关于微机械制造技术的探讨.doc

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1、关于微机械制造技术的探讨摘要：随着航空航天、国防工业、微电子工业、现代医学以及生物工程技术的发展，对精密三维微小零件(特征尺寸在微米级到臺米级)的需求日益迫切。其结构形状的特异化、零件材料的多样化、尺寸与表血质量的高精度化戍为三维微小零件及其微型装置及设备的显著特征，在使用功能、材料特性、结构形状、可靠性等方而的要求也越来越高。本文着重对微机械制造技术的特点、微机械制造技术的应用进行整理和描述总结，以期为我国未来的先进制造技术研究与计划制订提供参考。关键词：超微制造；微小零件；微机械中图分类号：F407文献标识码：A引言微机械自20世纪80年代中期发展至今一直受到世界各发

2、达国家的广泛重视，被认为是一项血向21世纪可以广泛应用的新技术。目前所谓的微机械，大致分为两大类：一类称之为微机械电子系统(MEMS),侧重于用集成电路可兼容技术加工制造的元器件；另一类就是微缩后的传统机械，如微型机床、微型汽车、微型飞机、微机器人等。微机械加工起始于硅基(电子)微加工技术，本质上讲是集成电路(Tc)制造工艺和硅微加工技术的结合。后来发展了一系列独立于硅微加工技术的新技术，而口加工材料也不仅限于硅。概括来讲。微机械制造技术是在微电子制造工艺基础上吸收融合其他加工工艺技术逐渐发展起来的。是实现各种微机械结构的手段。一、微机械特点1、体积小、精度高、重量轻其体

3、积可达亚微米以下，尺寸精度达纳米级，重量可至纳克。已经制出了直径细如发丝的齿轮、能开动的3咖大小的汽车和花生米大的飞机。最近右资料表明,科学家们已能在5平方毫米内放S1000台微型发动机。2、性能稳定、可靠性高由于微机械的体积小，几乎不受热膨胀、噪声、挠曲等因索影响，具有较高的抗干扰性，可在较差的环境下进行稳定的工作。3、能耗低、灵敏度和工作效率高微机械所消耗的能量远小于传统机械的十分之一，但却能以十倍以上的速度来完成同样的工作，如5mmX5mmX0.7mm的微型泵的流速是比其体积大得多的小型泵的1000倍，而口机电一体化的微机械不存在信号延迟题目，可进行高速工作。3、多

4、功能和智能化微机械集传感器、执行器、信号处理和电子控制电路为一体，易于实现多功能化和智能化适用于大批量生产、制造本钱低。微机械采用和半导体制造工艺类似的方法生产，可以象超大规模集成电路芯片一样一次制成人量的完全相同的部件，制造本钱人人降低。二、微机械制造技术及应用1、微机械蚀刻技术在集成电路制造中所使用的加工工艺只考虑到深度在大约10mn的硅片表面的范围，在微机械结构元件的加工中，耍穿过整个硅片厚度进行硅的三维加工。根据使用的蚀刻剂的不同，可分为湿法蚀刻和干法蚀刻；根据蚀刻特性的不同又可以分为各向同性蚀刻和各向异性蚀刻。当蚀刻剂为液体时所进行的蚀刻称为湿法蚀刻，而蚀刻剂为

5、气体时则称为干法蚀刻。若蚀刻是在硅片的所有方向均匀蚀刻时，称为各向同性蚀刻，若蚀刻速度与单晶硅的晶向有密切关系，即不同晶向的蚀刻速度相差很大时，则称为各向异性蚀刻。在湿法蚀刻中，依据蚀刻剂的不同，既可进行各向同性蚀刻也可进行各向异性蚀刻。同样，在干法蚀刻时，依据蚀刻方法的不同，既可进行各向同性蚀刻，也可进行各向异性蚀刻。各向同性蚀刻时，从掩模窗口开始,腐蚀向各个方向进行，把掩模窗口下切削成半圆状,被称为“侧向蚀刻(sideetch)"或“钻蚀(undercut)"0有时，可有意地利用这种现象进行准三维蚀刻,但它的深宽比不够。各向异性蚀刻时，由于单晶硅的原子结构的原因，使得

6、不同晶面具有不同的腐蚀速率,对晶面(100)的硅衬底进行各向异性腐蚀时，会在沿着(111)晶面上停蚀，(111)面与(110)面构成的角54.75°o利用这种蚀刻速率与结晶面的依存关系，可在硅衬底上加工出各种各样的结构来。目前国外用该成形方法已研制出阀片式微流量传感器。2、半导体硅基微机械加工技术2.1硅体微加工技术硅体加工技术主耍包括腐蚀、镀膜、掺杂和键合4种。其中最为常用的是利用硅的各向异性特点所进行的腐蚀技术。根据沿品向腐蚀速度的不同。腐蚀可分为各向同性腐蚀和各向异性腐蚀。各向同性腐蚀是指硅在各个晶向有相同的腐蚀速率。因而适用于圆形结构的加工；各向异性腐蚀是指硅在不

7、同的晶向有不同的腐蚀速率，它是三维结构硅微机械加工的关键技术。利用它加工的微机械结构的厚度可以达到整个硅片的厚度。并且可以在硅微衬底上加工出各种各样的微结构。键合技术是指不利用任何黏合剂，只通过化学键和物理作用将硅片与硅片、硅片与玻璃或英他材料紧密结合在一起，来获得复杂构造，实现更多功能。2.2硅表面微机械制造技术硅表面微加工是微机械器件完全制作在晶片表而而不穿透晶片表面的一种加工技术，即在硅片正面上形成薄膜并按一定要求使其局部与硅体分离，对薄膜进行加工形成微结构的技术，全部加工仅涉及到硅片正面的薄膜。分离主要是靠牺牲层(sa