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微機(jī)械制造工藝及其應(yīng)用
微機(jī)械制造工藝及其應(yīng)用【1】
摘要：在我國制造行業(yè)飛速發(fā)展的過程中，微機(jī)械制造工藝已經(jīng)在各個行業(yè)領(lǐng)域之中得到了廣泛的應(yīng)用，而這一制造體系本身也是目前人類社會極為尖端的制造技術(shù)，能夠體現(xiàn)出各個國家目前在高精度生產(chǎn)上的水平。
本篇文章主要針對為機(jī)械制造工藝以及實(shí)際應(yīng)用進(jìn)行了全面詳細(xì)的探討，以期為機(jī)械制造工藝的發(fā)展最出貢獻(xiàn)。
關(guān)鍵詞：LIGA技術(shù);準(zhǔn)LIGA技術(shù)
在當(dāng)前的機(jī)械制造技術(shù)中，微機(jī)械制造工藝屬于精度極高的生產(chǎn)體系，其生產(chǎn)精度能夠達(dá)到微米級別。
該技術(shù)最早就是從硅基電路生產(chǎn)技術(shù)所中所脫離出來的，該技術(shù)的應(yīng)用對于某些行業(yè)的制造發(fā)展來說，起到了至關(guān)重要的作用。
下文主要針對微機(jī)械制造工藝以及應(yīng)用進(jìn)行了全面詳細(xì)的探討。
一、微機(jī)械制造工藝及應(yīng)用
1.微機(jī)械蝕刻技術(shù)
微機(jī)械生產(chǎn)技術(shù)在集成電路生產(chǎn)的使用過程中，相應(yīng)的加工工藝實(shí)際上只需要對于深度在10微米左右的硅片表面加以考慮，但是在對于微機(jī)械結(jié)構(gòu)元件進(jìn)行加工的過程中，必須要完全穿越整個硅片的厚度進(jìn)行三維式的加工。
同時，依據(jù)所使用的蝕刻劑不同，所使用的蝕刻方式也分為濕法蝕刻、干法蝕刻。
在干法蝕刻的過程中，主要是采取各向同性的蝕刻方式，在有需要的情況下，也可以各向異性蝕刻;而濕法蝕刻，實(shí)際上就是在蝕刻劑為液體的情況下稱之為濕法蝕刻。
在執(zhí)行各向異性蝕刻工作的過程中，由于單晶硅的原子結(jié)構(gòu)的復(fù)雜原因，導(dǎo)致晶面所呈現(xiàn)出的腐蝕速率有著較大的差異性，而在對于晶面的硅襯底采取各項異性腐蝕措施時，會直接沿著晶面停蝕，而面與面之間將會形成一個54.75°的夾角。
而在對于這類型的蝕刻速度以及結(jié)晶面所存在的關(guān)系加以利用之后，能夠促使硅襯底得以加工出多種不同形式的結(jié)構(gòu)。
2.硅表面微機(jī)械制造工藝
硅表面微機(jī)械制造工藝是微機(jī)械器件完全制作在晶片表面而不穿透晶片表面的一種加工技術(shù)。
一般來講，微機(jī)械結(jié)構(gòu)常用薄膜材料層來制作，常用的薄膜層材料有：多晶硅、氮化硅、氧化硅、磷硅酸鹽玻璃(PSG)、硼硅酸玻璃(BPSG)和金屬。
為了制造復(fù)雜的微結(jié)構(gòu)，這種薄膜層采用PVD或CVD方法在硅片上沉積，并利用光刻工藝和化學(xué)或物理腐蝕工藝來進(jìn)行結(jié)構(gòu)制造。
在這里，犧牲層起了非常重要的作用。
犧牲層的作用就是在連續(xù)加工形成結(jié)構(gòu)層的過程中使結(jié)構(gòu)層與襯底隔開。
犧牲層厚度一般為1一2μm，但也可以更厚些。
沉積后，犧牲層被腐蝕成所需形狀。
利用表面微機(jī)械制造工藝，可以制造懸式結(jié)構(gòu)，如微型懸臂梁、懸臂、微型橋和微型腔等。
3.LIGA工藝
LIGA工藝本身是屬于一種通過X光射線進(jìn)行三維微結(jié)構(gòu)加工的微機(jī)械技術(shù)，在這一技術(shù)之中，實(shí)際上包含了X光深度同步輻射光蝕刻、電鑄成型、注塑成型這三個主要的工藝步驟。
