微机械加工
机械工程中微机械技术的加工与应用研究
机械工程中微机械技术的加工与应用研究近年来，随着科技的飞速发展，微机械技术逐渐成为机械工程领域的研究热点。
微机械技术是一种以微米级别为尺度的机械加工技术，通过精密的加工方法，在微小的尺寸范围内制造远远小于人类头发丝的微型零部件。
本文将探讨微机械技术在机械工程中的加工方法和应用领域。
首先，微机械技术的加工方法多种多样，其中最常见的是光刻法。
光刻法是利用光敏胶材料，通过光源照射胶层，通过光源的照射形成的阴影效应来形成图形。
通过控制光源的位置和光照时间，可以在微米级别上进行精确的图形制作。
光刻法广泛应用于微机械传感器、微型机械结构等领域，在集成电路和微机械加工领域有着重要作用。
除了光刻法，还有电化学加工方法。
电化学加工方法是利用电化学反应进行加工，通过控制电解液中的电位和电流密度，可以在金属材料表面进行精确的零件制造。
电化学加工方法常被应用于微电机和微传感器的制造，其优势是在加工过程中不受限于材料硬度，具有很大的灵活性和可塑性。
除了加工方法，微机械技术在机械工程中的应用也非常广泛。
一个重要的应用领域是微机械传感器。
微机械传感器是一种利用微机械技术制造的传感器，可以测量微小物理量的变化，并将其转换为电信号输出。
微机械传感器在医疗、环境监测等领域有着广泛的应用，例如用于测量血糖、血压等生物参数，或者用于测量土壤温度、空气湿度等环境参数。
微机械传感器的小型化和高灵敏度使得其在这些领域中具有巨大的潜力。
另一个重要的应用领域是微机械驱动器。
微机械驱动器是一种利用微机械技术制造的驱动器，可以实现微小零件的精确控制和运动。
微机械驱动器在精密机械装置、光学仪器、生物医学等领域中有着广泛的应用。
例如，在显微镜中使用微机械驱动器可以实现对样本的精确定位和旋转，提高显微镜观察的准确性；在生物医学领域，微机械驱动器也可以用于精确控制微型药物输送装置，从而实现精准的药物治疗。
值得注意的是，微机械技术的发展还面临一些挑战。
首先是制造成本的问题。
微机械及微细加工技术
上海海洋大学
刘璇
5.2 微细切削加工
概念：微细切削是一种三维实体加工技术，可 制作毫米级尺寸以下的微机械零件。
常用的方法主要包括微细车削、铣削、钻削、 冲压，适合所有的金属材料、塑料及工程陶瓷 等。但多是单件加工，单件装配，其批量制作 可通过模具加工、电铸、注塑等方法实现。
图5-4是采用金刚石车刀车削而成的11um轴做 电极，在厚度为20um的金箔上加工出19um微 孔的扫描电子显微镜图片。
上海海洋大学
刘璇
5.2.2 微细钻削
上海海洋大学
刘璇
5.2.3 微细铣削
微细铣削技术因具有高精度、高效率、 高柔性、能加工复杂三维形状和多种材 料的特点，已成为一个非常活跃的研究 热点。
上海海洋大学
刘璇
5.1.2 微细加工技术
微细加工大致分四类：
1.分离加工—将材料的某一部分分离出去的加 工方式，如分解、蒸发、溅射(可去除材料， 也可增加材料)、破碎等；
2.接合加工—同种或不同材料的附和加工或相 互结合加工，如蒸镀、淀积、掺入、生长、 就结等；
3.变形加工—使材料形状发生改变的加工方式 ，如塑性变形加工、流体变形加工等；
4.材料处理或改性，如一些热处理或表面改性
上海海洋大学
刘璇
等。
5.1.2 微细加工技术
微细加工技术概念：微细加工技术是指制作微 机械或微型装置的加工技术。
主要包括：微细切削加工技术、硅微细加工技 术、LIGA技术等。新的高科技微细加工方法 层出不穷，如聚焦离子束(FIB)微细加工技术、 微/纳压印加工技术等。这些技术曾经广泛应 用于大规模和超大规模集成电路的加工制作。
微机械加工
微机械加工应用趋势与前沿技术简述摘要：微机电系统（MEMS）是由电子和机械组成的集成化器件或系统，采用与集成电路兼容的大批量处理工艺制造，尺寸在微米到毫米之间。
尤其将计算、传感和执行融为一体，从而改变了感知和控制自然界的方式。
本文介绍了微机电系统近几年应用领域及前景展望，并简单阐述了关于微制造的几种前言加工技术，从而对MEMS系统有一个粗略的了解。
关键字：MEMS 应用领域前景前沿技术 LIGA技术前言微型机械加工或称微机电系统（MEMS），早在1959年就由着名的物理学家理查德·范蔓（Richard·Feynman）提出其概念，然而此后数十年间的发展并未受到过多的关注，直到近年来才逐渐发展成为一门交叉学科。
MEMS主要包括微型传感器、微型执行器以及相应地处理电路三部分。
作为输入信号的各种信号首先通过微传感器转换成电信号，经过信号处理以后，再通过微执行器对外部世界发生作用。
传感器可以把能量从一种形式转换成另一种形式，从而将现实世界的信号（热、化学、运动等）转换成系统可以处理的信号（如电信号）。
信号处理器则可以对信号进行转换、放大和计算等处理。
执行器根据信号处理电路发出的指令来完成人们所需要的操作。
MEMS的快速发展只不过是10多年的时间，却已在各个应用领域显示出强大的生命力，甚至单个领域的MEMS器件就已经形成了一个较大规模的产业。
面向21世纪，MEMS将逐步走向实用化，并被广泛应用于国防、航空、航天、通信、环保、生物工程、医疗、制造业、农业和家庭。
在某种意义上，可认为MEMS是“信息化带动工业化”的一个典范。
一、应用领域与前景展望作为信息获取关键的传感MEMS，已成功应用于汽车、电子等行业和军事领域；在令人瞩目的信息技术和生命技术的发展中，MEMS更将发挥不可估量的作用：光MEMS被认为是开启通信之门的钥匙；RF MEMS将成为移动通信的一项核心技术；高密度MEMS生物芯片将强有力地推动生命科学和生物技术的发展。
