全面的微系统技术
微系统与纳米技术
微系统与纳米技术微系统与纳米技术是当今世界最前沿的科学和技术领域之一，它们不仅在科学研究领域发展迅猛，也在工业、医疗、能源等领域展现出巨大的应用潜力。
微系统是一种由微米级或纳米级尺度的器件、结构和系统组成的集成系统，而纳米技术是研究和应用与纳米尺度相关的科学和工程技术。
本文将从微系统与纳米技术的基本概念、发展历程、应用领域和未来展望等方面进行阐述。
一、微系统与纳米技术的基本概念微系统技术是指在微米尺度制造、组装和集成各种功能器件和系统的技术，它涉及微机械系统、微流控系统、微电子系统等多种领域。
微系统的核心是微机电系统（MEMS），它是融合微机械工程、电子学和计算机技术的交叉学科，以微米级和纳米级器件和机械结构为基础，构成了微型机械系统、微传感器、微执行器等微系统。
纳米技术是一种将原子、分子和纳米尺度结构进行精确控制和创造新材料、新器件和新系统的技术，它是一种高度多学科交叉融合的领域，涉及物理学、化学、生物学、材料科学等众多学科。
纳米技术的基本目标是控制和操纵物质的分子和原子水平，实现对物质特性的精确设计和调控，从而创造出具有特定功能和性能的纳米材料和纳米器件。
二、微系统与纳米技术的发展历程微系统技术起源于20世纪60年代初期的集成电路技术，随着半导体工艺的不断发展，微系统技术逐渐发展成为独立的研究领域。
1965年，Intel公司的联合创始人戈登·摩尔提出了著名的摩尔定律，预言了半导体集成电路性能的指数增长，并引领了微系统技术的飞速发展。
1987年，美国加州大学伯克利分校提出了MEMS概念，开创了微机械系统的研究与应用。
至今，微系统技术取得了巨大的进展，在汽车、医疗、通信等领域得到了广泛应用。
而纳米技术的发展始于20世纪80年代，当时物理学家理查德·费曼第一次提出了利用纳米尺度的技术实现物质操纵的概念，开启了纳米技术的先河。
1991年，IBM的科学家首次成功地对一个单原子进行了操作和操控，标志着纳米技术的开端。
第一章微系统设计与系统集成技术概论(1-1)_573505082
4学时
4学时 4学时
课堂讨论与机动
共 计：
3学时
32学时
上课时间： 每周五下午14:00~17:00，4学时/次
Copyright(c) Tsinghua University Zhang Gaofei
课程基本情况介绍（四）
主要参考文献 1、Stephen D.Senturia (Professor of MIT),Micro System Design, Kluwer Academic Publishers,Third Printing,2001.
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课程基本情况介绍（三）
本课程讲述的内容
微系统设计与系统集成技术概论
微系统设计建模策略
3学时
8学时
微系统设计技术基础 （材料和工艺） 6学时
微系统的典型执行器功能设计
微系统的典型传感器功能设计 微系统的系统集成与封装基础
化 学
微系统技术 是多学科交叉 的研究领域
微光学 材料学
微热力学
微动力学 微机械学 微摩擦学
物理学
生物学
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微系统研发及产品生产流程
应用系统 微型化器件
设计技术和 制造工艺
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Power MEMS RF MEMS Bio MEMS ……
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微系统封装技术-键合技术
航空航天领域
用于制造微型化航空电子设备、 卫星电路模块等。
通信领域
