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第1章 概论1

1.1微机电系统的定义1

1.2微机电系统的发展现状3

第2章 微尺度效应6

2.1概述6

2.2微执行器的尺度效应7

2.2.1静电执行器的尺度效应7

2.2.2电磁执行器的尺度效应8

2.2.3 SMA执行器的尺度效应9

2.3微流体的尺度效应9

2.4微尺度热学11

2.4.1热传导的尺度效应12

2.4.2热交换的尺度效应13

2.4.3热辐射的尺度效应13

2.5微摩擦基础13

2.6尺度效应的一个实例14

第3章 微机电系统材料16

3.1概述16

3.2硅材料16

3.3压电材料18

3.4形状记忆合金19

3.5超磁致伸缩材料20

3.6聚合物21

3.7电流变体22

第4章 微机械制造技术23

4.1概述23

4.2微机电系统中的传统超精密与特种加工技术23

4.2.1超精密机械加工23

4.2.2微细电火花加工24

4.2.3高能束微机械加工技术25

4.3微机电系统常用的集成电路工艺26

4.3.1薄膜成形26

4.3.2掺杂技术28

4.3.3光刻技术29

4.4硅微机械加工技术32

4.4.1体微加工技术32

4.4.2表面微加工36

4.4.3键合技术37

4.5 LIGA工艺40

4.6微封装42

4.6.1晶片级封装43

4.6.2单芯片封装43

4.6.3多芯片与微系统封装45

4.6.4表面微加工法封装45

4.6.5三维堆装46

第5章 微检测技术47

5.1概述47

5.2微结构的材料特性检测技术47

5.2.1弹性模量的测定47

5.2.2微结构材料应力的检测49

5.2.3微结构材料热物性参数的检测54

5.3微机电系统构件的几何量检测56

5.3.1光学法测量几何尺寸57

5.3.2扫描隧道显微测量技术60

5.3.3薄膜构件的膜厚测量61

5.4微系统的性能检测62

5.4.1结构动态参数的识别62

5.4.2微执行器运动的检测64

5.4.3动态微结构的视觉检测法64

第6章 微构件68

6.1概述68

6.2结构梁68

6.3薄膜71

6.4铰链75

6.5隧道探针77

6.6压阻换能器件78

6.7静电微构件80

6.8可动质量块83

第7章 微执行器84

7.1概述84

7.2静电执行器85

7.3压电执行器89

7.4电磁执行器92

7.5热执行器94

7.6微流体执行器96

第8章 微传感器99

8.1概述99

8.2微型物理传感器100

8.2.1微型力学量传感器100

8.2.2微型光学量传感器109

8.2.3微型热学量传感器110

8.2.4微型声学量传感器111

8.3微型化学量传感器112

8.3.1微型气体传感器112

8.3.2微型离子敏传感器114

8.4微型生物传感器115

8.4.1生物传感器的分类115

8.4.2悬臂梁式生物传感器118

第9章 微构件及微器件制造工艺121

9.1悬臂梁的制造工艺121

9.2悬空结构的制造工艺123

9.3薄膜的制造工艺124

9.4微器件制造工艺示例126

第10章 微系统及应用132

10.1概述132

10.2在汽车工业中的应用132

10.2.1压力传感器132

10.2.2硅加速度传感器132

10.3微机器人133

10.4微型飞行器135

10.5在航空航天中的应用136

10.6在医学中的应用138

10.6.1植入式人造器官138

10.6.2体内显微手术138

10.6.3微喷雾给药139

10.7在军事武器中的应用140

10.8在生物科学中的应用142

10.8.1 DNA PCR扩增芯片142

10.8.2 DNA毛细管电泳芯片143

10.8.3微型DNA流体控制芯片144

10.8.4集成DNA微系统芯片144

10.9在信息技术中的应用144

10.9.1微光机电器件145

10.9.2无线电微机电系统147

第11章 微机电系统设计技术150

11.1概述150

11.2微机电系统设计的概念、任务及类型154

11.2.1微机电系统设计概念及本质154

11.2.2设计类型155

11.2.3微机电系统设计内容155

11.2.4 VLSI、宏机械以及微机电系统设计156

11.2.5设计原则157

11.3微机电系统设计过程157

11.4微机电系统现代设计方法简介——健壮性设计160

11.4.1健壮性设计理论160

11.4.2优化算法162

11.4.3实例——两自由度微谐振器164

11.5微机电系统设计方法学与发展方向166

第12章 微机电系统计算机辅助技术168

12.1概述168

12.2 MEMS CAD设计原则169

12.3 MEMS CAD结构体系170

12.4 MEMS建模与仿真171

12.4.1加工过程模拟172

12.4.2器件特性仿真173

12.4.3器件行为模型与系统仿真174

12.5宏模型174

12.5.1微机械宏模型技术现状及类型175

12.5.2宏模型设计的基本原则和常用方法176

12.6建模语言VHDL-AMS简介177

12.6.1 VHDL-AMS语言的起源：VHDL语言177

12.6.2 VHDL-AMS语言基本特点177

12.6.3 VHDL-AMS语言的语法178

12.6.4微机械系统VHDL-AMS描述举例181

12.7常用软件介绍182

12.7.1 SUGAR182

12.7.2 AnsysMems186

12.7.3 MEMS Pro189

参考文献192