微机电系统原理 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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[韩] 李基邦 著，马晓军，吕强，王国胜，魏曙光 译

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• 微机电系统
• MEMS
• 传感器
• 微电子机械系统
• 微纳技术
• 集成电路
• 物理学
• 工程学
• 电子工程
• 机械工程

出版社： 国防工业出版社

ISBN：9787118094329

版次：1

商品编码：11558092

包装：精装

开本：16开

出版时间：2014-04-01

页数：597

内容简介

　　 微机电系统（MEMS）技术研究主要针对微小系统 ，它在汽车、无线电话、数码相机 以及医疗设备等方面都有着广泛的应用。李基邦编著 的这本《微机电系统原理》通过作者研究以及参考其 他有价值的文献， 针对MEMS提出了统一法和封闭形式解方法，便于读者 更好地理解MEMS中的线性和非线 性问题，以及开展相关应用设计。
全书共分九章，第一章为绪论部分，介绍了微机 电系统的量纲分析法。第二章介绍了 微制造技术。第三章为微机电系统在静力平衡条件下 的静力学分析。第四章为微结构的静 力性能分析。第五章为微机电系统动力学分析。第六 章为微机电系统流体力学分析。第七 章介绍MEMS设计中涉及的基于电磁学的基本方程。第 八章和第九章介绍如何通过MEMS 组件的组合设计具有特定功能的驱动器或传感器。

目录

第1章 引言
1.1 微机电系统
1.2 耦合系统
1.3 所需知识
1.4 量纲分析
习题
第2章 微制造
2.1 体微加工和表面微加工
2.2 光刻
2.3 层沉积工艺
2.4 刻蚀法
2.5 制造工艺设计
习题
第3章 静力学
3.1 静力平衡
3.2 压-张关系
3.3 热应力
3.4 扭转力矩作用下梁的性能
3.5 力矩-曲率之间的关系
3.6 梁方程
3.7 加勒金法
3.8 能量法
3.9 梁问题的能量方法
习题
第4章 微结构的静力性能
4.1 微结构的元件
4.2 通用梁的刚度
4.3 杆系
4.4 刚度变换
4.5 平面结构的静力性能
4.6 残余应力
4.7 结构的立方力
4.8 势能
4.9 势能间的相似性
习题
第5章 动力学
5.1 三次方程
5.2 运动的描述
5.3 动态支配方程
5.4 势能和动能之间的能量转换
5.5 无阻尼自由振动系统
5.6 阻尼系统的振动
5.7 多自由度系统
5.8 连续系统
5.9 有效质量、阻尼和刚度
5.10 具有重复结构的系统
5.11 达芬方程
习题
第6章 流体动力学
6.1 黏性流
6.2 连续方程
6.3 纳维-斯托克斯方程
6.4 雷诺方程
6.5 库埃特流动
6.6 流体中的振动板
6.7 蠕动流
6.8 挤压膜
习题
第7章 电磁学
7.1 电路的基本元件
7.2 基尔霍夫电流定律
7.3 静电学
7.4 由电场产生的力和力矩
7.5 作用于各种物体的静电力和力矩
7.6 电磁力
7.7 作用在电场和磁场中运动电荷上的力
7.8 压阻
7.9 压电性
习题
第8章 压电和热力驱动器
8.1 组合梁
8.2 压电驱动器
8.3 热力驱动器
习题
第9章 静电驱动器和电磁驱动器
9.1 电磁驱动器
9.2 梳驱动的驱动器
9.3 平行板驱动器
9.4 扭转驱动器
9.5 两端固定梁驱动器
9.6 悬梁驱动器
9.7 间隙接近驱动器的动态响应
9.8 间隙接近驱动器的近似
9.9 电磁驱动器
习题
第10章 传感器
10.1 力和压力传感器
10.2 加速度计
10.3 静电加速度计
10.4 振动陀螺仪
10.5 其他结构
习题
附录
参考文献

