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內容簡介
《微機電系統與設計》較全面、系統地介紹了微機電系統的相關技術，並給出了大量實例，儘量使用通俗易懂的語言，讓剛接觸微機電系統的讀者能夠全面地了解這門學科。作者參考了國內外大量的相關文獻資料，在教學實踐基礎上，並結合在科研和工作中的體會，編寫了這本教材。《微機電系統與設計》共8章，第1章初識微機電系統，介紹了微機電系統的基本概念和特點、起源、與傳統機械和微電子的關聯及套用和發展現狀。第2章闡述了用於感測或執行元件工作的基本機理，並介紹了一些典型的微感測器和微執行器。第3章討論了用於微機電系統的多種材料。第4章描述了怎樣製造微機電系統和器件，包括矽基微製造工藝、LIGA工藝和微細特種加工技術。第5章詳細介紹了微機電系統的設計仿真、分級建模和MEMSCAD技術。第6章講述了微機電系統設計和封裝中相關的工程力學問題和尺度效應。第7章和第8章主要介紹微機電系統的封裝和檢測技術，主要包括微機電系統封裝技術、典型檢測工具、微結構材料特性檢測技術、微結構性能檢測技術等。
目錄
第1章 微機電系統概論1.1 微機電系統的基本概念和特點
1.2 微機電系統的起源
1.3 微機電系統的國內外現狀
1.3.1 國外的發展現狀
1.3.2 國內的發展現狀
1.4 微機電系統的套用及展望
1.4.1 微機電系統在國防中的套用
1.4.2 微機電系統在汽車工業中的套用
1.4.3 微機電系統在生物醫學中的套用
1.4.4 微機電系統在其他工業中的套用及展望
第2章 微機電系統的工作原理
2.1 基本工作原理分析
2.1.1 電容效應
2.1.2 壓阻效應
2.1.3 壓電效應
2.1.4 靜電效應
2.1.5 熱力效應
2.1.6 形狀記憶合金效應
2.2 微感測器
2.3 微執行器
第3章 用於微機電系統的材料
3.1 矽及其化合物
3.1.1 矽
3.1.2 矽化合物
3.2 陶瓷
3.3 聚合物
3.4 金屬
3.5 凝膠
3.6 電流變體
第4章 微機電系統的相關製造技術
4.1 傳統超精密和特種微細加工技術
4.1.1 超精密微加工技術
4.1.2 微細特種技工技術
4.2 矽微機械加工技術
4.2.1 微機電系統中常用的IC工藝
4.2.2 表面微加工技術
4.2.3 體微加工技術
4.3 鍵合技術
4.4 LIGA技術
4.4.1 LIGA技術基本原理和工藝步驟
4.4.2 LIGA技術的特點
4.4.3 準LIGA技術
4.4.4 LIGA和準LIGA技術的套用
第5章 微機電系統的設計和建模
5.1 微機電系統設計的類型和任務
5.1.1 微機電系統設計類型
5.1.2 微機電系統設計任務
5.2 微機電系統的設計原則、方法和流程
5.2.1 微機電系統設計原則
5.2.2 微機電系統設計方法
5.2.3 設計流程
5.3 微機電系統的建模
5.3.1 MEMS建模的概念、目的和要求
5.3.2 MEMS建模的級別
5.3.3 宏模型
5.3.4 MEMS的功能元件和結構元件
5.4 微加工工藝設計和仿真
5.4.1 微加工工藝設計
5.4.2 微加工工藝仿真
5.5 微電子機械系統的計算機輔助設計技術
5.5.1 MEMSCAD設計原則
5.5.2 MEMSCAD結構體系
5.5.3 MEMSCAD工具
5.5.4 MEMSCAD的特點
5.6 設計例子
5.6.1 MEMS分級別建模例子
5.6.2 MEMSCAD例子
第6章 微機電系統設計中的工程力學和尺度效應
6.1 應力和應變
6.1.1 應力和應變的定義
6.1.2 應力-應變的一般關係
6.2 梁的彎曲應力
6.2.1 梁的類型
6.2.2 純彎曲下的縱向應變
6.2.3 梁的彈性形變常數
6.2.4 梁的扭曲變形
6.3 薄板的靜力彎曲
6.4 薄膜力學
6.5 機械振動
6.5.1 基本公式
6.5.2 共振和品質因數
6.5.3 阻尼係數
6.6 斷裂力學
6.6.1 應力強度因子
6.6.2 斷裂韌度
6.6.3 界面斷裂力學
6.7 熱力學
6.7.1 熱應力
6.7.2 材料機械強度的熱效應
6.7.3 蠕變
6.8 流體力學
6.9 微機電系統的尺度效應
6.9.1 微摩擦基礎
6.9.2 熱學的尺度效應
6.9.3 微流體的尺度效應
6.9.4 微執行器的尺度效應
6.9.5 尺度效應實例
第7章 微機電系統的封裝技術
7.1 微機電系統的封裝等級和接口
7.1.1 封裝設計的一般考慮和分類
7.1.2 封裝的三個等級
7.1.3 封裝的接口問題
7.2 MEMS封裝流程
7.3 主要封裝技術
7.3.1 晶片準備：劃片
7.3.2 晶片安裝連線技術
7.3.3 引線鍵合技術
7.3.4 密封技術
7.3.5 抗粘連處理技術