而LIGA技術(shù)本身實(shí)際上就是對于平面IC工藝中所涉及到光刻技術(shù)加以借鑒，但是相較而言，LIGA技術(shù)對于材料加工過程中所呈現(xiàn)出的深寬要遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于標(biāo)準(zhǔn)IC生產(chǎn)技術(shù)中的薄膜亞微米光刻技術(shù)參數(shù)。
同時，所能夠加工的厚度，也要高于平面工藝典型值2μm的標(biāo)準(zhǔn);此外，LIGA工藝還可以有效的針對非硅材料執(zhí)行三維微細(xì)加工工作，并且其中所能夠使用的材料也更加的廣泛。
LIGA技術(shù)在微機(jī)械加工體系中的應(yīng)用，有效的推動了MEMS技術(shù)本身得以在生產(chǎn)行業(yè)中迅速的推廣和發(fā)展。
4.準(zhǔn)LIGA技術(shù)
LIGA技術(shù)在實(shí)際使用的過程中，所呈現(xiàn)出的成本需求較高，并且其中的工藝技術(shù)也極為復(fù)雜。
為了能夠最大限度的避免使用同步輻射光所產(chǎn)生的昂貴成本，可以使用近似的紫外線作為代替性的光源。
而這也就是一種類似于LIGA技術(shù)的微機(jī)械工藝，被稱作是LIGA技術(shù)，同樣能夠呈現(xiàn)出深寬比較大大三維微結(jié)構(gòu)加工。
具體加工工藝應(yīng)用如下：
l)在硅襯底位置上，通過濺射的方式，使得其表面能夠形成一層厚度大約在230nm的鎢化欽薄膜。
而使用該材料的主要原因是由于，鎢化欽所呈現(xiàn)出的附著性極為優(yōu)秀，并且還能夠當(dāng)做是光刻過程中起到隔離效果的阻擋層。
而在經(jīng)過了相應(yīng)的清洗處理之后，還可以再次鍍上一層厚度大約在200nm左右的金，這一層材料主要作為預(yù)鍍層使用。
2)接著，多次利用旋涂方法，得到約30μm的正性抗蝕層。
3)掩模與抗蝕層密切接觸曝光，可得到陡峭的輪廓。
4)光源一般用高壓汞燈。
曝光后在堿性顯影液中顯影，水洗并小合烘干，可得到深寬比大于7的微結(jié)構(gòu)。
5)對光刻后的微結(jié)構(gòu)進(jìn)行電鍍，可得到三維金屬微結(jié)構(gòu)，可用濕式蝕刻法或反應(yīng)性離子蝕刻除去預(yù)鍍層的金和鎢化欽。
5.傳統(tǒng)制造工藝
l)超精密機(jī)械制造工藝
超精密機(jī)械制造是用硬度高于工件的工具，對工件材料進(jìn)行切削加工。
目前所用的工具有車刀、鉆頭、銑刀等，如采用鉆石刀具微切削技術(shù)可加工直徑Φ25μm的軸，表面粗糙度值很低;采用微鉆頭可以加工直徑為Φ2.5μm的孔;采用微細(xì)磨料加工可提高加工精度和工件表面的質(zhì)量，加工單位可達(dá)0.01μm，表面粗糙度Rao0.005μm。
采用金屬絲放電磨削加工可加工出外徑Φ0.1mm的注射針頭和口徑Φ0.6mm的微細(xì)噴嘴。
2)特種加工工藝
(l)激光束加工。
激光發(fā)生器將高能量密度的激光進(jìn)一步聚焦后照射到工件表面。
光能被吸收瞬時轉(zhuǎn)化為熱能。
根據(jù)能量密度的高低，可以實(shí)現(xiàn)打小孔、微孔、精密切削、加工精微防偽標(biāo)記、激光微調(diào)、動平衡、打字、焊接和表面熱處理。
(2)用隧道顯微鏡進(jìn)行微細(xì)加工。
該加工方法是將掃描隧道顯微鏡技術(shù)用于分子級加工，其原理是基于量子力學(xué)中的隧道效應(yīng)。
采用尖端極細(xì)(直徑為納米級)的金屬探針作為電極，在真空中用壓電陶瓷等微位移機(jī)構(gòu)控制針尖和工件表面保持1～10μm的距離，并在探針和工件間加上較低的電壓，則在針尖和工件微觀表面間，本來是絕緣的勢壘，由于量子力學(xué)中粒子的波動和電場的畸變，就會產(chǎn)生近場穿透的“隧道”電流，同時使探針相對于工件樣品表面作微位移掃描，就可以觀察物質(zhì)表面單個原子或分子的排列狀態(tài)和電子在表面的行為，獲得單個原子在表面排列的信息。