用于制造手机、路由器、交换 机等通信设备中的微型化电路 模块。
医疗领域
用于制造微型化医疗器械，如 植入式电子器件、医疗传感器 等。
智能制造领域
用于制造微型化工业传感器、 控制器等智能制造设备中的电 路模块。
02
键合技术的基本原理
键合技术的定义
键合技术的关键要素
键合材料的选择
总结词
选择合适的键合材料是实现高质量微系统封装的关键，需要考虑材料的物理性质、化学稳定性、热膨胀系数匹配 等因素。
详细描述
在微系统封装中，键合材料的选择至关重要。材料需要具备优良的导热性、导电性、耐腐蚀性和稳定的化学性质， 以确保键合的可靠性和长期稳定性。此外，材料的热膨胀系数也需要与基材相匹配，以减少因温度变化引起的应 力，防止键合层破裂或脱落。
超声键合技术
超声键合技术是一种利用超声波能量实现芯片 与基板连接的封装技术。
超声键合技术具有非热、非机械接触、快速和 低成本的优点，适用于各种不同类型的材料和 器件。
超声键合技术的关键在于超声波的传播和控制， 需要精确控制超声波的频率、振幅和作用时间 等参数，以确保键合的质量和可靠性。
热压键合技术
环境友好型封装技术
无铅封装
推广无铅封装技术，减少 对环境的重金属污染，满 足绿色环保要求。
可回收封装
研究开发可回收再利用的 封装材料和工艺，降低资 源消耗和环境污染。
节能封装
优化封装设计和工艺，降 低微系统封装的能耗，实 现节能减排的目标。
06
结论
微系统封装技术的重要性
提升电子设备性能
节能环保
键合质量的检测与控制
微机电系统技术及应用
微机电系统技术及应用微机电系统技术（Micro-Electro-Mechanical Systems，MEMS）是指一种集成微型机械、电子和计算机技术的系统，它利用微型加工技术将传感器、执行器和电子元器件等多种功能集成到一个芯片上，从而实现在微小空间内进行感测、信号处理和控制的复杂系统。
自20世纪80年代以来，MEMS技术在各个领域得到了广泛的应用，成为现代科技进步的重要方向之一。
一、MEMS技术的基本原理MEMS技术的实现基于微机械制造技术，即利用光刻、蚀刻、离子注入、薄膜沉积、微调工艺等多种微加工技术，在硅基底板上制造出微型机械和微型电子元器件，将它们集成在一起实现控制系统的复杂功能。
常见的MEMS元件包括传感器和执行器两类。
传感器一般是将物理量转换成电信号输出的元件，MEMS传感器主要有压力传感器、加速度传感器、角速度传感器、温度传感器、化学传感器等，它们的结构和工作原理各不相同。
以加速度传感器为例，它主要是通过微型悬臂等结构感受加速度的作用，在振动部件上加上感应电极，利用柔性连接器将机械运动转化成电信号输出。
执行器是将电信号转换成物理运动的设备，MEMS执行器主要有微型电机、微泵、微阀门和微喷头等。
以微型电机为例，它主要包括固定部件和旋转部件，其结构具有一定的复杂性。
电机的旋转部件通常采用转子-定子结构，采用MEMS技术可以制造出特殊形状的转子并将其悬挂在薄膜支撑结构上，转子与定子之间通过电容传感器实现控制，电容传感器输出的信号被用于控制电机的转速和方向。
二、MEMS技术的应用领域MEMS技术的应用范围非常广泛，包括空间、军事、医疗、汽车、电子信息等多个领域，在以下几个方面得到了广泛应用。
1.传感器MEMS传感器可以感测体积小、重量轻、功耗低、响应速度快、精度高等诸多优点，使之成为传感器领域的重要技术。
它广泛应用于汽车行业、工业自动化控制、医疗设备等领域，如安全气囊用于汽车碰撞检测、指纹识别传感器、手机加速度传感器等。
微系统工艺技术
微系统工艺技术微系统工艺技术（Microsystem technology）是一种综合应用物理学、材料学、计算机技术、电子技术、光学技术、机械工艺等多学科知识的前沿技术，主要用于设计、制造和应用微小尺寸的部件、器件和系统。