浅论微型机械加工技术及其应用
术一般采用万 向腐蚀剂 、异向腐蚀剂对单晶硅进行化学腐蚀 ，等到形成 不 同形状 的硅体后就移走腐蚀剂 ， 再利用薄膜喷镀 、晶体移植、粘合等 技术来增 添所需材料，从而制成各种所需的微型机械元件。采用整体微 加工技术制成的微型机械各元件之间相互联结而达到非常精确匹配的结 构性能 ， 但是单晶硅 内形成的元件都是薄膜型结构 （ 单簧、箔片、桥形 体等 ），或者是孔腔和 凹凸型结构（ 洞孔、曲边、槽道等） 。这些元件只 能制造各种传感器 ， 因而严重限制了微型机械的结构设计和应用潜力。 ２ 微型 机械 加工 技术 的应 用
１ 微型 机械 加工技 术
１１ 集成 电路 Ｊ －技 术 ． ｊｒ ｎ
集成 电路加工技术是一种制作大规模集成 电路的平 面加工技术 ，目 前 已经成为一种较成熟 、发展快 的微型机枕 ９工技术。这种技术的优点 口 在于 ：第一 ，它和集成 电路具有非常好 的相容性 ，所 以，目前它已经成 功地运用于微型机械的光显示器 、加速度传感器等。第二 ，在制作微型 机械零部件中 ，该技术可以将刻蚀深度 降到最低 ，只有数百纳米 。但其 局限性在于只能用来制作硅材料的零部件。
构件。键合加工技术用于硅一硅直接键合 ，最大好处就是省去了磨片减 薄、抛光等复杂的工艺 ，从而为制造微 型机械构件节省 了大量时间。同 时， 键合加工技术还可以进行硅—玻璃键合 ，并通过与其它加工技术 的 结合而形成了掩 映一无掩膜腐蚀技术 、片上封装技术 、防粘附技术等 ，
为制作多层结构的微型机械构件创造了十分有利 的条件。 １７ 整 体 微 机 械 加 工 技 术 － 采用整体微加工技术来进行微型机械加工时，一般选用硅材料，因 为硅的导电性 能、伸缩性能非常好 ， 适合制造 １ Ｏ 大小的零件 。该技 ｍ
第36节微机械及其微细加工技术
➢ 光开关、波分复用器、集成化RF组件、打印喷头
娱乐消费类
➢ 游戏棒、虚拟现时眼镜、智能玩具
27
3.6 微机械及其微细加工技术
微机电技术已经受到工业发达国家的 高度重视。从微机电发展的总体水平看， 许多关键技术已经突破，正处于从实验 室研究走向实用化、产业化阶段。
• 美国国家自然科学基金、先进研究计划、 国防部等投资1.4亿美元进行微机电系统 技术的研究。
精度高，重量轻，惯性小。
2.性能稳定，可靠性高。 微机械器件体积极小，封装后几乎
可以摆脱热膨胀、噪声和挠曲等因素的 影响，具有较高的抗干扰性，可以在比 较恶劣的环境下稳定工作。
8
3.6 微机械及其微细加工技术
3.能耗低，灵敏性和工作效率高（响应时 间短） 。 完成相同的工作，微机械所消耗的 能量仅为传统机械的十几或几十分之一， 却能以数十倍以上的速度运作。微机电 系统不存在信号延迟等问题，从而更适 合高速工作。
21
3.6 微机械及其微细加工技术
2. MEMS在医疗和生物技术领域的应用 生物细胞的典型尺寸为1～10um，生
物大分子的厚度为纳米量级，长度为微 米量级。微型器件尺寸也在这范围之内， 因而适合操作生物细胞和生物大分子。 另外，临床分析化验和基因分析遗传诊 断所需要的各种微泵、微阀、微镊子、 微沟槽、微器皿和微流量计等。
29
3.6 微机械及其微细技术加工
• 我国的微系统研究起步并不晚，目前从 事微机电系统研究的单位有60多个，主 要集中在高校、中科院及信息产业部的 研究所。已积累了一些基础技术，取得 了一些传感器和微执行器的研究经验和 科研成果，多数为实验室产品，商品化 工作刚刚起步，离产业化要求相距甚远。
30
先进制造技术-5-6微机械及微细加工技术
五、微机械及微细加工技术1、微机械简介现代制造技术的发展有两大趋势：一是向着自动化、柔性化、集成化、智能化等方向发展，使现代制造成为一个系统，即现代制造系统的自动化技术。
另一个就是寻求固有制造技术的自身微细加工极限。
探索有效实用的微细加工技术，并使其能在工业生产中得到应用。
微机械由于具有能够在狭小空间内进行作业而又不扰乱工作环境和对象的特点，在航空航天、精密仪器、生物医疗等领域有着广阔的应用潜力，受到世界各国的高度重视并被列为21世纪的关键技术之首。
比如，美国宇航局投资1亿美元着手研制“发现号微型卫星”；说明：卫星有大型、小型卫星、微型卫星和纳米卫星，区别是：小型卫星为一种可用常规运载器发射的航天器，质量为100～500kg；微型卫星定义为所有的系统和子系统都全面体现了微型制造技术，质量为10～100kg；纳米卫星是一种尺寸减小到最低限度的微卫星，质量为1～10 kg。
在航天发展史上，由于受运载能力及技术水平的限制，早期研制的卫星都采用小卫星方案，其重量只有几十千克。
70年代末，由于大推力运载火箭的研制成功和设计与制造能力的提高，大型多功能卫星开始出现，卫星体积不断增大，功能也越来越复杂。
随之而来的是成本不断攀升，风险逐渐增加。
如一枚“大力神”／“半人马座”运载火箭连同所发射的侦察卫星价值可达10.5亿美元以上，一旦发射失败就会造成严重的损失。
而且，卫星一旦被淘汰，形成严重的太空污染。
为此，航天界又将目光重新投向了小卫星。
由于技术的进步，特别是微电子技术的进步，新一代的小卫星采用了许多小型高性能电子部件，但它们同样具有一些大型卫星才有的功能，并为小卫星进一步微型化，进而为微型卫星、纳米卫星的发展奠定了基础。
