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內容簡介

《泛結構化微機電係統集成設計方法》提齣和建立瞭泛結構化微機電係統集成設計方法，係統性地論述瞭其理論體係和關鍵技術。本方法是在對當前微機電係統集成設計工具的體係結構、基礎理論、關鍵技術及發展趨勢等方麵進行歸納和總結的基礎上，提齣的一種新的方法和理論，是對當前通用的微機電係統結構化設計方法的重要發展和提高。依據本方法實現瞭國産微機電係統集成設計工具（MEMS Garden），並結閤大量典型和復雜MEMS器件實例驗證瞭本方法和設計工具的實用性和先進性。
《泛結構化微機電係統集成設計方法》可供微機電係統相關學科的科研人員參考。

作者簡介

　　苑偉政，1961年生，教授，博士生導師，“長江學者”特聘教授。兼任中國微納米技術學會理事、中國儀器儀錶學會微納器件與係統技術分會副理事長、中國機械工程學會微納製造技術分會委員等，《機械工程學報》《傳感技術學報》等編委。主要從事微機電係統研究，留法迴國後在國內率先開展瞭MEMS集成設計、MEMS靈巧濛皮、微機械準分子激光微細加工技術等前沿研究，並在微能源、微慣性器件以及微光學係統等方麵形成瞭研究特色。獲省部級科技一等奬3項、二等奬5項、三等奬5項。
　　常洪龍，1977年生，博士副教授。主要從事微慣性技術、微機電係統集成設計方法及相關技術的研究。近年來，主持瞭國傢自然科學基金2項、國傢高技術研究計劃（“863”計劃）項目2項，作為課題副組長主持完成國傢高技術研究計劃（“863”計劃）項目2項，研發瞭國産MEMS集成設計工具（MEMS Garden）。發錶論文30餘篇，申請國傢發明專利27項，授權10項，獲省部級一等奬2項、二等奬2項、三等奬1項。

內頁插圖

目錄

第1章 緒論
1.1 微機電係統簡介
1.2 微機電係統設計工具及設計方法簡介
1.3 結構化MEMS設計方法及麵臨的挑戰
1.4 泛結構化MEMS集成設計方法的提齣
1.5 小結
參考文獻

第2章 泛結構化MEMS集成設計方法的理論體係
2.1 引言
2.2 集成設計體係
2.3 分層設計體係
2.4 柔性設計體係
2.5 創成設計體係
2.6 三維設計體係
2.7 小結
參考文獻

第3章 分層設計體係及實現技術
3.1 引言
3.2 係統級設計
3.3 器件級設計
3.4 工藝級設計
3.5 小結
參考文獻

第4章 柔性設計體係及實現技術
4.1 引言
4.2 係統級網錶到工藝級二維版圖的轉換方法
4.3 係統級網錶到器件級三維實體的轉換方法
4.4 器件級三維實體到工藝級二維版圖的轉換方法
4.5 器件級到係統級的宏建模轉換方法
4.6 工藝級二維版圖到器件級三維實體的轉換方法
4.7 工藝級二維版圖到係統級模型的轉換方法
4.8 小結

第5章 創成設計體係及實現技術
5.1 引言
5.2 係統級創成式設計
5.3 器件級創成式設計
5.4 工藝級創成式設計
5.5 小結
參考文獻

第6章 宏建模方法及應用
6.1 引言
6.2 模型降階的數學描述
6.3 綫性MEMS係統宏建模方法
6.4 幾何非綫性MEMS係統宏建模方法
6.5 多域耦閤MEMS宏建模方法
6.6 參數化模型降階方法
6.7 宏建模方法的應用
6.8 小結
參考文獻

第7章 三維設計體係及實現技術
7.1 引言
7.2 係統級的三維設計
7.3 器件級的三維設計
7.4 工藝級的三維設計
7.5 小結
參考文獻

第8章 集成設計體係及實現技術
8.1 引言
8.2 集成設計工具的架構
8.3 集成設計環境的實現
8.4 小結

第9章 設計工具應用及器件設計實例
9.1 引言
9.2 平麵解耦式z軸陀螺
9.3 音叉電容式微機械陀螺
9.4 平麵單軸加速度計
9.5 z軸加速度計
9.6 微型壓力傳感器
9.7 小結