它的核心思想是将传感器、执行器、微处理器和通信模块等功能集成在一起，形成一种体积小、功耗低、功能强大的微型系统。
微系统工艺技术最早应用于军事和航天领域，随着科学技术的进步和工业发展的需求，越来越多的行业开始采用微系统工艺技术。
目前，微系统技术在通信、医疗、交通、环保、能源等领域都有广泛应用。
微系统工艺技术的最大特点是多学科融合，不仅需要对物理学、材料学、机械工艺等基础科学有深入的理解，还需要能够进行系统设计和工艺加工的能力。
首先，微系统工艺技术需要充分理解材料的性能和特性，在设计和制造过程中选择合适的材料。
其次，微系统工艺技术需要掌握精确的加工工艺，以保证微尺度的部件和器件的制造精度。
最后，微系统工艺技术还需要合理的封装和组装技术，以确保微系统的可靠性和稳定性。
微系统工艺技术的应用非常广泛。
在通信领域，微系统工艺技术可以用于制造小型的天线、滤波器和射频开关等部件，提高通信设备的性能和功能。
在医疗领域，微系统工艺技术可以用于制造微型的生物传感器和医疗设备，实现无创医疗和远程监护。
在交通领域，微系统工艺技术可以用于制造车载传感器和控制系统，提高交通运输的安全性和效率。
在环保领域，微系统工艺技术可以用于制造微型的传感器和控制系统，实现对环境的监测和控制。
在能源领域，微系统工艺技术可以用于制造微型的发电设备和储能装置，提高能源利用效率。
微系统工艺技术的发展前景非常广阔。
随着科学技术的进步和工业需求的增加，微系统工艺技术将继续发展。
未来，我们可以预见微系统工艺技术将在更多的领域得到应用，其应用范围将进一步扩大，并带来更多的创新和发展机会。
总之，微系统工艺技术是一种综合应用物理学、材料学、计算机技术、电子技术、光学技术、机械工艺等多学科知识的前沿技术，能够制造小型、功能强大的微型系统。
微机电系统(MEMS)技术介绍
微机电系统（MEMS）技术介绍微机电系统（MEMS），在欧洲也被称为微系统技术，或在日本被称为微机械，是一类器件，其特点是尺寸很小，制造方式特殊。
MEMS是指采用微机械加工技术批量制作的、集微型传感器、微型机构、微型执行器以及信号处理和控制电路、接口、通讯等于一体的微型器件或微型系统。
MEMS 器件的特征长度从1毫米到1微米--1微米可是要比人们头发的直径小很多。
MEMS往往会采用常见的机械零件和工具所对应微观模拟元件，例如它们可能包含通道、孔、悬臂、膜、腔以及其它结构。
然而，MEMS器件加工技术并非机械式。
相反，它们采用类似于集成电路批处理式的微制造技术。
今天很多产品都利用了MEMS技术，如微换热器、喷墨打印头、高清投影仪的微镜阵列、压力传感器以及红外探测器等。
MEMS技术可以用于制造压力传感器、惯性传感器、磁力传感器、温度传感器等微型传感器，这些传感器以及它们的部分信号处理电路都可以在只有几毫米或更小的芯片上实现。
与传统的传感器相比，MEMS传感器不仅体积更小、功耗更低，而且它们往往会比传统传感器更加准确、更加灵敏。
随着人们对海洋观测的需求不断增加和海洋观测技术的不断发展，MEMS技术也在逐渐进入海洋观测技术研究领域。
一、MEMS概念“他们告诉我一种小手指指甲大小的电动机。
他们告诉我，目前市场上有一种装置，通过它你可以在大头针头上写祷文。
但这也没什么；这是最原始的，只是我打算讨论方向上的暂停的一小步。
在其下是一个惊人的小世界。
公元2000年，当他们回顾当前阶段时，他们会想知道为何直到1960年，才有人开始认真地朝这个方向努力。
”——理查德·费曼，《底部仍然存在充足的空间》发表于1959年12月29日于加州理工大学（Caltech）举办的美国物理学会年会。
但我们可能会问：为什么要在这样一个微小尺上生成这些对象？MEMS器件可以完成许多宏观器件同样的任务，同时还有很多独特的优势。
这其中第一个以及最明显的一个优势就是小型化。
微型机电系统技术及应用研究
