微型机械的制作工艺有哪些

在当前的机械制造技术中，微机械制造工艺属于精度极高的生产体系，其生产精度能够达到微米级别。

该技术最早就是从硅基电路生产技术所中所脱离出来的，该技术的应用对于某些行业的制造发展来说，起到了至关重要的作用。

下文主要针对微机械制造工艺以及应用进行了全面详细的探讨。

一、微机械制造工艺及应用

1微机械蚀刻技术

微机械生产技术在集成电路生产的使用过程中，相应的加工工艺实际上只需要对于深度在10微米左右的硅片表面加以考虑，但是在对于微机械结构元件进行加工的过程中，必须要完全穿越整个硅片的厚度进行三维式的加工。

同时，依据所使用的蚀刻剂不同，所使用的蚀刻方式也分为湿法蚀刻、干法蚀刻。

在干法蚀刻的过程中，主要是采取各向同性的蚀刻方式，在有需要的情况下，也可以各向异性蚀刻;而湿法蚀刻，实际上就是在蚀刻剂为液体的情况下称之为湿法蚀刻。

在执行各向异性蚀刻工作的过程中，由于单晶硅的原子结构的复杂原因，导致晶面所呈现出的腐蚀速率有着较大的差异性，而在对于晶面的硅衬底采取各项异性腐蚀措施时，会直接沿着晶面停蚀，而面与面之间将会形成一个5475°的夹角。

而在对于这类型的蚀刻速度以及结晶面所存在的关系加以利用之后，能够促使硅衬底得以加工出多种不同形式的结构。

2硅表面微机械制造工艺

硅表面微机械制造工艺是微机械器件完全制作在晶片表面而不穿透晶片表面的一种加工技术。

一般来讲，微机械结构常用薄膜材料层来制作，常用的薄膜层材料有：多晶硅、氮化硅、氧化硅、磷硅酸盐玻璃(PSG)、硼硅酸玻璃(BPSG)和金属。

为了制造复杂的微结构，这种薄膜层采用PVD或CVD方法在硅片上沉积，并利用光刻工艺和化学或物理腐蚀工艺来进行结构制造。

在这里，牺牲层起了非常重要的作用。

牺牲层的作用就是在连续加工形成结构层的过程中使结构层与衬底隔开。

牺牲层厚度一般为1一2μm，但也可以更厚些。

沉积后，牺牲层被腐蚀成所需形状。

利用表面微机械制造工艺，可以制造悬式结构，如微型悬臂梁、悬臂、微型桥和微型腔等。

3LIGA工艺

LIGA工艺本身是属于一种通过X光射线进行三维微结构加工的微机械技术，在这一技术之中，实际上包含了X光深度同步辐射光蚀刻、电铸成型、注塑成型这三个主要的工艺步骤。

而LIGA技术本身实际上就是对于平面IC工艺中所涉及到光刻技术加以借鉴，但是相较而言，LIGA技术对于材料加工过程中所呈现出的深宽要远远大于标准IC生产技术中的薄膜亚微米光刻技术参数。

同时，所能够加工的厚度，也要高于平面工艺典型值2μm的标准;此外，LIGA工艺还可以有效的针对非硅材料执行三维微细加工工作，并且其中所能够使用的材料也更加的广泛。

