微電子技術在機械加工系統(tǒng)中運用分析

邱宇杰

（池州學院，安徽 池州 247000）

當處于信息化時代，工業(yè)制造也要和現代化發(fā)展進程保持同步性，使得微電子技術應運而生。將該技術應用到機械加工系統(tǒng)中，能夠完成高效能、高品質的生產作業(yè)，可以保證產品質量大幅度提升。因此，如何在機械加工系統(tǒng)中合理化運用該技術成為研究的重點，文章從以下方面來對此開展全面闡述。

1 微電子機械系統(tǒng)的概念和特點

1.1 概念

對微電子機械系統(tǒng)來講，其能夠將微機械制動器以及微電子電路等集于一體，并在電路信息指令的輔助下，來對制動器的操作實施控制。同時能夠接收外部信息，利用電路系統(tǒng)來對該信息進行放大處理，再傳到制動器中變成機械操作。

換言之，微電子機械系統(tǒng)是在微電子技術基礎上發(fā)展而來，其能夠將微電子、微機械、傳感器有效整合在一起，并且開始在通訊、軍事等領域中逐漸被應用。

1.2 微電子機械技術特點

1.2.1 微型化

一般狀況下，機械加工技術通常在厘米級別之上，但微電子機械系統(tǒng)技術的加工能夠達到納米級別。在這樣的背景下，該技術應用到各個行業(yè)中實施裝械制造時，不單單能夠改變能源消耗以及體積重量，還為安裝和攜帶的便捷性提供保障。

1.2.2 集成化

通常來講，體積越小越容易集成化。因此，微電子機械系統(tǒng)技術能夠制作出微小器件，可以更加方便集成操作，并且能夠對多種功能的陳列完成構建，甚至可以形成相對繁瑣的微系統(tǒng)。

1.2.3 硅基材料

在微電子機械系統(tǒng)中，硅是制造器件的主要材料。該材料的強度和硬度與鐵相似，密度和鋁相一致，并且熱傳導率與鎢相接近，但是所需承擔的成本相對較低。通過該技術開展裝置制造時，將硅當成首選材料，從而使預期設定的大批量生產目標得到有效實現。

2 微電子機械系統(tǒng)技術類型分析

2.1 體微機械加工技術

該技術指的是在摻雜和結晶濕化學腐蝕的基礎上，將整體材料被加工成微機械結構，如單晶硅基片等。該技術的優(yōu)勢體現在制造較大器件時，更加的簡便。缺點主要是無法對精準性和靈敏性極高的系統(tǒng)實施制造。另外，該技術無法應用在器件的平面化布局中，所以無法與微電子線路兼容。目前，在速度傳感器以及壓力傳感器中，該技術的使用頻率最高。

2.2 表面微機械加工技術

對該技術而言，其在裝置制造的過程中，將集成電路中的平面制造技術引入其中。從當前微機械系統(tǒng)技術的應用狀況中可知，當處于實際制造過程時，一方面需要利用電連結的多晶硅層，另一方面，還要使用大量機械加工的多晶硅層，通過兩者來對多種機械部件實施構建。該技術的優(yōu)勢體現在能夠將現代化IC生產工藝全面引入其中，并對機械部件尺度實施科學管控，從而確保與IC有效兼容。但需注意的是，在使用過程中，由于受到沉積薄膜厚度的限制，導致通過該技術所制造的機械結構都是二維的。伴隨著機械加工層數的不斷增加，微型機械的制造功能不斷加強，且內容復雜性也逐漸提高，但也會形成無法解決的難題，如平面化問題。

2.3 金屬微機械加工技術

分析上述兩種技術可知，這兩種技術的加工技術都是以硅為核心，但對金屬微機械加工技術來講，其在傳統(tǒng)機械加工技術為基礎上不斷革新發(fā)展，并將LIGA技術引入其中來實施操作。LIGA技術屬于微機電加工技術范疇，并將X射線光刻技術當成核心。在實際操作過程中，所遵循的操作步驟流程為：第一，X光深度同步輻射光刻；第二，電鑄制膜；第三，注膜復制。