微型机电系统技术及应用研究一、微型机电系统技术的概述微型机电系统（MEMS）是一种结合微电子技术和机械工程学的新型领域，其通过微型化的设计和制造技术，将传统机械结构和微电子器件相结合，形成了微小的机电一体化系统。
微型机电系统技术是一门综合性技术，涵盖了微电子、纳米技术、微流体技术、光学技术、机电一体化技术等多个学科的知识。
它主要应用于机械传感器、微型电子器件、模拟信号处理器、微型加速度计等领域。
二、微型机电系统技术的工艺流程（一）MEMS芯片的设计MEMS芯片的设计过程是从需求分析、系统设计、器件设计、工艺设计、布图设计等方面入手进行的。
需要建立实体模型、分析模型，进行仿真和测试，并不断优化和改进设计。
（二）MEMS芯片的制造MEMS芯片的制造过程一般包括深度反相模法、LIGA工艺、光刻、涂覆、光阻显影、等离子刻蚀、熔合碳化硅、薄膜沉积、蚀刻等多个步骤。
（三）MEMS芯片的封装MEMS芯片的封装是保护器件、连接器件与外部电路的必要措施。
封装过程可以分为晶圆封装和单晶封装两种方式，包括封装底座、焊接、固定器件等多个步骤。
三、微型机电系统技术的应用研究（一）机械传感器微型机械传感器是MEMS技术应用最为广泛的领域，目前已广泛用于医疗、环境、军事、交通等领域。
例如，在医疗领域中，MEMS传感器可用于实时监测病人的脉搏、血压和呼吸等生命体征，为医护人员提供即时的信息。
（二）微型电子器件微型电子器件是MEMS技术的另一个重要应用方向，包括MEMS振荡器、MEMS电容器等。
这些器件的微型化和集成化将会使一些电子设备大幅度缩小，例如手机和手表等。
（三）模拟信号处理器模拟信号处理器是利用MEMS技术构建的一种新型信号处理器，可以将模拟信号进行转换、增强和分析等处理，广泛应用于工业自动化、环境监测、生命科学等领域。
（四）微型加速度计微型加速度计是MEMS技术在工业领域中的应用之一，可以实现对工业设备振动、冲击等数据的监测和控制，对于提高设备的精度和可靠性有非常重要的作用。
MEMS微机电系统(Micro-Electro-Mechanical Systems)
MEMS是微机电系统（Micro-Electro-Mechanical Systems）的英文缩写。
MEMS 是美国的叫法，在日本被称为微机械，在欧洲被称为微系统，它是指可批量制作的，集微型机构、微型传感器、微型执行器以及信号处理和控制电路、直至接口、通信和电源等于一体的微型器件或系统。
MEMS是随着半导体集成电路微细加工技术和超精密机械加工技术的发展而发展起来的，目前MEMS加工技术还被广泛应用于微流控芯片与合成生物学等领域，从而进行生物化学等实验室技术流程的芯片集成化。
MEMS主要包括微型机构、微型传感器、微型执行器和相应的处理电路等几部分，它是在融合多种微细加工技术，并应用现代信息技术的最新成果的基础上发展起来的高科技前沿学科。
MEMS技术的发展开辟了一个全新的技术领域和产业，采用MEMS技术制作的微传感器、微执行器、微型构件、微机械光学器件、真空微电子器件、电力电子器件等在航空、航天、汽车、生物医学、环境监控、军事以及几乎人们所接触到的所有领域中都有着十分广阔的应用前景。
MEMS技术正发展成为一个巨大的产业，就象近20年来微电子产业和计算机产业给人类带来的巨大变化一样，MEMS也正在孕育一场深刻的技术变革并对人类社会产生新一轮的影响。
目前MEMS市场的主导产品为压力传感器、加速度计、微陀螺仪、墨水喷咀和硬盘驱动头等。
大多数工业观察家预测，未来5年MEMS器件的销售额将呈迅速增长之势，年平均增加率约为18%，因此对对机械电子工程、精密机械及仪器、半导体物理等学科的发展提供了极好的机遇和严峻的挑战。
MEMS是一种全新的必须同时考虑多种物理场混合作用的研发领域，相对于传统的机械，它们的尺寸更小，最大的不超过一个厘米，甚至仅仅为几个微米，其厚度就更加微小。