纳米卫星的概念最早是由美国宇航公司于1993年在一份研究报告中首次提出的，它带来了小卫星设计思想上的根本变革。
纳米卫星是以微机电一体化系统(MEMS)技术和由数个MEMS组成的专用集成微型仪器(ASIM)为基础的一种全新概念的卫星，重量在10千克以下，甚至可降低到0.1千克以下。
微机械及其微细加工技术
第三节 微机械及其微细加工技术
a) LIGA 工艺得到的三个镍材料的微型齿 轮，每个齿轮高100m
b) 组装后的电磁驱动微马达的SEM 照片，由 牺牲层和LIGA技术获得，转子直径为150m， 三个齿轮的直径分别为77m,100m和150m
第三节 微机械及其微细加工技术
微机械具有以下几个基本特点：
体积小，精度高，重量轻。 性能稳定，可靠性高。 能耗低，灵敏性和工作效率高。
多功能和智能化。
适于大批量生产，制造成本低廉。
第三节 微机械及其微细加工技术
一些典型的微机械产品
研制国家及单位 主要工艺方法 美国斯坦福大学，加州弗里蒙特新传感器制造公司，日 异向刻蚀工艺及加硼控制 本横河电机公司等 法 微加速度传感器 航空航天，汽车工业 美国斯坦福大学， 制版术和 加州弗里蒙特新传感器制造公司， 刻蚀工艺， 德国卡尔斯鲁核研究中心微结构技术研究所， LIGA技术 瑞士纳沙泰尔电子和微型技术公司等 微型温度传感器 航空航天， 美国斯坦福大学， 制版术和 汽车工业 加州弗里蒙特新传感器制造公司等 刻蚀工艺 德国慕尼黑夫琅霍费固体工艺研究所等 制版术和 螺旋状振动式压力传感器和加 航空航天， 速度传感器 汽车工业 刻蚀工艺 智能传感器 微机械人 德国菲林根施韦宁根微技术研究所 制版术和 刻蚀工艺 微型冷却器 制版术和 航空航天和电子工业， 美国斯坦福大学， 用于集成电路中 加州弗里蒙特新传感器制造公司等 异向刻蚀工艺 微型干涉仪 类似于电子滤波器 美国IC传感器制造公司等 制版术和 刻蚀工艺 硅材油墨喷嘴 计算机设备 美国斯坦福大学 异向刻蚀工艺 分离同位素的微喷嘴 核工业 德国卡尔斯鲁核研究中心微结构技术研究所等 LIGA技术 微型泵 医疗器械， 日本东北大学，荷兰特温特大学，德国慕尼黑夫琅霍费 刻蚀工艺 电子线路 固体工艺研究所等 和堆装技术 微型阀 医疗器械 德国慕尼黑夫琅霍费固体工艺研究所 制版术 和刻蚀工艺 微型开关（密度12400个/cm2) 航空航天和武器工业 美国明尼苏达州大学 制版术 和异向刻蚀工艺 分离层技术， 微齿轮，微弹簧及微曲柄，叶 微执行机构，核武器安 美国加利福尼亚大学伯克利分校， 片，棘轮 全装置 圣迪亚国家实验室 制版术 和刻蚀工艺 直径的微静电电机 分离层技术 计算机和通讯系统的控 美国加利福尼亚大学伯克利分校， 制 麻省理工学院 产 品 硅压力传感器 主要应用领域 航空航天，医疗器械
机械制造中的微纳加工技术原理
机械制造中的微纳加工技术原理微纳加工技术是一种在机械制造领域中应用广泛的技术手段，它通过精密的控制和加工方法，能够在微米和纳米尺度下制造出高精度、高质量的微型和纳米级零部件。
该技术在电子、光电、生物医学以及纳米材料等领域发挥着重要作用。
本文将介绍机械制造中的微纳加工技术的原理。
一、微纳加工技术的分类与原理目前，微纳加工技术可以分为两大类：微细加工和纳米加工。
微细加工是指在微米尺度下进行加工和制造，如微孔加工、激光切割等。
纳米加工则是在纳米尺度下进行加工和制造，如原子力显微镜加工、光刻技术等。
1. 微细加工的原理微细加工主要依靠机械加工设备和工具，如微加工机床、精密切割机等。
其原理是通过控制加工设备和工具相对运动，对工件进行精细的切削、打磨和加工。
这些设备具有高精度的结构和控制系统，可以实现微米级的运动和加工精度。
2. 纳米加工的原理纳米加工主要借助于纳米级工具和纳米级材料，如原子力显微镜、电子束曝光机等。
其原理是利用纳米级工具的控制和操作能力，在纳米尺度下进行加工和制造。
例如，原子力显微镜可以通过控制探针的位置和运动轨迹，对纳米级工件进行操纵和加工。
二、微纳加工技术的应用领域微纳加工技术在许多领域都有广泛的应用，下面将以电子和生物医学领域为例进行介绍。
1. 电子领域微纳加工技术在电子领域中的应用主要包括集成电路制造、传感器制造和微电子器件制造等。
通过微纳加工技术可以制造出更小、更高性能的集成电路芯片，提高电子产品的功能集成度和性能。
同时，微纳加工技术还可以用于制造各种传感器，如压力传感器、光学传感器等，提高传感器的灵敏度和精度。
2. 生物医学领域微纳加工技术在生物医学领域中的应用主要包括生物芯片制造、细胞培养和药物输送等。
通过微纳加工技术可以制造出微型生物芯片，实现对细胞和分子的精确操控和检测。
此外，微纳加工技术还可以制造出微型药物输送系统，用于精确控制药物的释放和传输。
三、微纳加工技术的挑战与展望虽然微纳加工技术在许多领域都取得了显著的成果，但仍然存在一些挑战和问题。
微电机壳机械加工工艺过程卡片资料
微电机壳机械加工工艺过程卡片资料一、工艺概述：微电机壳是微电机的外壳部分，主要用于保护电机内部零部件，同时还具有导热、隔音、防尘等功能。
这里给出微电机壳的机械加工工艺过程卡片资料。
二、机械加工工艺过程：1.材料准备：选择合适的材料，一般常用的有铝、铜、不锈钢等。
根据实际应用需求选择材料规格和性能。
2.零件加工顺序：通常按照以下工艺顺序进行加工：槽加工、孔加工、平面加工、螺纹加工、外圆加工、沉头加工等。
3.加工设备：根据不同工序的要求，选择适合的加工设备，如铣床、钻床、车床等。
确保设备的精度、稳定性和可靠性。