2.4 復合微機械加工技術

該技術能夠有效融合體微機械加工技術和表面微機械加工技術，不單單能夠使這兩種技術的優(yōu)勢得到最大化呈現，而且能夠盡可能地避免兩者的缺陷。

3 微電子機械系統(tǒng)的基礎技術

3.1 體微機械加工技術

3.1.1 腐蝕技術

對腐蝕技術來講，其不單單是體微機械加工技術的關鍵，也是微結構得以形成的主要手段之一。按照不同的劃分標準，可以將其劃分成以下幾種類型：第一，各向異性腐蝕技術。這種技術的原理是根據腐蝕液在硅各個晶向上的腐蝕速度不同，來對微結構或微型零件實施制作。第二，電化學腐蝕技術。這種技術是在電化學原理上發(fā)展而成的濕法腐蝕技術，當前已經發(fā)展呈自終止腐蝕技術，有利于對腐蝕深度實施精準控制。通常在硅結構制作中進行應用。第三，干法腐蝕技術。該種技術還包含等離子體腐蝕以及反應離子腐蝕等方法，該技術的優(yōu)勢體現在高分辨率和高精度等方面。

3.1.2 硅鍵合技術

微機械加工過程中，不利用粘結劑就講分開制作的部件連接在一起，這種技術被稱之為鍵合。其通常被劃分成兩類：一類是硅-硅直接鍵合技術，這種技術是在高溫條件下，借助原子間的作用力，使得兩個平坦的硅片能夠被鍵合在一起，以此來形成一個完整的整體。另一類是靜電鍵合技術，該鍵合技術的應用場景以硅與玻璃間的鍵合為主，當處于460 ℃溫度條件下，并將電壓加在硅和玻璃之間，確保靜電引力有效產生。在該靜電引力的作用下，兩者可以被鍵合成一體。

3.2 表面微機械加工技術

3.2.1 多層無應力薄膜沉積技術

無應力薄膜沉積的方法相對較多，對適宜的工藝技術條件進行掌握是關鍵所在。能夠進行制作的母材不單單包含硅以及二氧化硅，還將氮化硅和聚酰亞氨等涵蓋其中。

3.2.2 犧牲層技術

對犧牲層技術來講，其指的是將有效腐蝕兩層薄膜的下層薄膜，以此來獲得上層薄膜。與此同時，也可以獲得一個空腔結構的技術。其屬于微機械加工中的特殊技術之一。

3.3 金屬微機械加工技術

對金屬微機械加工技術來講，其通過軟X射線的作用，使得深層光刻電鑄工作順利完成。該技術不單單可以加工金屬材料，還能夠對非金屬材料實施有效加工，如陶瓷，甚至該技術能夠對高深寬的三維結構開展加工處理。該技術主要依賴于軟X射線，這就要對功能強大的同步加速器展開應用。同時在掩模照射作用下，確保部件圖形可以被完整地刻在光敏聚合物上，之后通過科學處理，為部件立體模型留在光敏聚合物上提供保障。此外，通過電場的作用，使得金屬能夠向成型模型中遷移，從而保證金屬結構的形成。該金屬結構充當微型模型，其他材料成型當做主要部件。

4 微電子機械技術的應用領域

4.1 環(huán)境科學領域

對微電子機械系統(tǒng)技術下的設備來講，其能夠在環(huán)境監(jiān)測和數據處理分析等方面發(fā)揮重要作用。如測量與處理設備，該微型裝置組成部分主要包括化學傳感器、數據處理系統(tǒng)等，重點來對空氣或液體成分實施監(jiān)測。另外該裝置的尺寸微小，為攜帶提供便捷性。

4.2 軍事領域

對納米器件所構成的裝置而言，其優(yōu)勢體現在半導體器件具備較高的運行速度，使得信息輸出以及處理都相對方便，同時攜帶十分便捷。將其應用到軍事領域之中，能夠用來制作各種微型設備，如蚊子導彈。

4.3 醫(yī)療領域

微電子機械技術應用到臨床化驗分析以及介入治療中，也能夠具有明顯的優(yōu)勢。當前的介入治療儀器設備價格非常昂貴，并且體積較大，甚至精準性也無法得到保障。這樣在對重要器官實施治療時，則會面臨較大的風險。由于微電子機械系統(tǒng)技術的智能性和微小型特征十分明顯，從而能夠有效降低介入治療的風險系數。

5 微電子機械系統(tǒng)的主要應用

5.1 微傳感器

硅微壓力傳感器具有較長的發(fā)展歷程，第一臺設備誕生于20世紀60年代，當前，微傳感器保持高速發(fā)展的態(tài)勢。目前微傳感器的類型主要包括：第一，面陣觸覺傳感器。對陳列觸覺傳感器來講，其主要在MEMS技術和先進信號處理技術的基礎上研發(fā)而成，力敏單元的分布位置以傳感器敏感陣列為主，來對三維力信息進行全面獲取，從而使得定量檢測三維接觸總力信息得以實現。第二，諧振力敏傳感器。對諧振力敏傳感器來講，該傳感器主要對機械結構的固有頻率展開運用，并在外力的作用下，通過檢測頻率的變化，來對外力實施有效的檢測。因此，在傳感器的微結構之中，對激振元件和測振元件的制作是重要步驟。第三，微型加速度傳感器，這種傳感器想要保證信號順利輸出，需要采用電阻熱激振或壓阻電橋同步檢測的方式。同時該傳感器的敏感結構指的是高度對稱的四角支撐結構，并將四根諧振梁放置在質量塊四邊與支撐框架之間，從而保證信號檢測工作得到順利完成。

