Micro-assembly Technologies and Applications pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:

作者:Ratchev, Svetan (EDT)/ Koelemeijer, Sandra (EDT)

出品人:

页数:432

译者:

出版时间:2008-1

价格:$ 168.37

装帧:

isbn号码:9780387774022

丛书系列:

图书标签:

• Micro-assembly
• Micro-robotics
• Precision engineering
• Automation
• Manufacturing
• Micromanufacturing
• MEMS
• Assembly technology
• Robotics
• Industrial robotics

精密制造与微观装配：前沿技术与未来展望 图书简介 本书深入探讨了当代精密制造领域的核心挑战与前沿技术，重点聚焦于宏观世界与微观世界交界处的关键工艺——精密装配。随着科技的飞速发展，从先进医疗器械到尖端航空航天设备，再到消费电子产品，对组件的尺寸精度、功能集成度以及可靠性的要求达到了前所未有的高度。传统的机械加工和装配方法已逐渐触及物理极限，因此，发展和掌握新的微米乃至纳米尺度的制造与装配技术成为推动下一代工业进步的决定性因素。 本书结构严谨，内容全面，旨在为从事精密仪器设计、微电子封装、生物医学工程以及先进材料加工的科研人员、工程师和高年级学生提供一份既有理论深度又具实践指导意义的参考资料。全书共分为六个核心部分，层层递进，系统梳理了精密装配的理论基础、关键技术、自动化实现、质量控制以及未来发展趋势。 --- 第一部分：精密制造基础与挑战 本部分首先为读者构建了理解精密装配的理论框架。我们详细回顾了传统机械加工的精度瓶颈，并引出了对超精密加工的需求。 1.1 计量学基础与误差源分析： 精密装配的前提是对尺寸和形位公差的精确测量。本章深入探讨了光学干涉测量、原子力显微镜（AFM）在纳米测量中的应用，并着重分析了环境因素（如温度、振动）对超精密测量的影响，提出了误差预算和补偿的实用方法。 1.2 材料的力学行为在微观尺度下的变化： 尺寸的缩小往往伴随着材料属性的显著变化。本章考察了薄膜材料的残余应力、表面能、摩擦学特性（特别是微/纳米摩擦和润滑）在装配过程中的重要性，强调了材料选择对装配稳定性的决定性作用。 1.3 表面工程与界面控制： 装配的成功与否，很大程度上取决于接触表面的相互作用。我们详细介绍了表面清洁度标准、表面改性技术（如等离子体处理、化学气相沉积）如何优化界面结合强度、减少粘附和汉森的“冷焊”问题。 --- 第二部分：微纳尺度下的关键装配技术 本部分是本书的核心，系统介绍了当前最前沿和最具挑战性的微装配技术。 2.1 粘接与连接技术（Bonding and Joining）： 探讨了超越传统焊接的低温、低应力连接方法。重点分析了超声波键合、扩散焊、激光辅助键合在微电子和MEMS器件中的应用。特别是对导电胶、环氧树脂在微小间隙中的流动性、固化动力学及其对长期可靠性的影响进行了深入的建模与实验验证。 2.2 柔性与弹性装配策略： 针对刚性组件难以对准的问题，本章引入了柔性机构设计（Compliant Mechanism）的概念。详细阐述了如何利用弹性变形体进行无间隙、高精度的自对准（Self-Alignment）。这包括利用表面张力、毛细作用力驱动的自组装（Self-Assembly）原理，以及在流体环境下的微粒捕获与定位技术。 2.3 激光辅助与能量束精确定位： 激光在微装配中扮演了“虚拟工具”的角色。本章讨论了飞秒激光的超快烧蚀在微孔加工和材料去除中的应用，以及光镊（Optical Tweezers）技术在单细胞或微粒子无接触操纵中的原理与限制。 --- 第三部分：微装配的自动化与机器人化 从手工操作到全自动化生产线是精密制造升级的关键一步。本部分聚焦于实现高通量、高可靠性微装配的自动化系统。 3.1 机器视觉与精确引导： 高速、高精度地识别和定位微小部件是自动化系统的基础。本章详细介绍了亚像素级图像处理算法、多模态传感（如结合红外和可见光）在复杂装配场景中的应用，特别是针对部件姿态估计（Pose Estimation）的快速解算方法。 3.2 微型机器人与操作臂（Micro-manipulation）： 介绍了用于拾取和放置（Pick-and-Place）微小组件的专用工具。内容涵盖了压电驱动的超精密运动平台、多自由度微操作臂的运动学逆解、以及流体驱动的微型执行器在复杂环境下的性能表现。 3.3 离线编程与数字孪生： 探讨了如何利用高保真度的仿真环境（数字孪生）来优化装配路径、预演潜在冲突并校准传感器反馈，从而大幅缩短现场调试时间，并预测长期运行中的磨损和漂移。 --- 第四部分：质量保证与可靠性工程 精密装配的成果必须通过严格的质量控制来验证。 4.1 在线监测与实时反馈控制： 阐述了如何集成传感器（如电流、电压、声发射）到装配过程中，实时捕获连接形成的物理信号。重点介绍了基于机器学习的异常检测算法，用于区分正常连接信号与潜在缺陷信号。 4.2 破坏性与非破坏性评估： 详细对比了拉拔测试、剪切测试在评估连接强度中的标准流程。同时，对X射线断层扫描（X-ray CT）、超声波C扫描等无损检测技术在验证内部结构完整性（如空洞、裂纹）方面的应用进行了深入分析。 4.3 长期可靠性预测： 针对高可靠性要求的领域（如航空航天），本章讨论了加速老化测试（HALT/HASS）方法，并构建了疲劳和蠕变模型，用以预测微连接在长期服役条件下的失效概率。 --- 第五部分：特定领域的应用案例解析 为增强理论与实践的结合，本部分提供了几个具有代表性的应用案例，展示了精密装配技术如何解决实际工程难题。 5.1 先进封装技术（Advanced Packaging）： 剖析了三维集成电路（3D IC）中的混合键合（Hybrid Bonding）技术，以及如何实现纳米尺度的TSV（Through-Silicon Via）填充与互联，这是当前半导体行业面临的关键瓶颈之一。 5.2 微流控与生物芯片装配： 探讨了如何将光学生产的聚合物或玻璃基板，与微加工的感应器、泵体精确、无泄漏地粘合在一起，形成功能完善的“芯片实验室”（Lab-on-a-Chip）系统。 5.3 精密光学组件的对准与固定： 介绍了高功率激光系统和空间望远镜中，对自由曲面镜片进行亚角秒级别的对准和热稳定性固定技术。 --- 第六部分：未来趋势与展望 本书的最后一部分着眼于未来十年内精密装配技术的发展方向。 6.1 智能材料与自适应装配： 探讨了形状记忆合金（SMA）和智能粘合剂在装配过程中进行自校正和应力释放的潜力。 6.2 跨尺度集成： 展望了从原子层沉积（ALD）到宏观结构构建的无缝集成方法，以及量子计算、仿生机械等新兴领域对装配精度的全新要求。 6.3 可持续性与轻量化： 讨论了如何利用增材制造（3D打印）技术在装配前优化结构，减少材料浪费，并实现复杂功能的一体化成型，从而降低整体重量和制造成本。 本书力求提供一个全面、深入、与时俱进的视角，帮助读者掌握精密装配这门跨学科的尖端技术，为未来的技术创新奠定坚实的知识基础。

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