微電子機械加工系統(MEMS)技術基礎（簡體書）

MEMS技術是21世紀發展的重大技術，涉及國防、航天、醫療等領域。本書以各種微型閥、微型泵、微型馬達、壓電元器件的製造為目的，闡述其功能，所依據的物理原理及定律。本書還詳細介紹了電學，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。閱讀本書，可以為MEMS元件的設計和製造打下較好的基礎，從而可以靈活應用所學知識。
本書可供國防、航天、醫療等專業的技術人員閱讀，也可供大專院校有關專業師生參考。

1 靜電場數值計算有限元方法
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 綜合方程的系數矩陣形式
1.4 靜電場有限元數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 受徑向力圓環中正應力的周向分布規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係
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各向異性腐蝕製作近似圓形膜技術
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系統的封裝
4.1 MEMS系統的封裝意義及要求
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元件的製作
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係
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
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微型閥和微型泵的製作
6.3.1 微型閥
6.3.2 微型泵
6.4 基於壓電原理的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製作
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 微型燃燒器的製作
參考文獻