微机电系统和微结构及其在航天中的应用

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本书共16章,主要内容包括:概论,微机电系统技术在航天任务中的应用前景,MEMS加工技术,空间环境因素对MEMS技术的影响,空间辐射影响和微机电系统,MEMS技术在空间系统的应用,微加工技术在科学仪器方面的应用,微机电系统在航天器通信中的应用,航天器热控制中的微系统,航天器制导、导航和控制中的微系统,微推进技术,空间应用的MEMS封装技术,关键性空间应用的处理与污染控制考虑,MEMS应用的材料选择,基于空间的MEMS设计和应用的可靠性测试,航天微机电系统与微结构的保障方法等。 本书适合航天、航空和MEMS技术领域的设计师、工程师、管理者和高校院所的相关学科的科研人员、高年级本科生、研究生和相关科技人员阅读。[1] 
书    名
微机电系统和微结构及其在航天中的应用
作    者
[美]罗伯特·奥西安德(Robert Osiander),[美]M.安·加里森·达林(M. Ann Garrison Darrin),[美]约翰·L.钱皮恩(John L. Champion)
译    者
尤政
ISBN
9787302334859
定    价
49元
装    帧
平装
印    次
1-1
印刷日期
2013-12-10

目录

微机电系统和微结构及其在航天中的应用序言

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PREFACE
1959年12月美国物理学家、诺贝尔奖得主、Richard Feynmnan发表的著名演讲昭示了微机电系统(micro electro mechanical systems,MEMS)的来临。微机电系统是指可以批量制造的,集微结构、微传感器、微执行器以及信号处理和控制电路等于一体的器件或系统,具有体积小、质量轻、功耗低、批量生产等显著特征。微机电系统技术是一个交叉学科领域,融合了机械、电子、材料、物理、化学、控制、工艺等多个学科,涵盖了微惯性器件、微光学器件、微化学和生物芯片、射频器件和能源器件等多个应用领域。在微纳米见方的面积上集成了传感、转换、处理和执行等多项功能,改变了人类感知和控制世界的方式。因此,MEMS自20世纪80年代中后期崛起以来,受到了发达国家国防部门的高度重视。到2010年,MEMS产品的销售额达到80亿美元,并以每年10%以上的速度增长。
  到目前为止,国内还没有系统阐述微机电系统技术在航天应用方面的参考书。由Robert Osiander、M. Ann Garrison Darrin和John L. Champion三位教授主持编著的MEMS and Microstructures in Aerospace Applications这本书,是联合了James J. Allen等十几位知名教授根据他们自己在微机电系统技术及其在航天领域应用方面多年的研究成果并总结完成的专著。内容主要涵盖了微机电系统技术本身、微机械结构、器件(部件)和系统在航天领域应用中需要特别考虑和研究的方方面面,具体包括: ①微机电部件和系统技术概论; ②微机电系统技术在航天的使命; ③微细加工工艺; ④空间环境和太空辐射对航天用微机电器件的影响; ⑤MEMS技术在航天系统、仪器、通信、热控、导航、推进等方面的应用; ⑥MEMS封装、材料、可靠性和测试验证在航天应用中的考虑。总的来看,这本书基本概念比较清楚,内容丰富,具有一定的参考价值,适合航天、航空和MEMS技术领域的设计师、工程师、管理者和高校院所相关学科的科研人员、高年级本科生、研究生和相关科技人员阅读。
清华大学尤政教授长期从事精密仪器特别是MEMS技术方面的教学和科研工作,对国内MEMS技术研发和产业化发展常有独到而敏锐的见解,这一次又适时地把这本书介绍到国内,值得赞赏,同时也向为翻译该书付出辛勤劳动的有关师生表示敬意。
  希望本书的出版对有志从事MEMS特别是MEMS在航天领域应用技术研发的科技人员有所帮助。
  2013年5月