5.2 微電機

伴隨著硅加工工藝成熟度的不斷提升，使得集成電路加工尺寸能夠達到深亞微米級別，以此來使靜電電機的機械加工精度問題得到妥善解決。對定子和轉子這兩個正負電極來講，兩者之間具有一定的距離，當兩者間距離不斷縮小時，相關的工作電壓也隨之不斷降低。電機轉子下方會集成部分光電二極管，轉子上的激光束會向二極管進行照射，若轉子處于旋轉狀態(tài)時，反偏二極管額暗電流以及亮電流則會交替發(fā)生變化，通過取樣示波器，能夠對取樣脈沖信號進行直觀呈現。與此同時，對電機轉速實施測量，確保光電測速系統(tǒng)得以形成。這樣不僅僅合理拓展電機的測速范圍，還能夠妥善解決視頻攝像測速系統(tǒng)測速偏低的問題。此外，其優(yōu)勢還體現在測試方便且工藝兼容等方面。

6 微電子技術在機械加工系統(tǒng)中的應用

6.1 數控技術在機械加工機床中的應用

6.1.1 在生產機床中應用

從機械加工領域來講，生產廠家對設備和系統(tǒng)間的有效配合十分重視。伴隨著互聯網的普及和應用，計算機信息技術在機械制造行業(yè)得到有效的運用，這樣能夠使相關的生產效率和生產質量得到有效提升。在機械加工系統(tǒng)中引入數控技術，可以對整個生產以及制作環(huán)節(jié)實施科學調控，有利于大幅度提升這些產品的生產精準度。數控機床指的是在計算機程序代碼的輔助下，來對機床的加工制造開展控制，有利于為機械產品的準確性和科學性提供保障。在實際控制過程中，數字化處理機械產品的生產信息以及控制信息，使得工作人員通過計算機監(jiān)控系統(tǒng)，能夠更加科學簡便的完成監(jiān)督、控制、處理等工作。與此同時，根據實際工作需求，來科學有效的調整機床或相關零部件，進而為機械加工機床的穩(wěn)定性工作提供保障。

6.1.2 在機械加工系統(tǒng)中的應用

從數控技術的發(fā)展狀況來分析，各個領域中的機械加工對數控技術的應用具有一定的差距。相關人員要對數控技術加強重視程度，并對數控技術在機械加工領域中的應用展開深入分析。在對現有資源進行全面整合的基礎上，助力普通機床和數控加工組裝的全面結合，并對加工等級實施科學合理地制定。這樣不僅可以推動數控機床的發(fā)展，還能夠助力數控機床技術的持續(xù)穩(wěn)定發(fā)展。數控機床在精準度以及工藝等方面具有較高的要求，將數控機床技術引入到機械加工領域之中，既能夠提高機械加工的生產效率，又能夠精細化管控機械產品，從而使機械產品符合市場需求，進而大幅度提升加工企業(yè)的經濟效益。

6.2 數顯技術在機床中的應用

數顯技術是一種高精準度、高效率且具有數字顯示的一種測量技術。將該技術運用到機械加工中，不單單能夠精準測量各種機床的位置，還能夠完成相關工件的尺寸測量，甚至能夠在劃線以及檢驗等方面發(fā)揮作用。另外，將數顯表安裝到相對陳舊的機床之上，可以恢復機床的精準度，保證陳舊機床可以重新投入到加工生產之中，為企業(yè)節(jié)約一定的費用。與此同時，數顯表的安裝，能夠直觀顯示機械位移，確保人為操作誤差問題得到有效降低。這樣可以使加工測量次數得到減少，進而保證產品加工精準度以及提高相關工作效率。

7 結語

從文章的論述中可知，微電子技術是在當前的時代背景中所產生的一種新興技術，將該技術運用到機械加工領域中，可以大幅度提高加工零部件的精準度，并為工業(yè)企業(yè)的規(guī)范化和健康化發(fā)展提供助力。因此，將該技術的運用當成重點來深入探究，確保該技術在機械加工中最大化呈現自身價值。