4.工艺步骤：(1)将原材料在切割机上切割为适当大小，以备后续工序加工；(2)利用面铣床或CNC铣床，在壳体的大面上进行平面修整，以确保平面度和垂直度的要求；(3)利用车床，加工壳体内外圆，保证尺寸和圆度的要求；(4)根据设计要求，在壳体上面开槽，以便固定其他电机零部件，如轴承等；(5)进行孔加工，包括定位孔、螺纹孔等，以便安装其他电机零部件；(6)表面处理，例如去毛刺、打磨、抛光等，使得壳体表面平滑，达到美观和防腐蚀的要求；(7)进行尺寸和质量检查，确保加工出来的壳体符合设计要求；(8)如果需要，可以对壳体进行上色、丝印等处理，以满足客户的需求。
5.工艺注意事项：(1)选择合适的切割工具和切割速度，确保切削质量和效率；(2)加工过程中保持适当的冷却润滑，以防止工件过热和损坏切削工具；(3)加工过程中要保持材料的稳定性，避免因加工过程产生变形或应力集中导致零件失效；(4)对于特殊要求的壳体，可以进行温度处理、表面处理等工艺，以提高材料性能和外观质量。
三、质量控制要点：1.根据设计要求，准确选择合适的材料；2.加工过程中，严格控制尺寸和几何形状的精度；3.加工过程中，对于关键尺寸和位置，需要进行不同程度的检测和测量，确保加工质量；4.对于表面处理，如打磨和抛光，要求提供柔和均匀的表面处理效果；5.加工完成后，进行最终的尺寸和质量检查，确保产品质量符合要求。
微机械加工的前沿技术和发展趋势 一
微机械加工的前沿技术和发展趋势一、微型机械加工技术综述微型机械加工或称微型机电系统或微型系统是指可以批量制作的、集微型机构、微型传感器、微型执行器以及信号处理和控制电路、甚至外围接口、通讯电路和电源等于一体的微型器件或系统。
其主要特点有：体积小（特征尺寸范围为:1μm-10mm）、重量轻、耗能低、性能稳定；有利于大批量生产，降低生产成本；惯性小、谐振频率高、响应时间短。
微型机械的目的不仅仅在于缩小尺寸和体积，其目标更在于通过微型化、集成化来搜索新原理、新功能的元件和系统，开辟一个新技术领域,形成批量化产业。
微型机械系统可以完成大型机电系统所不能完成的任务。
微型机械与电子技术紧密结合，将使种类繁多的微型器件问世，这些微器件采用大批量集成制造，价格低廉，将广泛地应用于人类生活众多领域。
可以预料，在本世纪内，微型机械将逐步从实验室走向适用化，对工农业、信息、环境、生物医疗、空间、国防等领域的发展将产生重大影响。
微细机械加工技术是微型机械技术领域的一个非常重要而又非常活跃的技术领域，其发展不仅可带动许多相关学科的发展，更是与国家科技发展、经济和国防建设息息相关。
微型机械加工技术的发展有着巨大的产业化应用前景。
微型机械加工技术领域的前沿关键技术有：1、微系统设计技术主要是微结构设计数据库、有限元和边界分析、CAD/CAM仿真和拟实技术、微系统建模等，微小型化的尺寸效应和微小型理论基础研究也是设计研究不可缺少的课题，如：力的尺寸效应、微结构表面效应、微观摩擦机理、热传导、误差效应和微构件材料性能等。
2、微细加工技术主要指高深度比多层微结构的硅表面加工和体加工技术，利用X射线光刻、电铸的LIGA和利用紫外线的准LIGA加工技术；微结构特种精密加工技术包括微火花加工、能束加工、立体光刻成形加工；特殊材料特别是功能材料微结构的加工技术；多种加工方法的结合；微系统的集成技术；微细加工新工艺探索等。
3、微型机械组装和封装技术主要指沾接材料的粘接、硅玻璃静电封接、硅键合技术和自对准组装技术，具有三维可动部件的封装技术、真空封装技术等新封装技术的探索。
微纳米及其加工技术
纳米技术的应用
纳米技术应用的领域 纳米生物医学 纳米电子学、 纳米材料学、 纳米机械学、 纳米化学 其他方面……
纳米生物学
纳米生物学：是从微观的角度来观察生命现
象、并以对分子的操纵和改性为目标的。可以 利用纳米加工技术，按照分子设计的方法合成、 复制成各种用途的生命零件。
微执行器
微型构件
微机械光学器件
外部 信息 真空微电子器件
电力电子器件
信号处理的集成电路
微机械的设计方法--新的设计概念（1）
开发微机械必须建立新的设计概念 ：
• 尽量设计无摩擦结构，不出现旋转关节，因为所有的旋 转关节都有摩擦力 （因为微机械尺寸很小，摩擦力超 过了其它的力，控制了系统的运动 。）
由于STM中针尖和样品表面的 距离非常近，当在两者之间施加 脉冲电压时，将在针尖和样品的 间隙内生成电场。样品表面的原 子在强电场的作用下，将被吸附 到针尖端部，在表面层上只留下 空穴;同样，针尖上的原子物质 也可以转移到样品表面层上，从 而实现了针尖与样品之间物质的 交换。
Cantilevers
DNA开关
纳米医学的应用——纳米机器人
研究纳米技术在生命医学上 的应用，可以在纳米尺度上 了解生物大分子的精细结构 及其与功能的关系，获取生 命信息。
返回
纳米电子学
大规模集成电路的制造已经进入了微米和亚 微米的量级。在纳米尺度上，由于电子的波 动性质而呈现各种量子效应，使得电子器件 已无法按照通常的要求进行工作。纳米电子 学正是面对这种挑战而诞生的。
• 在我们身边有很多毫米级的昆虫，它们是开发基于昆虫 模型机械的基础。
微机械的设计方法--新的设计概念（2）
开发微机械必须建立新的设计概念 ：
机械加工中的微细加工技术研究
机械加工中的微细加工技术研究在当今科技不断发展的时代，微细加工技术的研究和应用成为了机械加工领域中的关键问题之一。
随着产品精度要求的不断提高和微型化产品的不断涌现，传统的加工工艺已经无法满足需求。
