微細加工技術的應用和趨勢

王凌杰　徐釗

衡水學院分院

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微細加工技術的應用和趨勢

王凌杰徐釗

衡水學院分院

摘要：先進制造工藝是先進制造技術的核心和基礎，一個國家的制造工藝的水平的高低，在很大程度上決定了其制造業在國際市場的競爭實力。本文主要介紹先進制造工藝中的微細加工技術在現在各個方面的應用及發展。

隨著微納米技術的不斷發展，以本身形狀尺寸微小或操作尺度極小為特征的微機械已成為人們在微觀領域認識和改造客觀世界的一種高新技術。微機械由于具有能夠在狹小空間內進行作業，而又不擾亂工作環境和對象的特點，在航空航天，精密儀器，生物醫學等領域有著廣闊的應用潛力，且是實現納米技術(Nan0technology) 的重要環節，因而受到人們的高度重視，被列為21世紀關鍵技術之首。

1　微機械的特征

微機械在美國常稱為微型機電系統；在日本稱作微機器；而在歐洲則稱作微系統。微機械按其尺寸特征可以分為1-10mm的微小型機械，lnm—lmm的微機械，以及lnm-lmm的納米機械。而制造微機械常采用的微細加工又可以進一步分為微米級微細加工(micro—fabricat ion)，亞微米級微細加工(sub—micro—fabrication)和納米級微細加工(nano—fabrication)等。概括起來，微機械具有以下幾個基本特點：

體積小、精度高、重量輕。其體積可小至亞微米以下，尺寸精度達納米級，重量可輕至納克。性能穩定、可靠性高。由于微機械的體積甚小，幾乎不受熱膨漲，噪聲和撓曲等因素影響，具有較高的抗干擾性，可在較差的環境下進行穩定的工作。能耗低、靈敏性和工作效率高。微機械所消耗的能量遠小于傳統機械的十分之一，但卻能以十倍以上的速度來完成同樣的工作，如5mm×5mm×0.7mm 的微型泵的流速是比其體積大得多的小型泵的1000倍，而且機電一體化的微機械不存在信號延遲問題，可進行高速工作。多功能和智能化。微機械最終要達到集傳感器、執行器和電子控制電路為一體的目標，特別是應用智能材料和智能結構后，更易于實現微機械的多功能化和智能化。

2　微細加工的工藝方法

2．1超微機械加工

超微機械加工是指用精密金屬切削和電火花、線切割等加工方法，制作毫米級尺寸以下的為機械零件，是一種三維實體加工技術，多是單件加工，單件裝配，費用較高。微細切削加工適合所有金屬、塑料及工程陶瓷材料，主要切削方式有車削、銑削、鉆削等。

2．2光刻加工

光刻技術主要應用在微電子中。它一般是對半導體進行加工，需要一個有部分透光部分不透光的掩模板，通過曝光、顯影、刻蝕等技術獲得和掩模板一樣的圖形。先在處理過后的半導體上涂上光刻膠，然后蓋上掩模板進行曝光，其中透光部分光刻膠的化學成分在曝光過程中發生了變化，之后進行顯影，將發生化學變化的光刻膠腐蝕掉，裸露出半導體，之后對裸露出的半導體進行刻蝕，最后把光刻膠去掉就得到了想要的圖形。

3　微細加工技術的尖端應用

3．1搬遷原子

1990年，美國圣何塞IBMN爾馬登研究所科學家用STM將鎳表面吸附的氙原子逐一移動，最終以35個氙原子排成IBM三個字母。每個字母高5nm，原子間的最短距離為lnm。這一成果開創了人類單原子操縱研究的先河，表明人類不僅可以用SPY觀察、測量試樣表面上的原子、分子結構，而且可以根據人的意志隨意加工制造出原子級的人工結構。將原子、分子進行重新組裝、排列成一定的形狀，是一種典型的“從下至上”構筑物質結構的最終極形式。15J～0．1納米。

3．2微機器人

微機器人(Micro—Robot)是相對比較完備的微型電子機械系統(MEMs)的代表。微機器人的應用主要集中在工業領域、醫學領域及基礎學科研究領域，在移動或處理微組織，區分細胞，DNA分析，運用STM或AFM操縱樣品等各項研究方面，微機器人都發揮著重要作用。在生物醫療方面，微機器人可輔助進行細胞區分等輔助診斷以及眼部、腦部微紉手術。

4　微細加工的重要地位和趨勢

微細加工技術是精密加工技術的一個分支，面向微細加工的電加工技術，激光微工、水射流微細微細加工技術是精密加工技術的一個分支，面向微細加工的電加工技術，激光微孔加工、水射流微細切割技術等等在發展國民經濟，振興我國國防事業等發面都有非常重要的意義，這一領域的發展對未來的國民經濟、科學技術等將產生巨大影響，先進國家紛紛將之列為未來關鍵技術之一并擴大投資和加強基礎研究與開發。

隨著2O世紀8O年代后期微機械、微機電系統這一門新興交叉學科的興起，微細加工技術作為獲得微機械、微機電系統的必要手段，得到了快速的發展。微細加工技術起源于平面硅工藝，但隨著半導體器件、集成電路、微型機械等技術的發展與需求，微細加工技術已經成為一門多學科交叉的制造系統工程和綜合高新技術，廣泛應用于醫療、生物工程、信息、航空航天、半導體工業、軍事、汽車等領域，給國民經濟、人民生活和國防、軍事等帶來了深遠的影響，被列為2l世紀關鍵技術之一。現代制造技術的發展有兩大趨勢：一是向著自動化、柔性化、集成化、智能化等方向發展，另一個就是尋求固有制造技術的自身微細加工極限。

未來微機械和微細加工技術的研究仍然要立足于微觀理論基礎的研究和微細加工技術的探討開發上。隨著人們對微觀世界的深入了解和掌握，微細加工技術手段必將發展向更高的層次，促進人類社會通往更高層次的文明時代。

關鍵字：微機械 微機械加工技術 超微機械加工 光刻加工