微机电系统和微结构及其在航天中的应用目录

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  CONTENTS
  第1章概论
1.1概述
1.2背景和意义
1.3航天用的MEMS器件
1.3.1数字微型推进项目STS93
1.3.2皮卫星任务
1.3.3天蝎座亚轨道示范
1.3.4基于MEMS的微型卫星侦察器系列
1.3.5导弹和军火惯性测量单元
1.3.6蛋白石、蓝宝石和绿宝石
1.3.7国际案例
1.4微机电系统和微结构在航天中的应用
1.4.1对MEMS的理解和MEMS的展望
1.4.2航天系统和仪器中的MEMS
1.4.3卫星分系统中MEMS
1.4.4MEMS技术航天领域应用的插入点
1.5小结
参考文献
第2章MEMS技术在航天任务中的应用前景
2.1引言
2.2适用于航天任务的MEMS技术的近期研制状况
2.2.1NMP ST5热控百叶窗
2.2.2JWST 微型快门阵列
2.2.3尺蠖微型制动器
2.2.4NMP ST6 惯性恒星相机
2.2.5微型推进器
2.2.6航天MEMS器件研制的其他实例
2.3MEMS技术在航天中的潜在应用
2.3.1基于MEMS技术的飞行器元器件清单
2.3.2低成本微型卫星
2.3.3科学仪器和传感器
2.3.4探索应用
2.3.5太空粒子和变异体
2.4挑战和未来的需求
2.4.1挑战
2.4.2未来的需求
2.5小结
参考文献
第3章MEMS加工
3.1引言
3.2MEMS加工技术
3.3LIGA
3.4体硅微加工工艺
3.4.1湿法刻蚀
3.4.2等离子刻蚀
3.5牺牲层表面微加工工艺
3.5.1圣地亚超平多层MEMS技术
3.6集成电路和MEMS技术集成
3.7其他MEMS材料
3.7.1碳化硅
3.7.2硅锗合金
3.7.3金刚石
3.7.4SU8
3.8小结
参考文献
第4章空间环境因素对微纳米技术的影响
4.1引言
4.2机械、化学和电效应
4.2.1热机械效应
4.2.2冲击、加速度以及振动的机械效应
4.2.3化学效应
4.2.4电效应
4.3针对任务运行环境进行设计
4.4空间特殊任务的环境影响
4.5小结
4.6所参考的军用规范和标准
参考文献
第5章空间辐射影响和微机电系统
5.1引言
5.1.1空间辐射环境
5.1.2地球轨道
5.1.3星际空间
5.2辐射效应
5.2.1空间辐射与材料和设备的交互影响(电离)
5.2.2空间辐射与材料和设备的交互影响(位移损伤)
5.2.3MEMS的辐射测试
5.3MEMS中辐射影响的实例
5.3.1加速度计
5.3.2具有梳齿驱动器和齿轮的微马达
5.3.3RF继电器
5.3.4数字反射镜装置
5.4MEMS中辐射影响的缓解
5.5小结
参考文献
第6章微纳米技术在空间系统的应用
6.1空间技术发展简介
6.2高技术成熟度的成功范例
6.2.1用于赫歇尔天文台和普朗克探测器的“蛛网”辐射热测量仪
6.2.2MEMS太阳敏感器
6.2.3MEMS谐振陀螺仪
6.2.4詹姆斯·韦伯太空望远镜应用的MEMS微型快门阵列
6.2.5基于碳纳米管的热界面
6.2.6射频MEMS开关
6.2.7微化学传感器
6.2.8MEMS可变发射率控制器件
6.2.9SAPPHIRE卫星上的隧道红外传感器
6.2.10自由分子流微电热推力器
6.3技术发展途径
6.3.1技术成熟团队方法
6.3.2低成本、高速度的空间飞行
6.4小结
参考文献
第7章微加工技术在科学仪器方面的应用
7.1引言
7.2太空科学中的电磁场和粒子探测
7.2.1等离子光谱仪
7.2.2磁强计与电场探测器
7.3望远镜和光谱仪
7.3.1韦伯太空望远镜近红外光谱仪
7.3.2自适应光学系统的应用
7.3.3光谱仪的应用
7.3.4微加工的测辐射热计
7.4MEMS传感器的原位分析
7.4.1微加工的质谱仪
7.4.2磁共振力显微镜
7.5小结
参考文献
第8章微机电系统在航天器通信中的应用
8.1引言
8.2航天器通信系统中的MEMS射频开关
8.2.1MEMS开关设计和制造
8.2.2RFMEMS开关的性能和可靠性
8.3RFMEMS移相器
8.3.1开关线移相器
8.3.2负载线移相器
8.3.3反射式移相器
8.4其他RFMEMS器件
8.5用于天线设计的RFMEMS
8.5.1电控天线
8.5.2分形天线
8.6用于自由空间光通信的MEMS微镜
8.6.1工艺要点
8.6.2性能要求
8.6.3光束控制性能测试
8.7MEMS在航天器光通信中的应用
8.7.1光束控制
8.7.2最新进展
8.8小结
参考文献
第9章航天器热控制中的微系统
9.1引言
9.2热传递的原理
9.2.1热传导
9.2.2对流
9.2.3辐射
9.3航天器热控制
9.3.1航天器热控制硬件
9.3.2空间中的热传递
9.4MEMS热控制器件应用