采用以硅为主的材料，电气性能优良，硅材料的强度、硬度和杨氏模量与铁相当，密度与铝类似，热传导率接近钼和钨。
采用与集成电路（IC）类似的生成技术，可大量利用IC生产中的成熟技术、工艺，进行大批量、低成本生产，使性价比相对于传统“机械”制造技术大幅度提高。
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一、微系统技术在微系统技术微系统技术的发展历史上，集成电路（IC）是技术的起点。
电子器件小型化和多功能信成是微加工技术的推动力。
如果没有微加工和小型化技术的迅猛发展，许多今天看来理所当然的科学和工程成就都不可能实现。
微系统技术是由集成电路技术发展而来的，经过了大约20年的萌芽阶段，即由20世纪60年代中期到20世纪80年代。
在这段萌芽时期，主要是开展一些微系统技术的零散研究。
例如，开发了硅各向异性腐蚀技术用于在平面硅衬底上加工三维结构；一些研究机构和工业实验室里的研究者开始利用集成电路的加工技术制造微系统技术器件，例如悬臂梁、薄膜和喷嘴；微传感器的关键部件，如单晶硅和多晶硅中的压阻被发现、研究和优化。
在微系统技术的研发时期，涌现出了一些具有重要意义的研究成果。
1967年，Westinghouse公司发明了一种谐振栅晶体管（RGT）。
它与传统的晶体管不同，RGT的电栅极不是固定在栅氧化层上，而是相对硅衬底可动。
由静电力控制栅电极和衬底之间的间距。
RGT是静电微执行器的最早实例。
佳能公司最早开发了基于热气泡技术的喷墨打印技术，而惠普公司在1978年首先发明了基于硅微机械加工技术的喷墨打印机喷嘴。
喷嘴阵列喷射出热气泡膨胀所需液体体积大小的墨滴，如图1-1所示。
气泡破裂又将墨汁吸入到存放墨汁的空腔中，为下一次喷墨做准备。
通过滴入红、蓝、黄三种基本色实现彩色打印。
图1-1在20世纪80年代后期，在微机械技术这个新领域的研究者主要是研究硅的应用——单晶硅衬底或者多晶硅薄膜。
多晶硅薄膜技术的应用产生了一些表面微机械加工的机械结构，如弹簧、传动机械和曲柄等。
20世纪90年代，全世界的微系统技术研究进入一个突飞猛进、日新月异的发展阶段。
非常成功的例子有美国Analog Devices（模拟器件）公司生产的用于汽车安全气囊系统的集成惯性传感器，以及美国Texas Instruments（德州仪器）公司用于投影显示的数字光处理芯片。
相对于宏观的机电传感器，微系统技术技术带来了两个重要的优点，即高灵敏度和低噪声。
同时，由于微系统技术技术采用批量生产，而不是采用手工组装的方式，有效地降低了传感器的使用成本。
20世纪90年代后期，光微系统技术发展迅速。
世界各地的研究人员竞相开发微光机电系统和器件，希望能将二元光学透镜、衍射光栅、可调光微镜、干涉滤波器，相位调制器等部件应用到光学显示、自适应光学系统、可调滤波器、气体光谱分析仪和路由器等应用领域。
生物微系统技术包括生物学研究、医疗诊断和临床介入等方面的微系统技术研究和应用。
由于生物微系统技术结构和器件的尺寸大小、集成功能多，它们已经在一些医疗方面得到应用，例如视网膜植入，耳蜗植入、嵌入生理传感器以及含有传感器的智能手术工具等。
二、微系统技术的本质特征2.1小型化毫无疑问，微系统技术将会不断有新的应用领域。
技术发展和商业化的原因有时候并不完全相同。
然而，微系统技术器件和微加工技术具有三种特点，称为“3M”，即小型化、微型电子集成及高精度的批量制造。
典型的微系统技术器件~1cm之间，当然，微系统技术器件阵列或整个微系统的长度尺寸大约在1m技术系统的尺寸会更大一些。
小尺寸能够实现柔性支撑、带来高谐振频率、低热惯性等很多优点。
然而小型化带来的并不全是更好的特性，也可能带来问题。
有些在宏观尺度下非常显著的物理效应，当器件尺寸变小以后，性能可能会变得很差。
