电系统中常用的IC工艺78

4.2.2 表面微加工技术87

4.2.3 体微加工技术90

4.3 键合技术97

4.4 LIGA技术101

4.4.1 LIGA技术基本原理和工艺步骤101

4.4.2 LIGA技术的特点103

4.4.3 准LIGA技术103

4.4.4 LIGA和准LIGA技术的应用104

第5章 微机电系统的设计和建模106

5.1 微机电系统设计的类型和任务106

5.1.1 微机电系统设计类型106

5.1.2 微机电系统设计任务107

5.2 微机电系统的设计原则、方法和流程107

5.2.1 微机电系统设计原则107

5.2.2 微机电系统设计方法108

5.2.3 设计流程109

5.3 微机电系统的建模112

5.3.1 MEMS建模的概念、目的和要求112

5.3.2 MEMS建模的级别113

5.3.3 宏模型114

5.3.4 MEMS的功能元件和结构元件116

5.4 微加工工艺设计和仿真118

5.4.1 微加工工艺设计118

5.4.2 微加工工艺仿真119

5.5 微电子机械系统的计算机辅助设计技术120

5.5.1 MEMS CAD设计原则121

5.5.2 MEMS CAD结构体系121

5.5.3 MEMS CAD工具122

5.5.4 MEMS CAD的特点124

5.6 设计例子125

5.6.1 MEMS分级别建模例子125

5.6.2 MEMS CAD例子126

第6章 微机电系统设计中的工程力学和尺度效应129

6.1 应力和应变129

6.1.1 应力和应变的定义129

6.1.2 应力—应变的一般关系131

6.2 梁的弯曲应力132

6.2.1 梁的类型132

6.2.2 纯弯曲下的纵向应变132

6.2.3 梁的弹性形变常数134

6.2.4 梁的扭曲变形135

6.3 薄板的静力弯曲136

6.4 薄膜力学138

6.5 机械振动139

6.5.1 基本公式140

6.5.2 共振和品质因数140

6.5.3 阻尼系数142

6.6 断裂力学144

6.6.1 应力强度因子144

6.6.2 断裂韧度145

6.6.3 界面断裂力学146

6.7 热力学147

6.7.1 热应力147

6.7.2 材料机械强度的热效应149

6.7.3 蠕变150

6.8 流体力学150

6.9 微机电系统的尺度效应152

6.9.1 微摩擦基础152

6.9.2 热学的尺度效应153

6.9.3 微流体的尺度效应155

6.9.4 微执行器的尺度效应157

6.9.5 尺度效应实例159

第7章 微机电系统的封装技术161

7.1 微机电系统的封装等级和接口162

7.1.1 封装设计的一般考虑和分类162

7.1.2 封装的三个等级163

7.1.3 封装的接口问题164

7.2 MEMS封装流程165

7.3 主要封装技术166

7.3.1 芯片准备：划片166

7.3.2 芯片安装连接技术166

7.3.3 引线键合技术167

7.3.4 密封技术168

7.3.5 抗粘连处理技术169

7.3.6 封装添加剂技术169

7.3.7 一些典型的新封装技术170

7.4 封装材料的选择172

7.4.1 导电材料172

7.4.2 壳体材料173

7.4.3 连接材料173

7.4.4 密封材料173

7.4.5 添加剂材料174

7.5 封装设计实例：微压力传感器的封装175

第8章 微机电系统的检测技术178

8.1 典型的检测工具178

8.1.1 扫描隧道显微镜测量技术178

8.1.2 原子力显微镜测量技术185

8.2 微机械结构材料特性的检测188

8.2.1 残余应力和弹性模量的测量189

8.2.2 刚度和硬度的测量191

8.2.3 抗拉强度和失效应变的测量192

8.2.4 热导率和热扩散率的测量194

8.3 微机械结构的性能检测196

8.3.1 微型构件三维几何尺寸的测量196

8.3.2 薄膜构件的膜厚测量198

8.3.3 微量力的测量199

8.3.4 微执行器运动速度的测量200

8.4 微机电系统的性能检测200

8.4.1 物理输入量的测量201

8.4.2 输出量的检测201

参考文献203