(3)微細(xì)電火花加工。
微細(xì)電火花加工是在絕緣的工作液中通過工具電極和工件間脈沖火花放電產(chǎn)生的瞬時、局部高溫來溶化和汽化蝕除金屬，加工過程中工具與工件間沒有宏觀的切削力，只要控制精微的單個脈沖放電能量，配合精密微量進(jìn)給就可以實(shí)現(xiàn)極微細(xì)的金屬材料的去除加工，可加工微細(xì)的軸、孔、窄縫、平面、空間曲面等。
二、結(jié)語
綜上所述，在經(jīng)過了數(shù)十年的發(fā)展之后，微機(jī)械技術(shù)已經(jīng)從以往單一的三維加工拓展，朝著系統(tǒng)集成的方向發(fā)展，從基礎(chǔ)性的探索，開始進(jìn)行實(shí)用化的研究。
而在未來的微機(jī)械生產(chǎn)技術(shù)價值研究上所涉及到的重點(diǎn)環(huán)節(jié)，就在于微機(jī)構(gòu)三維立體敬愛工、微機(jī)械集成、微機(jī)械封裝技術(shù)等。
總之，微機(jī)械技術(shù)的應(yīng)用，對于我國高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展來說，起到了至關(guān)重要的推動作用。
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機(jī)械制造工藝【2】
[摘 要]機(jī)械制造工藝是各種機(jī)械制造方法和過程的總稱，是一門集機(jī)械、光學(xué)、電子、材料科學(xué)、信息科學(xué)、生物科學(xué)、管理學(xué)、激光學(xué)等最新成就為一體的一個新興技術(shù)與新興工業(yè)，現(xiàn)代的機(jī)械制造已經(jīng)不是傳統(tǒng)意義上的機(jī)械制造，現(xiàn)代機(jī)械制造工藝是在高科技的推動下，以智能化，環(huán)�；�(jié)能化為導(dǎo)向，以可持續(xù)發(fā)展為目標(biāo)的新型工藝。
[關(guān)鍵詞] 機(jī)械制造 制造工藝
眾所周知，制造業(yè)是一個國家的國民經(jīng)濟(jì)的支柱產(chǎn)業(yè)，是一個國家綜合國力的綜合體現(xiàn)，機(jī)械制造工藝的發(fā)展是人民生活水平提高的重要保障，當(dāng)今世界，正在發(fā)生著深刻的變化，對機(jī)械制造行業(yè)的影響也比較大，機(jī)械制造工藝也被賦予了新的內(nèi)涵，傳統(tǒng)的機(jī)械制造行業(yè)在不斷吸收各方面最新成果之后，將其應(yīng)用于機(jī)械制造工藝的改革與創(chuàng)新，這使得現(xiàn)代機(jī)械制造工藝呈現(xiàn)出信息化、高技術(shù)化、極端化、綠色化、服務(wù)增值等特點(diǎn)和趨勢。
對于我國來說，自從改革開放以來，中國機(jī)械制造工藝取得了長足的發(fā)展，但是，我國的機(jī)械制造工藝同國外高技術(shù)水平國家相比差距依然較大，存在著資源利用率底，污染處理不力，自主創(chuàng)新能力低下等等問題。
這些問題需要國家加大對機(jī)械制造工藝的重視，加大機(jī)械制造工藝的資金和資源投入，使我國從一個機(jī)械制造大國轉(zhuǎn)型為機(jī)械工藝設(shè)計大國。
1 機(jī)械制造工藝的歷史
現(xiàn)代機(jī)械制造工藝的說法是上世紀(jì)80年代提出的，但是其進(jìn)入實(shí)用范圍已經(jīng)有半個多世紀(jì)了，機(jī)械制造技術(shù)由最初的純手工操作，逐步變?yōu)榱藱C(jī)械替代，這樣，產(chǎn)品的質(zhì)量和整個生產(chǎn)效率得到了大大的提高，勞動強(qiáng)度也減輕了不少。