与之相反，有些对于宏观器件可忽略的物理效应，在微观尺寸范围内会突然变得突出，这称之为比例尺度定律。
这人定律可以有效解释物理学在不同尺寸下的作用规律。
例如，跳蚤可以跳过自身高度的几十倍，而大象则根本不能跳。
定性观察表明：重量小的物体受重力影响小、小型化可以带来更快的速度、高功率密度和高效率。
尺度效应是微系统技术中许多物理现象不同于宏观现象的一个非常得要的原因，随着尺寸的减小，表面积（2L）与体积（3L）之比相对增大，表面效应十分明显，这将导致微机电系统的受力环境与传统机电系统完全不同。
以潜水艇为例，当把潜水艇缩小到针头大小时，螺旋桨即使转动与很难使潜水艇前进，这主要是由于尺度变化，使得潜水艇受到水的黏性阻力变得相当突出，二者的驱动原理已经完全不同。
正因如此，像细菌一样的微小生物体它们在液体中依靠的是螺旋状长长的鞭毛边旋转边前进。
2.2微系统技术中的力对于我们所考虑的微机电系统，其尺寸量级在微米和纳米之间，在这种范围内起主要作用的是万有引力和电磁力。
物体间作用的万有引力和电磁力的强度主要取决于3个因素，即作用力的密度、物体的尺度及物体间的作用距离。
万有引力和静电力表达方式很相似，从作用距离来看，二者都与距离平方成反比。
从作用体的尺度来看，二者也都与物体尺度成正比。
但从作用力的密度来看，二者有很大区别。
首先引力常数和库仑力常数相差就很大，其次静电力和电荷成正比，万有引力和质量成正比，而单位尺度下的质量却比单位尺度下的电荷也要小很多，因此，静电力的密度要比万有引力的密度大很多个量级。
除此之外，万有引力一定是吸引力，而静电力可以是吸引力也可以是排斥力，取决于电荷的同号或异号。
微机电系统结构的尺寸很小，质量也很小。
由于万有引力的密度极小，因此对于微机电系统来说万有引力是可以忽略的。
与万有引力不同，电磁力的作用却是普遍的和多样的。
电磁力中包括静电力、电场力、磁场力、洛仑兹力、多极电场力以及偶极电场力引发的范德瓦尔斯力等很多形式。
微机电系统的结构尺寸大多数都在微米量级，有的作用尺寸甚至达到纳米量级。
因此，对于微机电系统来说，表面力和线力相对体积力来说起到的作用更明显，如静电力、摩擦力、阻尼力、卡西米尔力等都属于表面力，它们在微机电系统中的重要作用都在不同程度上显现，而安培力属于线力，受尺度的影响最不显著，它在宏观和微观机电系统中，静电力常常可作为一种驱动力来产生电容两极间的相对运动，但当两极板间距较小或电压较大时，两个极板间的静电力也会引起板间的吸合。
对于谐振系统，若要使两极板间产生周期振动，则周期性的驱动力是期望的主动动作，而极板间的吸合趋势就是不期望的被动作用。
对于表电开关，极板间的吸合是期望的主动作用，未吸合的振动就变为不期望的被动作用。
除此之外，微摩擦力和空气阻尼力等也在微机电系统中起着主动或被动的作用。
空气阴尼会影响系统的品质因子，但空气阻尼也常常被用来调节品质因子。
摩擦力会使微构件很快磨损而导致失效，但摩擦力有时也可用来作为约束或固定。
由于上述的在宏观尺度上被忽略的各种面力，在微观尺度下都显现出来。
相对于宏观状态，微机电系统的力学环境发生了很大的变化。
当系统特征尺度达到微米或纳米量级时，许多物理现象与宏观状态也有明显不同，当它受不同环境和不同加工过程的影响时，力学参数也会有明显变化。
与尺度高次方成正比例的惯性力，电磁力等的作用相对减小，而与尺度低次方成比例的摩擦力、黏性力、弹性力、表面张力、静电力的作用相对增大；原来宏观条件下被忽略的毛细力、空气阻尼力、卡西米尔力和范德瓦尔斯力等，在微结构的相互作用中已不能再被忽略，因此微机系统是一个多场力作用的系统。
另外，虽然微机电系统的基本结构都是固体形态的，但从微尺度角度考虑，温度引起的水滴液体形态和固有的空气气体形态等也都是同时存在的。
因此，微机电系统又是一个多相共存的系统。