前言/序言

现代通信设备中的关键组件：微纳尺度下的精密设计与操控 本书并非聚焦于微机电系统的具体原理，而是深入探讨了在日新月异的现代通信设备中，那些微纳尺度下扮演着至关重要角色的精密组件。我们将带领读者穿越微观世界，揭示这些肉眼几乎无法察觉的部件是如何通过精巧的设计与制造，实现通信信号的生成、传输、接收与处理的。 第一章：传感器技术在信号采集中的应用 通信系统的第一步是采集外界信息，而传感器是实现这一功能的关键。本章将详细阐述各种先进传感器技术在通信领域的应用。我们将重点剖析基于压电效应、压阻效应、电容效应和光学原理的各类传感器。例如，在智能手机中，微型麦克风如何捕捉语音信号，并将其转化为电信号；在无线通信基站中，高灵敏度的射频传感器如何精确检测微弱的信号强度。我们会探讨这些传感器的物理学基础，分析其工作原理，并重点介绍其在提高信号采集精度、降低功耗以及实现小型化方面所面临的挑战与最新进展。从环境光感应到运动检测，从温度监测到湿度测量，各种传感器共同构成了通信设备感知外部世界的“眼睛”与“耳朵”。 第二章：微型执行器驱动通信功能的实现 在接收到信息并进行处理后，通信设备需要通过执行器将信息以各种形式输出。本章将聚焦于驱动通信功能实现的微型执行器。我们将深入研究电磁驱动、静电驱动、压电驱动和形状记忆合金驱动等技术。例如，在智能手机的扬声器中，微型音圈如何通过电磁力驱动振膜产生声音；在触觉反馈系统中，微型马达如何模拟真实世界的触感；在可调谐滤波器中，微型驱动器如何精确地改变光学或电学参数，以实现对特定频率信号的选择性传输。我们将详细解析这些执行器的结构设计、材料选择以及控制策略，探讨如何提高其响应速度、精度和可靠性，同时保持极低的功耗。 第三章：光学器件在高速数据传输中的作用 随着通信带宽需求的爆炸式增长，光学器件在现代通信网络中扮演着越来越核心的角色。本章将聚焦于微型光学器件在高速数据传输中的应用。我们将探讨光纤通信中的关键组件，如微型激光器、光调制器、光探测器以及光开关。我们将深入分析其工作原理，例如激光器如何产生高强度、单色性的光源，光调制器如何将电信号转化为光信号，以及光探测器如何将光信号高效地转换为电信号。此外，我们还将介绍集成光子学的发展，探讨如何在单一芯片上集成大量的光学元件，从而实现更紧凑、更低功耗、更高性能的光学通信模块。从数据中心的互联互通到5G基站的光信号传输，光学器件是支撑现代高速通信网络的基石。 第四章：微流控技术与生物信号的通信处理 在一些新兴的通信应用领域，微流控技术正逐渐展现其独特的价值，尤其是在生物信号的采集与处理方面。本章将介绍微流控技术如何与通信系统相结合，实现对生物信号的精确操控与分析。我们将探讨微通道的设计、流体控制机制以及微型泵与阀的应用。例如，在生物传感器领域，微流控芯片如何实现对血液、唾液等体液样品的精确分离、混合与反应，并最终通过集成传感器将生物信号转化为可用于通信传输的电信号。我们将分析微流控技术在提高检测灵敏度、降低试剂消耗以及实现便携式诊断设备方面的优势，并展望其在远程医疗、生物监测等通信相关领域的未来应用。 第五章：先进封装与集成技术赋能通信设备的性能跃升 为了将上述各种微纳尺度下的精密组件有效地集成到日益小型化、高性能化的通信设备中，先进的封装与集成技术至关重要。本章将探讨各种先进的封装与集成策略。我们将分析三维堆叠技术、扇出型晶圆级封装（Fan-out WLP）、硅穿孔（TSV）技术以及芯片键合技术。这些技术是如何在有限的空间内实现多芯片的高密度互连，如何有效管理散热，以及如何保证信号的完整性。例如，在智能手机的处理器芯片中，通过先进的封装技术，可以实现CPU、GPU、内存等多个功能单元的紧密集成，从而大幅提升计算性能与通信效率。我们将探讨这些封装技术如何影响设备的功耗、性能、可靠性以及制造成本。 本书旨在为读者提供一个关于通信设备中微纳尺度精密组件的宏观视角，重点在于理解这些组件的工作原理、应用场景以及它们如何协同工作，共同构建起我们日益依赖的现代通信体系。我们希望通过本书的介绍，能够激发读者对通信技术背后精密工程的兴趣，并对未来通信设备的发展趋势有更深刻的认识。

评分☆☆☆☆☆

这本书的封面设计就充满了科技感，深邃的蓝色背景搭配着精密的机械零件的剪影，让人一眼就能感受到这是一本关于精密工程和微观世界的读物。拿到手里，纸张的质感也相当不错，厚实且略带哑光，翻阅时没有刺眼的荧光，更显专业和沉静。我是一名对机械自动化一直充满好奇的在校学生，虽然我的专业方向是软件开发，但常常会在业余时间关注一些前沿的工程技术。之前对微机电系统（MEMS）这个概念有所耳闻，知道它在传感器、医疗器械、消费电子等领域有着广泛的应用，但始终觉得它像一个遥不可及的神秘领域。这本书的出现，恰好满足了我渴望深入了解MEMS的愿望。从我翻阅的目录来看，它似乎涵盖了MEMS的基础理论、关键工艺、设计方法以及一些典型的应用案例。我特别期待看到关于微传感器工作原理的详细介绍，比如那些能够感知温度、压力、加速度甚至生物信号的微小器件，它们是如何将物理世界的信息转化为电信号的？书中会解释这些神奇的过程吗？另外，MEMS制造工艺的复杂性也一直让我感到好奇，半导体制造技术与机械加工技术是如何巧妙结合的？光刻、蚀刻、沉积等过程在微观尺度上是如何实现的？我希望这本书能用通俗易懂的语言，配合清晰的插图，将这些复杂的工艺流程一一呈现，让我这个“门外汉”也能窥探到其中的奥妙。