LIGA技术在微机械加工体系中的应用，有效的推动了MEMS技术本身得以在生产行业中迅速的推广和发展。

4准LIGA技术

LIGA技术在实际使用的过程中，所呈现出的成本需求较高，并且其中的工艺技术也极为复杂。

为了能够最大限度的避免使用同步辐射光所产生的昂贵成本，可以使用近似的紫外线作为代替性的光源。

而这也就是一种类似于LIGA技术的微机械工艺，被称作是LIGA技术，同样能够呈现出深宽比较大大三维微结构加工。

具体加工工艺应用如下：

l)在硅衬底位置上，通过溅射的方式，使得其表面能够形成一层厚度大约在230nm的钨化钦薄膜。

而使用该材料的主要原因是由于，钨化钦所呈现出的附着性极为优秀，并且还能够当做是光刻过程中起到隔离效果的阻挡层。

而在经过了相应的清洗处理之后，还可以再次镀上一层厚度大约在200nm左右的金，这一层材料主要作为预镀层使用。

2)接着，多次利用旋涂方法，得到约30μm的正性抗蚀层。

3)掩模与抗蚀层密切接触曝光，可得到陡峭的轮廓。

4)光源一般用高压汞灯。

曝光后在碱性显影液中显影，水洗并小合烘干，可得到深宽比大于7的微结构。

5)对光刻后的微结构进行电镀，可得到三维金属微结构，可用湿式蚀刻法或反应性离子蚀刻除去预镀层的金和钨化钦。

5传统制造工艺

l)超精密机械制造工艺

超精密机械制造是用硬度高于工件的工具，对工件材料进行切削加工。

目前所用的工具有车刀、钻头、铣刀等，如采用钻石刀具微切削技术可加工直径Φ25μm的轴，表面粗糙度值很低;采用微钻头可以加工直径为Φ25μm的孔;采用微细磨料加工可提高加工精度和工件表面的质量，加工单位可达001μm，表面粗糙度Rao0005μm。

采用金属丝放电磨削加工可加工出外径Φ01mm的注射针头和口径Φ06mm的微细喷嘴。

2)特种加工工艺

(l)激光束加工。

激光发生器将高能量密度的激光进一步聚焦后照射到工件表面。

光能被吸收瞬时转化为热能。

根据能量密度的高低，可以实现打小孔、微孔、精密切削、加工精微防伪标记、激光微调、动平衡、打字、焊接和表面热处理。

(2)用隧道显微镜进行微细加工。

该加工方法是将扫描隧道显微镜技术用于分子级加工，其原理是基于量子力学中的隧道效应。

采用尖端极细(直径为纳米级)的金属探针作为电极，在真空中用压电陶瓷等微位移机构控制针尖和工件表面保持1～10μm的距离，并在探针和工件间加上较低的电压，则在针尖和工件微观表面间，本来是绝缘的势垒，由于量子力学中粒子的波动和电场的畸变，就会产生近场穿透的“隧道”电流，同时使探针相对于工件样品表面作微位移扫描，就可以观察物质表面单个原子或分子的排列状态和电子在表面的行为，获得单个原子在表面排列的信息。

(3)微细电火花加工。

微细电火花加工是在绝缘的工作液中通过工具电极和工件间脉冲火花放电产生的瞬时、局部高温来溶化和汽化蚀除金属，加工过程中工具与工件间没有宏观的切削力，只要控制精微的单个脉冲放电能量，配合精密微量进给就可以实现极微细的金属材料的去除加工，可加工微细的轴、孔、窄缝、平面、空间曲面等。

二、结语

综上所述，在经过了数十年的发展之后，微机械技术已经从以往单一的三维加工拓展，朝着系统集成的方向发展，从基础性的探索，开始进行实用化的研究。

而在未来的微机械生产技术价值研究上所涉及到的重点环节，就在于微机构三维立体敬爱工、微机械集成、微机械封装技术等。

总之，微机械技术的应用，对于我国高新技术产业的发展来说，起到了至关重要的推动作用。

参考文献

[1]王斌，常秋英，齐烨激光表面织构化对45～#钢干摩擦特性的影响[J]润滑与密封2013(12)

[2]袁义坤，赵增辉，王育平，郭钦贤微机械制造技术发展及其应用现状[J]煤矿机械2006(09)

[3]张帅，贾育秦MEMS技术的研究现状和新进展[J]现代制造工程2005(09)

先进制造技术(advanced manufacturing technique，缩写AMT，具体地说，就是指集机械工程技术、电子技术、自动化技术、信息技术等多种技术为一体所产生的技术、设备和系统的总称。主要包括：计算机辅助设计、计算机辅助制造、集成制造系统等。

包括：——微电子技术、信息技术与计算机技术；　

——自动化与自动控制技术；　

——人工智能技术；

——现代设计理论与技术；　

——材料加工、成形的新技术；　

——现代管理科学与技术。

而先进制造技术主要包括以下三个技术群:

（1）主体技术群：是制造技术的核心,它包括两个基本部分:有关产品设计技术和工艺技术。

（2）支撑技术群：a信息技术:接口和通信、数据库技术、集成框架、软件工程人工智能、专家系统和神经网络、决策支持系统。b标准和框架：数据标准、产品定义标准、工艺标准、检验标准、接口框架。c机床和工具技术。d传感器和控制技术：单机加工单元和过程的控制、执行机构、传感器和传感器组合、生产作业计划。e其它;