7.3.6 封裝添加劑技術
7.3.7 一些典型的新封裝技術
7.4 封裝材料的選擇
7.4.1 導電材料
7.4.2 殼體材料
7.4.3 連線材料
7.4.4 密封材料
7.4.5 添加劑材料
7.5 封裝設計實例：微壓力感測器的封裝
第8章 微機電系統的檢測技術
8.1 典型的檢測工具
8.1.1 掃描隧道顯微鏡測量技術
8.1.2 原子力顯微鏡測量技術
8.2 微機械結構材料特性的檢測
8.2.1 殘餘應力和彈性模量的測量
8.2.2 剛度和硬度的測量
8.2.3 抗拉強度和失效應變的測量
8.2.4 熱導率和熱擴散率的測量
8.3 微機械結構的性能檢測
8.3.1 微型構件三維幾何尺寸的測量
8.3.2 薄膜構件的膜厚測量
8.3.3 微量力的測量
8.3.4 微執行器運動速度的測量
8.4 微機電系統的性能檢測
8.4.1 物理輸入量的測量
8.4.2 輸出量的檢測
參考文獻
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前言
微機電系統（MEMS）是20世紀末、21世紀初興起的工程科學前沿，是當前十分活躍的研究領域，它涉及多學科的交叉：如物理學，現代光學，現代力學、化學、生物學等基礎學科，以及材料、機械、電子、信息等工程技術學科。MEMS有著廣泛的套用前景，在全球範圍內市場成指數上升的趨勢；在我國也已成為國民經濟新的增長點，它在汽車工業、生物醫學工程、航天航空、精密儀器、移動通信以及國防科技等方面都有極大的發展潛力。
MEMS的研究也帶動了新的學科和新技術的發展，如微流體、微傳熱、微摩擦、微光學以及微機電系統的設計原理和方法、微機電系統的製作工藝、微機電系統材料及其特性研究、微細測試技術和相應設備的研製等，這都已成為科技工作者關注的熱點。
隨著微機電系統的發展，對相關人才的要求也越來越高，要掌握現代的數、理、力學基礎，要了解微機電系統技術的方方面面，要掌握光、機、電等多學科的新進展，既要會理論建模，又要有熟練的測試技術，這給現代教育提出了一個很大的挑戰，也是關係到微機電系統的未來和相關產業的可持續發展的當務之急。
作為創建高水平的中國大學必須開拓創新，與時俱進，在教學改革的基礎上，完成有關微機電系統方面的學科建設，以及系列課程的教學計畫、教學大綱和教材建設。在這方面世界已開發國家的各著名大學和研究所大都進行了有益的探索，開設了相關的課程，編寫相關教材，建立了新的教學體系等，並取得了一定的成效。這些都可為我們所借鑑和參考。另一方面，這是一門使大學生了解高科技前沿的新穎課程，是對學生進行素質教育的一個重要方面，也是進行教學改革，更新較陳舊的教學內容的一項重要舉措。
20世紀90年代以來，編者先後負責和參加了與微機電系統有關的多項國家自然科學基金項目，深感對這種跨學科、多領域的新興課題，需要較寬的知識結構，需要相關各學科人員的溝通和協調。為此，十分需要一本針對微機電系統比較全面系統的概論性教材。
目前國內也相續出現有關MEMS的著作和教材，如李德勝等主編的《MEMS技術及其套用》、章吉良等編著的《微機電系統及其相關技術》、劉曉明等編著的《微機電系統設計與製造》、王琪民編著的《微型機械導論》、王春海等譯著的《微系統技術》以及王曉浩等譯著的《MEMS和微系統——設計和製造》，等等。這一系列微機電系統相關的教材，內容各有特色，側重點不同。編者在閱讀大量國內外相關教材和文獻的基礎上，對微機電系統進行全面系統的了解和分析，針對有一定微電子、工程力學或機械工程基礎的高年級本科生，撰寫《微機電系統及設計》，也可以作為對MEMS感興趣的研究生、科研人員的參考資料。
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精彩書摘
在單晶基片上，沿著原來結晶方向，再生長一層單晶薄膜，這層薄膜就像由基片向外延拓一樣，所以稱為外延技術。外延層可以按基片晶向生長，並可根據需要控制其導電類型、電阻率、厚度等，而且這些參數不依賴基片中的雜質種類和摻雜水平，長有外延層的晶片稱為外延片。外延生長技術可分為：液相外延（LPE）、鹵素氣相外延（HVPE）、分子束外延（MBE）等。
液相外延中把半導體原料的溶液覆蓋在單晶矽片上，使溶液中半導體原料不斷在基片上析出，並沿著基片晶向再結晶，生長出一層新的單晶薄膜。液相外延具有操作簡單，單晶生長溫度低，速度快的優點，但是只能生長厚度有限的外延薄膜，且生長過程中很難改變雜質的濃度梯度。
鹵素氣相外延中，將矽源材料（常用的有四氯化矽、二氯甲矽烷、矽烷等）和氫氣在高溫作用下生成的高純度矽蒸汽澱積在單晶矽片上，使其沿著單晶方向生長有一定厚度的單晶層，生長速度取決於源氣材料和生長溫度。這種方法比液相外延能得到較厚的外延膜，可任意改變雜質的濃度梯度；但是，外延生長溫度高，生長時間長，設備較複雜。