评分☆☆☆☆☆

作为一名对新兴技术始终保持高度关注的投资人，我一直在寻找那些具有颠覆性潜力的领域。《微机电系统原理》这本书，从书名上看，就给我一种“硬核”科技的印象。我希望它能提供清晰的、可量化的信息，帮助我评估MEMS技术的市场前景和商业价值。书中是否会详细介绍MEMS技术的产业链构成？从材料、设备、设计、制造到应用，每个环节的参与者和技术壁垒是怎样的？我更关心的是，MEMS技术目前最成熟、最具商业化潜力的应用领域有哪些？例如，在智能手机中的传感器、汽车领域的ADAS系统、医疗健康领域的诊断设备等，这些领域对MEMS的需求有多大？未来的增长趋势如何？书中是否会提供一些数据分析和市场预测？另外，MEMS技术的研发周期和成本如何？这对于我评估项目的可行性和投资回报至关重要。我期望这本书能帮助我理清MEMS技术的商业逻辑，发现那些能够带来丰厚回报的投资机会。

评分☆☆☆☆☆

我是一名对未来科技发展趋势有着敏锐洞察力的行业分析师。MEMS技术作为一项基础性的工程技术，其发展往往预示着许多新兴产业的兴起。《微机电系统原理》这本书，我希望它能提供一个宏观的视角，帮助我理解MEMS技术如何渗透到各个行业，并引发深刻的变革。书中是否会探讨MEMS技术在物联网（IoT）、5G通信、人工智能（AI）、自动驾驶等领域的关键作用？例如，海量的传感器如何为物联网提供数据支撑？MEMS技术如何提高通信设备的性能？AI如何利用MEMS传感器获取更丰富的数据以进行决策？自动驾驶汽车又依赖哪些MEMS器件来实现感知和控制？我希望能从这本书中获得关于MEMS技术在未来社会发展中扮演角色的深刻洞察，从而更好地预测和分析相关产业的发展前景。

评分☆☆☆☆☆

我是一名普通的科技产品爱好者，虽然我不懂复杂的工程原理，但总是喜欢拆解身边的电子产品，观察它们内部的构造。《微机电系统原理》这本书，听起来就充满了神秘感，我希望它能让我一窥那些隐藏在智能手机、智能手表、无人机等设备中的“秘密武器”。我希望书中能用非常形象、生动的语言，并且配上大量的图片甚至视频（如果可能的话），来展示MEMS器件的实际样子，以及它们是如何工作的。比如，我经常听说的“陀螺仪”、“加速度计”，它们到底长什么样子？里面的那些微小结构是如何感知我的手机倾斜或者运动的？书中是否会介绍一些生活中常见的、使用了MEMS技术的有趣产品，并深入剖析它们的工作原理？我希望通过这本书，能让我对这些每天陪伴我们的科技产品，有一个更深层次的认识，不再仅仅停留在“能用”的层面，而是能理解“为什么能用”的背后，是多么精妙的技术。

评分☆☆☆☆☆

我是一名对科学史和技术发展脉络充满兴趣的科普爱好者，尤其喜欢那种能够追溯事物起源、揭示演进过程的读物。《微机电系统原理》这个书名，让我联想到了一系列改变世界的微小发明。我很好奇，MEMS技术究竟是什么时候，又是如何萌芽和发展的？它是否像半导体技术一样，经历了一个漫长而曲折的探索过程？书中是否会追溯MEMS技术的历史足迹，介绍那些奠定基石的理论发现和关键性发明？我希望能了解到，从最初的构想到如今的广泛应用，MEMS技术是如何一步步克服技术瓶颈，实现飞跃式发展的。例如，最早的MEMS传感器是什么样的？它们是如何工作的？后来的技术改进是如何让它们变得更小、更灵敏、更便宜的？我特别希望能看到关于MEMS技术发展里程碑事件的介绍，比如某个划时代的器件的发明，或者某项关键工艺的突破。这类内容不仅能满足我的好奇心，更能让我深刻理解MEMS技术在整个科技发展史上的独特地位和重要意义。