总之，一般来说，从力学作用的角度看，微机电系统是一个多场共存并耦合和多相共存并耦合的系统。
因此，微机电系统具有特殊的力学环境。
三、集成电路制造工艺也材料概述3.1掺杂定义：将特定杂质参入到半导体规定区域。
目的：改变材料电学性质。
基本方法：扩散法；离子注入法。
3.2外延（常常是用相同材料）定义：在硅衬底上产生单晶层。
目的：产生不同导电类型、电阻率、不同厚度的隔离、防止击穿电压。
基本方法：气相外延。
3.3薄膜层技术（常常用不同的材料）定义：形成厚度在~nm m 间的薄膜。
目的：实现特定功能方法：物理沉积，包括：真空蒸镀；溅工艺。
3.4光刻工艺光刻工艺过程举例：图3-1在图3-1中的是相关的典型步骤：（a ）清洁处理、涂敷光刻胶、前烘 （b ）暴光 （c ）显影 （d ）坚膜 （e ） 腐蚀（f ） 去胶四、硅微机械加工工艺4.1体硅微机械加工工艺定义：直接在基底材料表面上腐蚀去除材料，形成三维结构。
图4-1如图4-1中所示，体硅微机械加工艺一般是在硅、碳化硅、石英等材料上采用各向同性、各向异性或者自停止方法得到相应三维结构。
4.2表面硅微机械加工工艺定义：通过去除薄膜结构下的支撑层来获得可动的机械单元，而不是在衬底下面加工。
图4-2如图4-2所示典型牺牲层腐蚀工艺的具体步骤：(1)氧化，做体硅腐蚀掩膜层；(2)光刻氧化层，开体硅腐蚀窗口；(3)体硅腐蚀出所需底层结构；(4)去除SiO2；(5)生长或淀积牺牲层材料；(6)光刻牺牲层材料成所需结构；(7)生长结构材料；(8)光刻结构材料；(9)牺牲层腐蚀，释放结构层；(10)防粘结处理。
五、微系统技术的封装技术5.1封装的定义与目的：(1)狭义封装（PKG）把微裸芯片固定于基板上，用外壳包封在基板上，包封腔内灌注树脂或惰性气体，引出I/O接线端子。
起防护目的。
(2)系统封装（SIP）不同功能裸芯片通过微互联技术，混截于一个封装体内，完成系统功能集成，对外引出I/O端子和机械固连方式。
封装的目的是把功能集成，并使设备小型化，增强包容性、兼容性，减小信号传输路径。
5.2微系统技术加工的新发展趋势及存在的问题（1）趋势：◆低温键合（150℃以下）；◆防粘附（表面粗糙技术、表面钉台技术）；◆ 片上封装（在晶圆上）；◆ 特高深宽比（与现有工艺兼容）；◆ 传统特种加工进军微系统技术；◆ 发展封装技术（已相对独立于IC 、微系统技术）。
(2)存在的问题◆ 层间、焊盘、焊点的界面应力清除问题；◆ 热胀系数不匹配、残余应力、变形、本征应力清除问题；◆ 微结构工作过程中热变形；◆ 结构粘附（由于加工过程中干、湿引起的问题）。
六、 微结构静电场及电场力6.1无限大平板模型两个导体可组成一个电容。
当在导体上施加一电压时，导体上就会产生电荷。
导体形成的电容可定义为q C u= 在微机电系统中，许多微结构间都是通过构成电容来工作的。
结构间的静电力就是电荷之间库仑力的宏观表现。
因此可以应用库仑定律计算结构间的静电力。
在实际应用中，一般不去计算点电荷之间的库仑力，取而代之的是计算两导体之间的电势能，然后应用虚位移原理，确定微结构间的静电力。
任意两导体之间储存的能量实际上是电容的能量，可表示为212W CU = 无限大平板模型是目前微结构中应用最多的，此模型假设a 、b 相对于d 无限大，即忽略电容的边缘效应，根据电容定义，可求得ab C dε= 利用电势能和虚位移原理可求得平行运动静电力为22122x W C b F U U a a dε∂∂===∂∂ 以及垂直运动静电力为22122y W C b F U U d d dε∂∂===-∂∂ 对于微机电系统中的静电微结构，尺度为微米量级甚至更小，而且由于加工条件限制，a 、b 不能过长，而间距d 不能太小，d 相对于a 、b 不能取无限大，一般不能简单直接应用上述公式，而需要考虑边缘效应带来的影响。