9.4.1温度传感器
9.4.2MEMS百叶窗和快门
9.4.3MEMS热控开关
9.4.4微型热管
9.4.5MEMS泵浦液体冷却系统
9.4.6MEMS斯特林制冷机
9.4.7MEMS热控制的问题
9.5小结
参考文献
第10章航天器制导、导航和控制中的微系统
10.1引言
10.2微小卫星中的小型模块化GN&C子系统
10.2.1JPL微导航器
10.2.2GSFC微小卫星姿态和导航电子系统
10.2.3NMP ST6惯性恒星相机
10.3MEMS姿态测量传感器
10.3.1MEMS磁强计
10.3.2MEMS太阳敏感器
10.3.3地球传感器
10.3.4星敏感器
10.4惯性测量传感器
10.4.1MEMS陀螺仪
10.4.2一个MEMS陀螺应用实例: NASA/JSC AERCam系统
10.4.3MEMS加速度计
10.5MEMS姿态控制装置
10.6MEMS技术的高级GN&C应用
10.6.1用于惯性测量的MEMS原子干涉仪
10.6.2小型GN&C传感器和执行器
10.6.3用于机器人系统控制的MEMS敏感皮肤
10.6.4模块化MEMS独立安全保障传感器单元
10.6.5精密望远镜定向
10.7小结
参考文献
第11章微推进技术
11.1引言
11.2电推进器
11.2.1脉冲等离子推进器
11.2.2真空电弧推进器
11.2.3场发射或场效应电推进器
11.2.4激光烧蚀推进器
11.2.5微型离子推进器
11.2.6微型电阻引擎
11.2.7液体汽化微推进器
11.3化学推进器
11.3.1冷气推进器
11.3.2数字推进器
11.3.3单组元推进器
11.4放射性同位素推进器
11.4.1工作原理
11.4.2系统构成
11.5小结
参考文献
第12章空间应用的MEMS封装技术
12.1MEMS封装功能简介
12.1.1机械支撑
12.1.2环境隔离
12.1.3与其他系统组件间的电气连接
12.2MEMS封装的类型
12.2.1金属封装
12.2.2陶瓷封装
12.2.3薄膜多层封装
12.2.4塑料封装
12.3MEMS封装的固连
12.4热管理问题
12.5多芯片封装
12.5.1MCM/HDI
12.5.2倒装片
12.5.3片上系统
12.6MEMS的空间应用实例
12.6.1空间技术5星的变发射率涂层器件
12.6.2USAFA猎鹰SAT3的平面等离子分光计
12.6.3詹姆斯·韦伯空间望远镜的微镜阵列
12.7小结
参考文献
第13章关键性空间应用的处理与污染控制的考虑
13.1引言
13.2硅片的处理
13.3管芯划片、释放和封装过程的处理
13.3.1管芯划片
13.3.2释放时的处理
13.3.3封装
13.4进程中处理和储存要求
13.5静电放电控制
13.6污染控制
13.6.1污染控制程序
13.6.2MEMS污染控制
13.6.3加工的污染控制
13.6.4MEMS封装时的污染控制
13.6.5MEMS封装后的污染控制
13.6.6空间技术5项目中的污染控制
13.7小结
参考文献
第14章MEMS应用的材料选择
14.1引言
14.2微尺度定律
14.3材料选择
14.4材料失效
14.4.1黏附
14.4.2分层
14.4.3疲劳
14.4.4磨损
14.5环境因素
14.5.1振动
14.5.2冲击
14.5.3温度
14.5.4原子氧
14.5.5辐射
14.5.6微粒
14.5.7真空
14.5.8湿度
14.6材料
14.6.1单晶硅
14.6.2多晶硅
14.6.3氮化硅
14.6.4氧化硅
14.6.5金属
14.6.6多晶金刚石
14.6.7碳化硅
14.6.8聚合物与环氧
14.6.9SU8
14.6.10CP1
14.7小结
参考文献
第15章基于空间的MEMS设计和应用的可靠性测试
15.1MEMS可靠性概述
15.2统计得到的品质一致性与可靠性规范
15.3物理失效方式
15.4MEMS失效机制
15.4.1材料的不相容性
15.4.2黏附
15.4.3蠕变
15.4.4疲劳
15.5环境因素与器件可靠性
15.5.1环境导致的应力复合
15.5.2热效应
15.5.3冲击与振动
15.5.4湿度
15.5.5辐射
15.5.6电应力
15.6小结
参考文献
第16章航天微机电系统与微结构的保障方法
16.1引言
16.1.1商用环境VS空间环境
16.1.2测试方案的定制
16.2基于空间环境的设计实践
16.2.1寿命周期环境总则
16.2.2降额与冗余
16.3筛选、质检和流程控制
16.3.1基于制造的设计
16.3.2装配和封装鉴定/筛选要求
16.3.3封装和操作
16.4评审
16.5环境测试
16.6最终集成
16.7小结
参考文献
参考资料
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