(3)制造技术基础设施要素包括了车间工人、工程技术人员和管理人员在各种先进生产技术和方案方面的培训和教育等。

先进制造技术(Advanced Manufacturing Technology，简称为AMT）是指微电子技术、自动化技术、信息技术等先进技术给传统制造技术带来的种种变化与新型系统。具体地说，就是指集机械工程技术、电子技术、自动化技术、信息技术等多种技术为一体所产生的技术、设备和系统的总称。

选择专业时，许多同学对机械设计与制造专业感兴趣，那么机械设计与制造专业学什么课程呢下面是由我为大家整理的“机械设计与制造专业主要学什么课程”，仅供参考，欢迎大家阅读。

机械设计与制造专业课程

主要课程：机械制图、工程力学、机械设计基础、电工电子技术、液压与气动、机械制造设备、机械制造技术、机械制造工艺学、模具设计、计算机辅助设计与辅助工艺管理、数控加工技术、现代机械制造技术、力学、机械工程、电工与电子技术、微型计算机原理及应用、机械工程材料、制造技术基础。

培养目标与要求

本专业培养具备机械设计制造基础知识与应用能力，能在工业主产第一线从事机械制造领域内的设计制造、科技开发、应用研究、运行管理和经营销售等方面工作的高级工程技术人才。

本专业培养具备机械设计制造基础知识与应用能力， 具有机电新产品开发与管理企业所需的知识结构及潜能，也具有适应科研、教育、经贸及行政管理等部门工作或继续深造的素质和能力，能在机械工程及其自动化领域内从事设计制造、科技开发、应用研究、运行管理和经营销售等方面工作的高级工程技术人才。

知识技能

毕业生应获得以下几方面的知识和能力：

1 具有较扎实的自然科学基础、较好的人文、艺术和社会科学基础及正确运用本国语言、文字的表达能力;

2较系统地掌握本专业领域宽广的技术理论基础知识，主要包括力学、机械学、电工与电子技术、机械工程材料、机械设计工程学、机械制造基础、自动化基础、市场经济及企业管理等基础知识;

3具有本专业必需的制图、计算、实验、测试、文献检索和基本工艺操作等基本技能;

4具有本专业领域内某个专业方向所必要的专业知识，了解其科学前沿及发展趋势;

5具有初步的科学研究、科技开发及组织管理能力;

6具有较强的自学能力和创新意识。

拓展阅读：机械类专业考研方向

方向一：工业设计

工业设计是“为物品、过程、服务及其在整个生命周期中构成的系统建立起多方面的品质”的一种创造性活动，其服务对象包含各个领域，与人们的衣、食、住、行、用等密切相关。培养掌握相关理论知识和技能，能够运用系统的方法洞察人的需求及发现问题、分析问题和综合解决问题的能力，具有国际化视野和社会责任感、综合性的创新思维以及团队合作精神，能够从事产品的计划、开发与设计实务以及信息和服务设计等领域的高级专门人才。

方向二：机械工程

机械类行业是一个传统行业，开设院校很多，上至985、211工程院校，下至高职专科院校。本科院校大多按照教育部公布的专业目录上的名称来招生，高职高专院校开设的机械类专业名称则比较灵活。机械工程及自动化专业是研究和解决在开发、设计、制造、安装、运用和修理各种机械中的全部理论和实际问题的应用学科。涉及机械行业中的科技开发、设计制造、应用研究、运行管理和经营销售等诸多的方向。俗话说，机、电不分家，机械工程也将机、电两大内容紧密地集合在一起。由于机械工程的发展与自动化也密不可分，所以自动化的知识在机械工程专业的学习中也越来越多。

方向三：机械制造及其自动化

机械制造及其自动化是一门研究机械制造理论、制造技术、自动化制造系统和先进制造模式的学科。该学科融合了各相关学科的新发展，使制造技术、制造系统和制造模式呈现出全新的面貌。机械制造及其自动化目标很明确，就是将机械设备与自动化通过计算机的方式结合起来，形成一系列先进的制造技术，包括CAD(计算机辅助设计)、CAM(计算机辅助制造)、FMC(柔性制造系统)等等，最终形成大规模计算机集成制造系统(CIMS)，使传统的机械加工得到质的飞跃。具体在工业中的应用包括数控机床、加工中心等。