機(jī)械制造是伴隨著人類歷史的發(fā)展而發(fā)展的，從原始社會時期，人類便創(chuàng)造了石器工具來狩獵，這也是人類第一次使用工具，之后，為了滿足日常生活的需要，人類陸續(xù)發(fā)明了土器，銅器和鐵器工具，但是這些工具的制造工藝非常簡單，其中的科技含量很低，隨著社會生產(chǎn)力的提升，人類的機(jī)械制造工藝也在不斷的更新，同時，機(jī)械制造工藝已經(jīng)不僅僅是為了滿足人類的基本生活需求，同時也向文化，藝術(shù)，工業(yè)等方面發(fā)展，從而提高了人類的物質(zhì)文明。
到了近代，出現(xiàn)了大工業(yè)生產(chǎn)，蒸汽機(jī)的問世，帶來了第一次工業(yè)革命，內(nèi)燃機(jī)技術(shù)的出現(xiàn)，帶來了汽車，火車的發(fā)展，人類對于機(jī)械制造工藝的研究開始向自動化，大型化轉(zhuǎn)變，同時，對于機(jī)械制造的認(rèn)識上了一個臺階。
而以電能為基礎(chǔ)的第二次工業(yè)革命，則是機(jī)械制造發(fā)展史上的另一座里程碑，電能的運(yùn)用，使得生產(chǎn)效率呈幾何式地增長，從第二次工業(yè)革命開始，機(jī)械制造工藝真正達(dá)成了科學(xué)與技術(shù)的融合，自然科學(xué)的發(fā)展，開始同機(jī)械制造緊密結(jié)合，機(jī)械制造開始依賴于科學(xué)的創(chuàng)新與發(fā)展，人類對機(jī)械制造工藝的認(rèn)識轉(zhuǎn)變到智能化，高科技化轉(zhuǎn)變。
所以說，機(jī)械制造工藝的發(fā)展是也人類歷史的發(fā)展史。
1.1 我國機(jī)械制造工藝的現(xiàn)狀
機(jī)械制造工藝是機(jī)械制造行業(yè)的核心技術(shù)支持，目前我國還處于機(jī)械制造的發(fā)展階段，但是，已經(jīng)有一些先進(jìn)的機(jī)械制造工藝應(yīng)用于機(jī)械制造當(dāng)中。
此外，自控技術(shù)已經(jīng)逐步應(yīng)用于機(jī)械制造之中，這也是計算機(jī)技術(shù)的發(fā)展的成果，而且，有計算機(jī)控制的流水線作業(yè)也逐步進(jìn)入到機(jī)械生產(chǎn)過程中，柔性控制技術(shù)目前在我國還沒有得到完全普及。
近年來，我國的機(jī)械制造工藝不斷采用先進(jìn)技術(shù)，但是與發(fā)達(dá)國家相比，任然存在著較大的差距，這主要體現(xiàn)在4個方面。
(1)發(fā)達(dá)國家廣泛采用計算機(jī)管理等新的管理思想和技術(shù)，而我國只有少數(shù)大型企業(yè)采用計算機(jī)管理，在很多小型企業(yè)，計算機(jī)管理還處于起步階段。
(2)發(fā)達(dá)國家不斷更新設(shè)計數(shù)據(jù)和設(shè)計準(zhǔn)則，采用新的設(shè)計方法，而我國采用的設(shè)計方法還處于圖紙設(shè)計階段。
(3)發(fā)達(dá)國家已經(jīng)廣泛采用高精密加工，微加工，微型機(jī)械，納米加工，電磁加工等新型機(jī)械制造工藝，而我國尚處于研發(fā)階段。
(4)發(fā)達(dá)國家普遍采用數(shù)控機(jī)床，實(shí)現(xiàn)了機(jī)械加工自動化，智能化，集成化，我國尚處于單機(jī)自動化，剛性自動化階段。
1.2 現(xiàn)代機(jī)械制造工藝的特點(diǎn)
近年來，機(jī)械制造工藝?yán)碚摵图夹g(shù)的發(fā)展越來越快，出了較為傳統(tǒng)的制造方法外，由于很多新材料的出現(xiàn)和制造精度等的提升，特別是新型產(chǎn)品的制造生產(chǎn)，比如計算機(jī)，集成電等，打開了機(jī)械制造工藝的新的領(lǐng)域，而現(xiàn)代機(jī)械制造工藝的新的特點(diǎn)，總的來說，可以歸結(jié)為3點(diǎn)：高技術(shù)化，智能化，清潔化。