因此，探索和研究微细加工技术成为了机械工程师和科学家们的重要任务。
一、微细加工技术的意义微细加工技术的出现和发展，将传统机械加工领域中的限制因素极大地推向了前沿。
微细加工技术能够达到更高的精度要求，使得产品在外形、尺寸、表面质量等方面都能够达到更高的水平。
同时，微细加工技术还能够制备出更加精细的微型产品，可用于制作微电子器件、生物医学器械等领域。
因此，研究和应用微细加工技术对于提升产品品质、拓展应用领域具有重要意义。
二、微细加工技术的现状微细加工技术的研究和应用已经取得了一系列重要的突破。
首先，随着纳米技术的快速发展，纳米加工技术成为了微细加工技术的重要方向之一。
纳米加工技术通过利用纳米尺度的工具和设备，使得微细加工过程更加精准和高效。
其次，在加工材料方面，微细加工技术不再局限于传统的金属材料，还涉及到了其他的材料，如纳米纤维材料、生物材料等。
这使得微细加工技术能够应用于更加广泛的领域。
三、微细加工技术的研究方向1. 精细加工工艺的研究精细加工工艺是微细加工技术的核心内容之一。
通过改进加工工艺和加工设备，减小加工误差和提高加工精度是精细加工工艺研究的主要目标。
例如，采用超声波、激光等辅助加工手段，通过调整加工参数来实现对微细结构的精细加工。
2. 表面工程技术的研究微细加工技术中，表面工程技术是一个重要的研究方向。
通过对加工表面进行处理，改善表面质量和性能，提高其耐磨、耐腐蚀等特性。
例如，通过纳米材料涂层、等离子体注入等方法来实现对加工表面的改良。
3. 仿生加工技术的研究仿生加工技术是近年来兴起的一个新兴研究领域。
通过借鉴生物界中的微细加工原理，如植物细胞分裂、生物矿化等，来实现对微细结构的加工。
这种仿生加工技术具有极大的潜力和应用前景。
微小型机械零件加工工艺
微小型机械零件加工工艺1微小型机械零件的类别根据微小型机械零件的几何特征，微小型机械零件主要包括微小型轴类零件，微小型三维结构零件，微小型平板类零件及微小型齿轮类零件[1]。
各类型微小型零件被广泛应用在不同的场合中。
1.1微小型轴类零件微小型轴类零件是微小型加工设备中经常遇到的典型零件之一，微小型轴类零件主要用于支撑微小的传动零部件以及传递扭转力矩和承受外界施加的载荷等场合。
从其功用角度出发，微小型轴类零件的加工要求具有高的回转精度以及外表质量，因此对微小型零件的加工商量变得日益重要。
当加工的微小型轴类零件具有较大的长径比时，由于加工过程中无法接受顶尖支撑，切削时在径向切削力的作用下极易使被加工的微小型轴类零件发生弯曲变形，造成被加工零件的翘尾现象。
若加工的微小型轴类零件除了具有轴类零件所具有的典型特征之外，还具有微平面，微沟槽，微细孔等其他特征时，依靠单一的车削加工是无法完成这类微小型轴类零件加工的，需要协作其他加工方式。
1.2微小型三维结构零件微小型三维结构零件的结构特征相对较为冗杂，并不是只具有简洁的回转类以及平面类特征。
由于其结构特征的冗杂性以及零件本身所特有的工艺特征，加大了零件加工的难度。
加工过程中需要根据零件自身的工艺特点，合理地支配加工工艺，并选择尺寸相对较小，精度高，柔性好的微小型加工设备进行加工。
1.3微小型平板类零件以及齿轮类零件微小型板类零件的主要结构特征是平面，除此之外还包括一些其他的结构特征，如台阶面，微型孔，微型槽及不规则的轮廓外表等。
与微小型三维结构零件相比，微小型平板类零件的结构相对简洁，加工方式相对单一，应用微细铣削和微细钻削加工技术即可满足这类零件的技术要求，完成微小型板类零件的加工。
若微小型板类零件的厚度较薄时，加工时需要考虑零件的装夹方式，防止装夹时微型夹具对零件的作用力过大，使零件发生形变。
微小型齿轮加工的难点及重点是其齿形的加工，齿形的加工精度直接关系到齿轮之间的啮合精度及装配之后的使用效果。
体微机械加工技术
体微机械加工技术体微机械加工技术⏹刻蚀技术➢湿法刻蚀各向同性刻蚀各向异性刻蚀➢干法刻蚀等离子体刻蚀刻蚀技术体型微加工技术主要利用专门的刻蚀技术刻蚀出三维微结构。
刻蚀（腐蚀）是一种对材料的某些部分进行有选择地去除的工艺，用它来成型和抛光，使被腐蚀物体显露出结构特征和组合特点，腐蚀方法大体分为两种：化学刻蚀（湿法刻蚀）和离子刻蚀（干法刻蚀）。
湿法腐蚀的机理是基于化学反应，腐蚀时先将材料氧化，然后通过化学反应，使一种或多种氧化物溶解。
硅表面的阳极反应是：Si + 2e+→Si2+（1）O→(OH)-+H+（2）腐蚀液中的电离反应：H2Si2+与(OH)-结合：Si2++2(OH)-→Si(OH)2 （3）腐蚀液选用对硅的各向同性腐蚀，普遍采用氧化剂硝酸（HNO3），去除剂氢氟酸（HF）及稀释剂水（H2O）或乙酸（CH3COOH）混合成的腐蚀剂，通常称之为HF--HNO3腐蚀系统。
对硅的各向异性腐蚀，常用的腐蚀剂有EDP（乙二胺--Ethylene，联氨--Diamine，邻苯二酚--Pyrocatechol）和水，还有KOH+H2O，H2N4+H2O，以及NaOH+H2O等。
一、各向同性腐蚀腐蚀的基本条件是：硅表面必须有空穴，在HF--HNO 3系统中，HNO 3在化学反应过程中会使硅表面产生空穴。