评分☆☆☆☆☆

我是一名业余时间喜欢钻研各种电子DIY项目的爱好者。虽然我目前的水平还无法直接制造MEMS器件，但我对那些能够实现复杂功能的微型模块非常感兴趣。《微机电系统原理》这本书，我希望它能为我提供一些关于MEMS模块的原理性知识，让我明白这些模块是如何工作的，以及在DIY项目中如何运用它们。比如，我经常在一些开源硬件项目中看到使用MEMS传感器的模块，如BMP280（气压和温度传感器）、MPU6050（加速度计和陀螺仪）等。书中是否会详细介绍这些常见MEMS传感器的内部结构和工作原理？它们是如何将外部环境信息转化为数字信号的？我希望能学习到如何正确地读取和处理这些传感器的数据，以及在我的DIY项目中实现一些有趣的功能，比如制作一个简单的环境监测站，或者一个能够感知运动的智能装置。

评分☆☆☆☆☆

我是一名即将毕业，正在为选择就业方向而迷茫的大学生。我的专业是电子工程，学习了很多关于电路设计和集成电路的知识，但对MEMS这个领域还不是非常了解。《微机电系统原理》这本书，我希望它能为我打开一扇新的大门，让我了解MEMS行业的发展现状和未来趋势，从而帮助我做出更明智的职业选择。书中是否会介绍MEMS行业的主要就业方向？例如，MEMS芯片的设计、工艺开发、测试、应用工程师等，这些岗位需要具备哪些核心技能？我是否需要进一步学习哪些专业知识才能胜任？我希望能看到一些关于MEMS行业薪资水平、工作前景以及企业文化的信息，这些能帮助我更全面地了解这个行业。另外，书中是否会提及一些知名的MEMS公司，以及它们的招聘需求？我希望能通过这本书，为我的求职之路做好充分的准备。

评分☆☆☆☆☆

我是一名对微流控技术在生物医学领域应用充满热情的科研人员。微流控芯片，也被称为Lab-on-a-chip，很多都属于MEMS技术的范畴。《微机电系统原理》这本书，我希望它能提供关于微流控芯片制造工艺和工作原理的深入解读。我特别关注书中对微通道设计、流体控制以及与生物样本相互作用的机制的阐述。微流控芯片是如何实现对微量流体的精确控制和混合的？如何设计出具有特定功能的微通道结构，以实现细胞分选、DNA扩增、药物筛选等复杂生物分析过程？书中是否会介绍一些成功的微流控芯片应用案例，并分析其背后的MEMS技术支撑？我希望这本书能为我提供理论上的指导，帮助我更好地理解和设计用于生物医学研究的微流控器件。

评分☆☆☆☆☆

我是一名对材料科学和器件物理学有着浓厚兴趣的博士生，正在研究新型纳米材料在微纳器件中的应用。《微机电系统原理》这本书，听起来是一个非常适合我深入了解MEMS器件底层物理机制的读物。我尤其关注书中对MEMS器件的材料选择和性能表征的论述。不同的应用场景对MEMS材料有着不同的要求，比如导电性、介电性、机械强度、热稳定性等等。书中是否会详细介绍当前主流的MEMS材料，如硅、多晶硅、氮化硅、石英、压电陶瓷等，以及它们各自的优缺点和适用范围？对于我正在研究的新型材料，书中是否会提及它们在MEMS领域的潜在应用前景，或者提供相关的理论基础和实验数据？另外，MEMS器件的可靠性和寿命也是一个关键问题，书中是否会讨论影响器件性能衰减的因素，以及提高器件可靠性的方法？我希望这本书能为我的研究提供理论上的支持和思路上的启发。

评分☆☆☆☆☆

作为一名在光学精密加工领域摸爬滚打了多年的工程师，我对MEMS技术有着近乎痴迷的探索欲。每次在研讨会或者行业展会上看到那些指甲盖大小却能实现复杂功能的微型器件，都感到无比震撼。这本书的标题——《微机电系统原理》——深深地吸引了我，因为它似乎直击核心，旨在揭示MEMS的内在运作机制。我尤其关注书中对微执行器（microactuators）的论述。我知道MEMS不仅仅是传感器，还能驱动物体进行运动，比如微型泵、微型阀门，甚至是微型机器人。这些微执行器是如何克服惯性和阻力，实现精确、高效的运动控制的？它们是基于静电、压电、热膨胀还是其他原理？书中是否会深入剖析这些驱动机制的物理基础和工程实现？我希望它能提供丰富的理论推导和实操案例，帮助我理解如何在实际设计中选择和优化微执行器。另外，MEMS器件的封装和集成也是一个巨大的挑战，微观世界的器件如何在宏观世界中稳定可靠地工作？书中对这部分内容的介绍是否详尽？我期待看到关于如何保护微小器件免受环境影响，以及如何将其与其他电子元件进行高效协同的解决方案。这本书无疑是我在MEMS技术探索道路上的一本重要参考书。