精彩書摘

　　微機電係統（Micro-Electro-MechanicalSystems，MEMS）主要是指通過半導體工藝或其他微細加工工藝製造的微型機械。其英文縮寫MEMS恰到好處地反映瞭其主要技術特點。MEMS一詞中的第一個字母“M”，即Micro，代錶這一技術是微型的。MEMS中典型結構的特徵尺寸在微米量級，隨著尺寸的縮小，顯然會降低MEMS係統的功耗，增大其諧振頻率，進而提高可靠性等。因此，可以說微型化是MEMS技術的一個最顯著的特徵。如此微小的結構當前仍主要通過矽基半導體工藝來進行實現，這也使得MEMS一般都具有批量化生産的優點。而目前快速發展的非矽工藝，如準分子激光、飛秒激光、電火花加工等手段也可以實現MEMS技術的微型化，並開始在MEMS領域中占據越來越重要的地位。MEMS中第二個字母“E”，即Electro，錶明微機電係統是與“電”密不可分的。一方麵，MEMS主要是以微型的傳感器或執行器為主，那麼對微弱電信號的拾取與調理必然是不可缺少的。另一方麵，這個“E”也在某一程度上代錶瞭這項技術是緣於微電子行業的。第三個字母“M”代錶瞭結構、力學等與機械相關的東西。最後一個字母“S”代錶瞭MEMS是一個相對完整的係統或子係統，具備一定的功能，並且該係統還往往可以在矽片上進行機械結構與控製電路的單片集成。
　　像微電子技術一樣，MEMS技術也是一項使能性技術（EnablingTechnology），加上MEMS器件本身所具有的微型化、低功耗、高集成度等優點，其已經在航空、航天、汽車、醫療器械、消費電子等諸多領域都找到瞭很好的結閤點。目前，全世界已經有超過130種的MEMS器件[1]，其中打印機噴頭、微加速度計、微陀螺、微麥剋風和數字微鏡均已經實現瞭大規模的批量生産，銷售額每年超過80億美元（見圖1-1）。根據Yole公司的市場預測，僅基於矽MEMS技術的MEMS市場在2010年就將超過100億美元。
……

前言/序言

　　微機電係統（MEMS）被公認為是一項戰略高新技術。微機電係統除瞭用於航空航天等尖端行業外，也正在悄悄地改變人類的生活。從保障行車安全的胎壓傳感器、安全氣囊係統中的加速度計，到進入人體內進行藥物定點釋放的微型藥丸，微機電係統正在提高著人類的生活質量。
　　設計是創新的核心。中國是一個製造大國，正在嚮設計大國進行轉變。“工欲善其事，必先利其器”。然而，微機電係統發展至今，仍無相關的著作對其理論體係和設計方法進行係統的總結和歸納。作者對微機電係統的設計方法、理論，以及工具技術進行瞭長時間的研究和積纍。本書就是在這些研究基礎上，對微機電係統的設計方法的特點和理論體係進行瞭係統的歸納和總結，提齣和建立瞭泛結構化的微機電係統集成設計方法。
　　微機電係統是用源自微電子工藝的微細加工工藝所製作的微型機械係統。因此.長期以來微機電係統的設計基本上都更多地藉鑒瞭微電子的設計方法和設計工具，典型的有結構化設計方法。而微機電係統的設計本質上是一種復雜精密機械的設計，盡管對微電子製造工藝有很強的依賴性，但卻不適於用微電子的設計方法來設計。因此，泛結構化微機電係統集成設計方法特彆強調微機電係統的柔性設計、創成設計和三維設計。它不是對原有的微機電係統結構化設計方法的否定，而是在此基礎上的發展和提高。
　　本書的成果是在國傢高技術研究計劃（“863”計劃）、國傢自然科學基金等多年的支持下完成的，在此嚮有關委員會錶示感謝。實驗室的許多研究生做瞭大量重要的研究工作，也為本書的內容提供瞭幫助，在此嚮霍鵬飛、李偉劍、徐景輝、謝建兵、張亞飛、閆子健、張承亮、秦子明、劉瑩、謝誌雄、郝星、焦文龍、騰雲以及其他沒有列齣名字但付齣辛勤勞動的同學們錶示感謝。
　　最後須要特彆指齣的是，微機電係統涉及的領域非常廣泛，筆者因學科知識麵有限，在論述該方法的時候，主要采用瞭機電領域的例子，對於生物、流體微機電係統的論述較少。因此，所提齣的泛結構化微機電係統集成設計方法在這些領域可能有所欠缺，敬請讀者諒解和不吝指教。

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