硅表面的反应过程如上（1）、（2）、（3）反应式，随后Si(OH)2放出氢气并生成SiO 2，由于HF 的存在SiO 2反应生成可容的H 2SiF 6SiO 2+6HF→H 2SiF 6+2H 2O (4)几种常用的HF--HNO3系统腐蚀液二、各向异性腐蚀1.硅的各向异性腐蚀机制的主要解释：①硅在不同晶面上的晶包密度可能是造成各向异性腐蚀的主要原因②使硅表面原子氧化所需要的能量不同③（111）面较（100）面更容易产生自身预钝化效应2.腐蚀原理也是通过对硅进行氧化反应，由于KOH+H2O腐蚀液的毒性较小，又易操作，并能腐蚀出良好的表面，故常被采用：KOH+H2O→K++2(OH)-+H+(5)Si+2(OH)-+4H2O→Si(OH)6+2H2(6)3.几种常用的腐蚀剂的配比以及腐蚀特性：4.腐蚀停止技术①控制腐蚀时间②p重掺杂技术③电化学停止技术对于高精度的图案，特别是侧面垂直要求严格的图案，化学腐蚀法很难达到预期的效果。
微机电系统的设计与制造
微机电系统的设计与制造随着科技的不断进步，微机电系统（MEMS）的设计与制造成为了一个重要的领域。
从智能手机的加速度计到汽车的气囊系统，MEMS技术的应用越来越广泛。
本文将探讨微机电系统的设计与制造过程，并介绍一些相关的技术和应用。
一、MEMS的设计过程在进行MEMS的设计之前，首先需要明确系统的功能需求以及性能指标。
这包括对MEMS的尺寸、灵敏度、响应速度等方面的要求。
接下来，工程师需要进行模拟和仿真，通过计算机辅助设计软件对系统进行建模和优化。
这些软件可以模拟MEMS在不同工况下的性能，并帮助工程师寻找最佳的设计方案。
一旦设计方案确定，接下来就是MEMS的制造过程。
MEMS的制造通常采用微纳米加工技术。
首先是利用软光刻技术在硅基片上定义出MEMS的图案，然后进行湿法或干法腐蚀，以形成MEMS的结构。
接下来，需要进行适当的清洗和检验，确保制造的MEMS符合设计要求。
二、MEMS的制造技术MEMS的制造技术是MEMS设计与制造过程中关键的环节。
下面介绍几种常用的制造技术。
1. 硅基微加工技术硅基微加工技术是MEMS制造的主要方法之一。
它利用硅基片的机械加工和化学加工能力，通过控制加工参数，可以制造出具有复杂结构和微米尺寸的MEMS器件。
硅基微加工技术的优势在于可以批量生产，成本较低。
2. LIGA技术LIGA技术（即光刻、电镀和模压）是另一种常用的MEMS制造技术。
它利用X射线或紫外光刻技术在感光胶层上制造出微米级的模具，然后利用电镀技术在模具上电镀金属，最后将金属的复制品用于制造MEMS器件。
LIGA技术能够实现微米级的加工精度，适用于制造需要高精度的微结构。
3. 化学气相沉积技术化学气相沉积技术广泛应用于MEMS的制造中。
它是一种利用化学反应在基片表面上沉积薄膜的技术。
通过调节沉积条件和反应气体组分，可以控制沉积膜的成分和性质。
化学气相沉积技术能够制备出高质量的薄膜材料，适用于制造MEMS中的电极、感应器和阻尼器等部件。
表面微机械加工工艺流程
表面微机械加工工艺流程下载温馨提示:该文档是我店铺精心编制而成，希望大家下载以后，能够帮助大家解决实际的问题。
文档下载后可定制随意修改，请根据实际需要进行相应的调整和使用，谢谢!并且，本店铺为大家提供各种各样类型的实用资料，如教育随笔、日记赏析、句子摘抄、古诗大全、经典美文、话题作文、工作总结、词语解析、文案摘录、其他资料等等，如想了解不同资料格式和写法，敬请关注!Download tips: This document is carefully compiled by theeditor. I hope that after you download them,they can help yousolve practical problems. The document can be customized andmodified after downloading,please adjust and use it according toactual needs, thank you!In addition, our shop provides you with various types ofpractical materials,such as educational essays, diaryappreciation,sentence excerpts,ancient poems,classic articles,topic composition,work summary,word parsing,copy excerpts,other materials and so on,want to know different data formats andwriting methods,please pay attention!表面微机械加工工艺流程表面微机械加工工艺流程主要包括以下几个关键步骤：一、清洗和预处理1.1 清洗表面污渍1.2 预处理以改善表面性能二、薄膜沉积2.1 选择合适的薄膜材料2.2 采用适当的沉积技术三、光刻3.1 设计并制作光刻胶图案3.2 进行光刻过程以形成图案四、蚀刻4.1 选择合适的蚀刻液4.2 控制蚀刻速率和深度五、后处理5.1 清洗残留光刻胶5.2 进行表面钝化处理通过以上步骤，可以实现对材料表面的微机械加工，从而制备出具有特定功能结构的器件。
微机械及其微细加工技术31页PPT
微机械及其微细加工技术
56、极端的法规，就是极端的不公。 ——西 塞罗 57、法律一旦成为人们的需要，人们 就不再 配享受 自由了 。—— 毕达哥 拉斯 58、法律规பைடு நூலகம்的惩罚不是为了私人的 利益， 而是为 了公共 的利益 ；一部 分靠有 害的强 制，一 部分靠 榜样的 效力。 ——格 老秀斯 59、假如没有法律他们会更快乐的话 ，那么 法律作 为一件 无用之 物自己 就会消 灭。— —洛克