方向四：机械电子工程

机械电子工程是将机械学、电子学、信息技术、计算机技术、控制技术等有机融合而形成的一门综合性学科，广泛应用于交通、电力、冶金、化工、建材等各领域机电一体化设备及生产自动化过程。主要研究对象是机电一体化系统，包括执行机构、控制器、检测装置、动力装置和传动装置。此专业以现代控制理论、现代检测技术、故障诊断技术、微计算机技术为基础，重点研究机电一体化系统设计、制造、应用中的检测、诊断、控制和仿真等问题。该专业的研究生主要学习机械工程的相关知识，掌握基于计算机信息处理和自动控制理论的机电系统集成技术，日后多从事机电系统研究、开发、应用及教学工作。

1、塑料注射（塑）模具：

它主要是热塑性塑料件产品生产中应用最为普遍的一种成型模具，塑料注射模具对应的加工设备是塑料注射成型机，塑料首先在注射机底加热料筒内受热熔融，然后在注射机的螺杆或柱塞推动下，经注射机喷嘴和模具的浇注系统进入模具型腔，塑料冷却硬化成型，脱模得到制品。其结构通常由成型部件、浇注系统、导向部件、推出机构、调温系统、排气系统、支撑部件等部分组成。制造材料通常采用塑料模具钢模块，常用的材质主要为碳素结构钢、碳素工具钢、合金工具钢，高速钢等。注射成型加工方式通常只适用于热塑料品的制品生产，用注射成型工艺生产的塑料制品十分广泛，从生活日用品到各类复杂的机械，电器、交通工具零件等都是用注射模具成型的，它是塑料制品生产中应用最广的一种加工方法。

2、 塑料压塑模具：

包括压缩成型和压注成型两种结构模具类型。它们是主要用来成型热固性塑料的一类模具，其所对应的设备是压力成型机。压缩成型方法根据塑料特性，将模具加热至成型温度（一般在103°—108°），然后将计量好的压塑粉放入模具型腔和加料室，闭合模具，塑料在高热，高压作用下呈软化粘流，经一定时间后固化定型，成为所需制品形状。压注成型与压缩成型不同的是有单独的加料室，成型前模具先闭合，塑料在加料室内完成预热呈粘流态，在压力作用下调整挤入模具型腔，硬化成型。压缩模具也用来成型某些特殊的热塑性塑料如难以熔融的热塑性塑料（如聚加氟乙烯）毛坯（冷压成型），光学性能很高的树脂镜片，轻微发泡的硝酸纤维素汽车方向盘等。压塑模具主要由型腔、加料腔、导向机构、推出部件、加热系统等组成。压注模具广泛用于封装电器元件方面。压塑模具制造所用材质与注射模具基本相同。

集成特征、精密特征、灵活特征、自动化特征。

1、集成特征。现代制造技术强调集成应用，将多种制造技术和工具整合、协同，形成系统化、柔性化生产方式，实现生产流程、工艺和控制的高度集成。

2、精密特征。现代制造技术要求高度精密化和准确性，采用高科技和精密制造设备，控制精细化，通过优化加工工艺和制造流程，实现产品的高质量、高可靠性。

3、灵活特征。现代制造技术注重灵活性，能够快速响应市场需求、快速适应变化。支持生产过程的及时调整和改变，减少了制造企业的初始投资和生产周期。

4、自动化特征。现代制造技术依托自动化技术和信息化技术，实现生产的自动化、智能化和数字化。大幅提升生产效率和工作效率，同时降低了生产成本和人力资源的使用成本。

定义不同、性质不同。

1、工艺是指劳动者利用各类生产工具对各种原材料、半成品进行加工或处理，最终使之成为成品的方法与过程。一个或一组工人，在一个工作地对一个或同时对几个工件所连续完成的那一部分工艺过程，称为工序。

2、工序分为基本工序和辅助工序：基本工序，直接使劳动对象发生物理或化学变化的工序，工艺的性质是：技术上的先进和经济上的合理。

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