(1)高技術(shù)化：高科技的應(yīng)用時機(jī)械制造業(yè)發(fā)展的必然趨勢，隨著時代的進(jìn)步，高科技技術(shù)也是日新月異，在機(jī)械制造領(lǐng)域中，應(yīng)用的高科技技術(shù)也很多，比如激光技術(shù)，自控技術(shù)，電磁技術(shù)，納米技術(shù)等等，使用這些高技術(shù)附加值的新型制造工藝，大大縮短了產(chǎn)品的生產(chǎn)周期，使產(chǎn)品上市快，成本低，質(zhì)量好，進(jìn)而提高了企業(yè)的生產(chǎn)柔性，使企業(yè)在市場中更具有競爭力。
(2)智能化：智能化機(jī)械制造工藝就是通過計算機(jī)控制，將人工智能應(yīng)用于制造過程中，是人處于完全的智力工作狀態(tài)，在整個過程中，系統(tǒng)能夠代替人而自動地對自身的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時監(jiān)控，在系統(tǒng)發(fā)生故障時能夠自動改變參數(shù)，進(jìn)行自我修理。
智能化的制造生產(chǎn)過程，能夠大大地降低人類的勞動強(qiáng)度，使生產(chǎn)過程更精確，更規(guī)范。
(3)清潔化：清潔化的制造工藝是指在現(xiàn)有條件下，在保證產(chǎn)品的質(zhì)量不受影響的同時，將生產(chǎn)過程對環(huán)境的污染程度降到最低，并且加大資源的利用率。
目前，環(huán)境污染問題已經(jīng)非常嚴(yán)重，在機(jī)械制造行業(yè)中，清潔化生產(chǎn)也是一個熱點(diǎn)話題，真正做到清潔化生產(chǎn)，是綠色理念真正融入到企業(yè)文化中，是實(shí)習(xí)可持續(xù)發(fā)展的根本，更是利于人類社會的一項事業(yè)。
2 機(jī)械制造工藝的未來發(fā)展趨勢
機(jī)械制造工藝隨著高科技的發(fā)展，在新技術(shù)的帶動下，正在朝著新的方向發(fā)展，其中集成化，精細(xì)化，敏捷化便是機(jī)械制造工藝發(fā)展趨勢的3個熱點(diǎn)方向。
(1)集成化：集成化的發(fā)展是高度綜合自動化發(fā)展的衍生品，這表面機(jī)械制造工藝從原先的單位加工轉(zhuǎn)化為完整的連續(xù)性加工。
集成化不是簡單的個體連接，而是經(jīng)過統(tǒng)一的規(guī)劃，優(yōu)化重組來實(shí)現(xiàn)的。
(2)精細(xì)化：機(jī)械制造工藝的發(fā)展，伴隨著加工精度的不斷提高，如今，加工精度已經(jīng)進(jìn)入納米級的探索階段，由于加工精度的提升，使得產(chǎn)品的性能，品質(zhì)也大大改善，甚至出現(xiàn)了很多新型材料，新型產(chǎn)品，相信在不久的將來，機(jī)械制造工藝能夠完全進(jìn)入納米時代，或者更精細(xì)的階段。
(3)敏捷化：敏捷化制造是同其它企業(yè)分工合作，為了一個共同的大的目標(biāo)而努力，自己完成自己的工作，最后再將細(xì)節(jié)工作結(jié)合在一起，以此來提高市場的整體競爭力，同時，能夠?qū)蛻舻男枨罂焖俚刈龀龇磻?yīng)，因為各部分工作都由不同的制造企業(yè)完成，所以能迅速地做出各個部分的生產(chǎn)調(diào)整，而不影響整體的工作進(jìn)度，實(shí)現(xiàn)利益的最大化。
3 結(jié)語
機(jī)械制造工藝是當(dāng)今世界的重點(diǎn)關(guān)注領(lǐng)域，與社會發(fā)展息息相關(guān)，我國作為一個制造業(yè)大國，必須要掌握先進(jìn)的機(jī)械制造工藝和核心技術(shù)，才能在把握住時機(jī)，使我國從一個制造業(yè)大國變?yōu)橐粋�制造業(yè)強(qiáng)國。
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