60、人民的幸福是至高无个的法。— —西塞 罗
46、我们若已接受最坏的，就再没有什么损失。——卡耐基 47、书到用时方恨少、事非经过不知难。——陆游 48、书籍把我们引入最美好的社会，使我们认识各个时代的伟大智者。——史美尔斯 49、熟读唐诗三百首，不会作诗也会吟。——孙洙 50、谁和我一样用功，谁就会和我一样成功。——莫扎特
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
微机械加工 Prepared on 22 November 2020微机械加工应用趋势与前沿技术简述摘要：微机电系统（MEMS）是由电子和机械组成的集成化器件或系统，采用与集成电路兼容的大批量处理工艺制造，尺寸在微米到毫米之间。
尤其将计算、传感和执行融为一体，从而改变了感知和控制自然界的方式。
本文介绍了微机电系统近几年应用领域及前景展望，并简单阐述了关于微制造的几种前言加工技术，从而对MEMS系统有一个粗略的了解。
关键字：MEMS 应用领域前景前沿技术 LIGA技术前言微型机械加工或称微机电系统（MEMS），早在1959年就由着名的物理学家理查德·范蔓（Richard·Feynman）提出其概念，然而此后数十年间的发展并未受到过多的关注，直到近年来才逐渐发展成为一门交叉学科。
MEMS主要包括微型传感器、微型执行器以及相应地处理电路三部分。
作为输入信号的各种信号首先通过微传感器转换成电信号，经过信号处理以后，再通过微执行器对外部世界发生作用。
传感器可以把能量从一种形式转换成另一种形式，从而将现实世界的信号（热、化学、运动等）转换成系统可以处理的信号（如电信号）。
信号处理器则可以对信号进行转换、放大和计算等处理。
执行器根据信号处理电路发出的指令来完成人们所需要的操作。
MEMS的快速发展只不过是10多年的时间，却已在各个应用领域显示出强大的生命力，甚至单个领域的MEMS器件就已经形成了一个较大规模的产业。
面向21世纪，MEMS将逐步走向实用化，并被广泛应用于国防、航空、航天、通信、环保、生物工程、医疗、制造业、农业和家庭。
在某种意义上，可认为MEMS是“信息化带动工业化”的一个典范。
一、应用领域与前景展望作为信息获取关键的传感MEMS，已成功应用于汽车、电子等行业和军事领域；在令人瞩目的信息技术和生命技术的发展中，MEMS更将发挥不可估量的作用：光MEMS被认为是开启通信之门的钥匙；RF MEMS将成为移动通信的一项核心技术；高密度MEMS生物芯片将强有力地推动生命科学和生物技术的发展。
近几年，采用MEMS的发展将对人类生产和生活方式产生革命性的影响，将关系到国民经济发展和国家发展安全保障的战略高技术，已引起了广泛的关注。
微机电系统在国防中的应用美国和西方国家为了掌握现代战争的主动权，大力发展微型飞行器、战场侦察传感器、智能军用机器人，以增加武器效能，军用武器装备的小型化是重要的发展趋势。
MEMS是未来武器中最精华的部分，为了适应这一发展的需要，主要采用的是MEMS技术制造的传感器和微系统。
大量采用MEMS器件，以改进武器性能，已成为美国发展新型高科技武器装备的方向。
根据美国防卫高级研究计划署（Defense Advanced Research Projects Agency）公布的资料，MEMS在武器装备中的主要应用领域包括以下几个方面：武器制导和个人导航的惯性导航组合；超小型、超低功率无线通信（RF MEMS）的机电信号处理；军备跟踪、环境监控、安全勘测的无人值守分布式传感器；小型分布式仪器、推进和燃烧控制的集成流量系统；武器安全、保险和引信；有条件保养的嵌入式传感器和执行器；高密度、低功耗的大规模数据存储器件；敌友识别系统、显示和光纤开关的集成微光学器件，以及飞机分布式空气动力学控制和自适应光学的主动和共型表面。
航天领域对器件的功能密度要求很高。
因此，MEMS的发展，从一开始就受到航天部门的重视并得到应用。
目前，微型飞行器的研究主要集中在美、日、德等发达国家。
美国LMB公司研制出翼展为45cm的微型飞行器Bat，该机飞行时间20min，飞行速度大约为64km/h，飞行高度457m，1995年，日本东北大学利用MEMS技术，制造出一个靠磁力矩驱动的飞行装置，该装置宽30mm，长20mm，重，等等。
美国五角大楼认为，军用微型机器人的发展将有可能改变22世纪的战场。
微机电系统在汽车中的应用汽车工业在过去的20多年里已经是MEMS技术的主要用户，市场规模庞大。
在汽车里采用MEMS产品主要是为了使汽车更安全，驾驶更加舒适，达到政府要求的高燃烧效率和低排放的标准。
早在1988年出现的Smart Car的概念在今天已经成为现实，智能汽车就是以传感器和执行器的广泛应用为基础的。
目前，根据NEXUS的市场研究，典型中级车包括50多个传感器，而豪华车装备100个以上的传感器，其中大约1/3的传感器采用的是MEMS传感器，应用最多的是硅压力传感器和加速度传感器。
MEMS传感器在汽车中的应用可分为四大类：安全；发动机和动力系；舒适和便利；汽车诊断和健康监测。
微机电系统在生物医学中的应用分子、病毒和细胞的典型尺寸分别为1nm、10nm、10um，由尺寸效应可知，MEMS/NEMS可以更灵敏、准确、低成本和微创无影响的应用于生物医疗领域。
