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第1章 MEMS封装基础1

1.1 概述1

1.2 微机电系统和微系统1

1.2.1 已商品化的MEMS1

1.2.2 已商品化的微系统2

1.3 微系统——日益增长的微型化趋势的解决方案2

1.4 MEMS封装——微系统产业的主要挑战4

1.5 微系统和微电子封装5

1.6 微系统封装的关键问题6

1.6.1 界面6

1.6.2 封装和组装的容限8

1.6.3 可靠的取-放工具11

1.6.4 测试和评估11

1.7 实用封装技术11

1.7.1 晶片切割11

1.7.2 键合技术12

1.7.3 密封13

1.8 封装设计与工艺流程13

1.9 封装材料15

1.10 微系统封装的寿命和可靠性16

1.11 MEMS封装中的系统方法17

1.12 本章小结17

第2章 连接与键合技术19

2.1 概述19

2.2 微机电系统和微系统封装键合技术综述19

2.3 黏合剂表面键合21

2.3.1 黏合剂质量要求21

2.3.2 几种典型的黏合剂商品22

2.3.3 微型黏合剂分配器23

2.3.4 键合过程控制及问题检测24

2.4 共晶键合24

2.5 阳极键合25

2.5.1 玻璃与硅晶片之间的阳极键合25

2.5.2 玻璃晶片之间的阳极键合27

2.5.3 硅晶片间的阳极键合27

2.5.4 阳极键合的设计因素28

2.5.5 实例说明30

2.6 硅融合32

2.6.1 SFB的水合作用32

2.6.2 SFB的亲水过程34

2.6.3 SFB中的退火34

2.6.4 SFB的应用34

2.7 导线键合34

2.8 键合过程故障检测——问题及解决方法35

2.8.1 共晶模片键合／焊接剂键合35

2.8.2 环氧树脂键合38

2.8.3 导线互连40

2.8.4 晶片倒装47

2.8.5 实例分析47

第3章 密封技术51

3.1 概述51

3.2 引言51

3.3 集成密封过程52

3.4 密封过程中的晶片键合55

3.4.1 晶片直接键合过程55

3.4.2 使用中间层进行晶片键合57

3.5 真空密封过程61

3.6 可靠性和加速测试63

3.7 总结和未来趋势68

第4章 微系统封装73

4.1 概述73

4.2 基本的MEMS封装过程74

4.2.1 表面微机械的分离蚀刻74

4.2.2 封装结构的选择75

4.2.3 模片固定75

4.2.4 导线键合与密封78

4.2.5 封装区域的洁净度79

4.3 MEMS封装的一些特殊问题81

4.3.1 传感器与环境的相互作用81

4.3.2 封装结构中的流体器件集成83

4.4 集成微系统的开发85

4.4.1 第一次尝试87

4.4.2 第二次操作88

4.5 寿命与可靠性：封装内部环境控制91

4.5.1 真空封装91

4.5.2 湿气控制93

4.6 经验教训总结94

第5章 自动化微组装97

5.1 概述97

5.2 自动微组装简介97

5.2.1 微组装简介97

5.2.2 MEMS封装中的微组装98

5.2.3 连续和并行微组装100

5.2.4 自动微组装系统现状101

5.2.5 三维微组装的一个例子103

5.3 微组装系统设计中的主要因素104

5.3.1 概述104

5.3.2 一般准则104

5.3.3 尺寸效应105

5.3.4 微尺度组装容限105

5.3.5 其他重要设计因素106

5.4 微组装系统的基本结构体系107

5.4.1 组装流程的一个例子107

5.4.2 系统功能的分解108

5.4.3 系统的一般结构108

5.4.4 讨论114

5.5 微组装的基础技术114

5.5.1 机械视觉技术115

5.5.2 微作用力控制技术116

5.5.3 组装方案的模拟验证117

5.6 微组装工具的设计和制造117

5.6.1 微钳设计117

5.6.2 抓取力118

5.6.3 驱动118

5.6.4 制造技术118

5.7 结论119

第6章 测试与测试设计124

6.1 概述124

6.2 引言124

6.3 加工过程的合格率125

6.4 参数测试方法126

6.5 自检测130

6.6 为测试而设计：测试点131

6.7 组装中的测试132

6.8 微调135

6.9 组装后的强化测试以及最终测试136

6.10 可靠性测试138

6.11 使用过程中的测试138

6.12 结论139

第7章 生命科学中的MEMS封装技术142

7.1 概述142

7.2 生命科学中的MEMS应用概述142

7.3 医学应用器件的封装143

7.3.1 一次性微压力传感器143

7.3.2 可植入MEMS器件144

7.3.3 其他医学应用144

7.3.4 生物体适应性和管理条例145

7.4 生物芯片封装146

7.4.1 微阵列器件146

7.4.2 芯片实验室／微流体芯片及其他生物芯片147

7.4.3 微流体、化学、电子和光学器件的集成148

7.4.4 成本划分148

7.4.5 化学特性带来的限制性——材料和探测方法149

7.5 流体连接系统150

7.5.1 大型结构与微型结构的连接150

7.5.2 流动体积、死水区和机械连接结构151

7.5.3 密封技术和装配技术152

7.5.4 表面镀膜153

7.6 微电动力学系统154

7.6.1 电动力学简介154

7.6.2 电动力学驱动技术概述154

7.6.3 电动力学系统中的实际问题157

7.7 结论157

第8章 射频和光学封装在远程通信及其他方面的应用159

8.1 概述159

8.2 引言159

8.3 射频微机电系统封装161

8.3.1 射频器件和系统161

8.3.2 射频封装材料162

8.3.3 电子器件封装和多芯片模块163

8.3.4 芯片与封装结构之间的互连164

8.3.5 芯片内的互连166

8.3.6 晶片规模封装167

8.4 光学微机电系统封装169

8.4.1 光学系统和元件169

8.4.2 光学互连170

8.4.3 光学元件对准173

8.4.4 芯片堆叠技术174

8.4.5 光电混合封装174

8.4.6 其他封装方法175

8.4.7 光学MEMS封装实例176

8.5 封装模拟178

第9章 航天应用182

9.1 概述182

9.2 引言182

9.3 太空环境184

9.3.1 空间辐射环境185

9.3.2 航天系统中异常／极限环境190

9.4 航天系统中的封装191

9.4.1 封装层次191

9.4.2 航天系统中的先进封装技术192

9.4.3 航天领域中封装的前沿研究193

9.4.4 MEMS器件封装195

9.5 可靠性和合格性202

9.5.1 设计高风险系统的注意事项202

9.5.2 可靠性和合格性策略204

9.6 航天应用中的关键器件——MEMS开关205

9.6.1 功率方面的应用206

9.6.2 微波方面的应用207

9.6.3 模拟系统方面的应用207

9.6.4 数字系统方面的应用208

9.6.5 自适应方面的应用208

9.7 应用MEMS在封装中获得的改进209

9.7.1 热处理209

9.7.2 连接器和微插槽210

9.7.3 提高精确性211

9.8 航空系统中的系统工程回顾211

9.8.1 设计原则211

9.8.2 挑战与机遇213

附录A 术语表216

附录B 其他资源224

附录C 名词索引228