当前，MEMS及其相关技术和产品已覆盖从检测、诊断到治疗等各种生物医疗领域，主要集中在以下几个领域：人造器官、体内显微手术、临床化验分析、基因分析、遗传诊断和试验仪器，等等。
在匹兹堡大学的Mc Govan再生医学院，正在开发一个生物合成肺来模拟人体正常肺的呼吸功能。
该MEMS装置交织着含有空气或血液的微通道。
这些微通道由细胞隔膜分开，细胞隔膜模拟正常肺的肺泡壁功能。
密苏里大学哥伦比亚分校的研究人员最近示范了一项研究进展——打印器官以器官受赠者的细胞为蓝本以确保与器官捐赠者的生物一致性，通过将打印层和构造层交替层叠的方式构造出打印器官。
二、MEMS技术经过多年的发展，目前已经取得了很大的进步。
目前，国内外制造微机电系统的微细加工技术主要有以下三类。
第一类：以日本为代表的利用传统精密机械技工技术的超精密和特种加工技术。
第二类：以美国为代表的利用化学腐蚀和集成电路工艺技术的硅基微加工技术。
第三类：以德国为代表的LIGA及其相关技术。
微制造技术是MEMS进一步发展的基础，由于MEMS应用对结构、器件和系统在材料、设计、加工、机电系统集成、封装、测试和可靠性等方面的苛刻要求，目前微制造技术仍然还有很多问题有待进一步解决。
特种微细加工技术微细特种加工技术的实用化研究得益于20世纪80年代中期日本东京大学增泽隆久所在的研究室所发明的线电极电火花磨削技术，并在20世纪90年代得到了重大发展，随后出现了微细电火花加工、微细电化学加工、微细超声加工，以及微细激光加工等技术。
硅微机械加工技术微机电系统制造技术是在集成电路工艺和理论的基础上发展起来的。
微机电系统制造技术中除了特种微细加工外，还大量应用了常规的集成电路工艺，如光刻、氧化、掺杂、淀积等微细加工技术。
这类工艺是迅速发展微机电系统的关键工艺。
常规的集成电路工艺主要包括：晶体生长、晶体加工、晶片制备、薄膜成型、光刻、掺杂、蚀刻、切片和封装。
表面微加工技术表面微加工是微机械器件完全制作在基片表面而不穿透基片表面的一种加工技术。
典型的表面微加工需要依靠牺牲层技术。
所谓牺牲层技术，就是在为结构中嵌入一层材料，在后续工序中利用化学腐蚀方法将这层材料溶解释放掉，而不影响结构层本身，这层材料就成为牺牲材料。
这种做法的目的就是分离结构和衬底晶片，制作可变形或可运动的微结构。
表面微加工器件由三种典型的部件组成：牺牲层部分、结构层部分和绝缘层部分。
在实际的制造中，单晶硅片是主要衬底材料，化学气相淀积多晶硅或氮化硅是主要结构层材料，氮化硅薄膜同样可用于微电子结构钝化，它对水蒸气和钠具有良好的扩散阻碍作用，牺牲层通常是通过LPCVD技术将磷硅玻璃或者二氧化硅沉积在衬底上形成，还可以是厚度可达数百微米的多孔硅材料。
体微加工技术体微加工技术，是指利用腐蚀工艺，选择性去掉硅衬底，对体硅进行三维加工，形成微机械元件（如槽、平台、膜片、悬臂梁、固支梁等）的一种工艺。
硅体微加工技术是最早在生产中得到应用的技术，并在20世纪70年代到80年代得到了发展。
目前体微加工主要用于微传感器和微执行器，如压力传感器、加速度传感器、触觉传感器、微热板、红外源、微泵、微阀等。
体微加工技术包括腐蚀和自停止腐蚀两种关键技术。
腐蚀又分为湿法腐蚀和采用气体腐蚀剂的干法腐蚀，对应有不同的自停止腐蚀方法。
键合技术键合技术是制作微传感器、微执行器和较复杂的微结构的连接方法。
硅片键合技术是指通过化学和物理作用将硅片与硅片、氧化层、玻璃或其他材料紧密连接在一起形成一个整体。
硅片键合技术经过几十年的发展，已经形成了适合不同领域的多种键合技术，按照硅片之间有无中间层，硅片键合技术分为两大类：无中间层键合技术和有中间层键合技术。
无中间层键合技术主要有阳极键合技术（也称硅—玻璃静电键合技术）和硅—硅直接键合技术（也称硅热键合）。
有中间层键合技术按照中间层的不同可分为：金—硅共熔键合技术、焊料键合技术、玻璃釉料键合技术、黏合剂键合技术、共晶键合技术等。
在MEMS工艺中，键合是一项关键技术，通过键合可把MEMS部件组装成完整的器件，通常把整个硅片或者每个小单元进行键合在一起。
首先，可以用键和工艺来制作绝缘体硅片（SOI）。
使用SOI硅片制作的MEMS器件可以减少寄生电容和泄漏电流，具有很好的器件特性。
其次，键合技术不仅可以在制作微传感器和微结构中使用灵活多样，还可以得到比较微小带有空腔的结构，并可以满足多层结构的需要。
LIGA技术与准LIGA技术LIGA技术包括深层同步X射线光刻、电铸成型及塑料铸模三个重要环节。
LIGA技术的工艺路线示意图准LIGA技术（也称LIGA技术的变体），记载取代昂贵的X光源和特质掩膜版的基础上开发新的三维微加工技术，其中有紫外线(UV)LIGA、激光(Laser)LIGA、硅深刻蚀工艺的SI-LIGA，以及用离子束刻蚀的IB-LIGA技术等。
目前，LIGA与准LIGA技术已经开发和制造了微传感器、微光学元件、纳米技术元件和系统等。
LIGA技术相对于微制造技术具有一些优势，且具有柔性。
这种技术的实用性和加工的柔性正是通过更先进的工艺、牺牲层技术、多层和倾斜曝光技术、与其他微制造通过多道加工或装配形式形成复合工艺等得以进一步的加强和扩展。
总结MEMS研究在国际上正在进入一个黄金时期，MEMS的基础理论研究、加工技术、跨学科交叉应用等都是全新的研究领域。
在未来的发展中，MEMS领域需要更多的人做出更大的努力，给人类社会带来更多的惊喜，不断提高我们整个世界的品质。
就如美国国家自然科学基金会主席比门特所预测的：微型机械“将成为新崛起的大规模产业，它将引起一场新的工业革命”。