第二章微系统设计技术基础(2-1)_683303683

§2.1 微系统制造技术分类
微系统制造方法
制造方法的选择取决于微系统本身的材料、结构和 构造形式，不同结构和构造形式的微系统可以用不 同的加工方法来制造。
目前在全世界范围内被公认的微系统制造技 术大致分成以下三类:
超精密机械加工制造技术 LIGA工艺制造技术 硅工艺制造技术
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另一方面是由于这种方法制作的微机电器件便于与微电子电路一 起实现单片集成，也就是说可以将某些微系统制作成类似于普通 集成电路那样的形状，这对微系统得使用和安装都十分有利。
这种基于硅工艺的微系统制造技术已经成为了微制造技术中的 主流，也是本章介绍的重点。
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§2.1 微系统制造技术分类
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§2.1 微系统制造技术分类
硅工艺制造技术的分类：体硅工艺（减法工艺） 和表面工艺（加法工艺）两种类型
Bulk Micromachining
Surface Micromachining
Wafer Surface Cantilevers
§2.1 微系统制造技术分类
超精密机械加工制造技术
以日本技术为代表，来源于成熟的传统制造原理的微系统制 造方法，其得益于日本多年来精密机械加工技术的发展和超 精密机械加工水平上的优势。
制造原理与传统机械加工区别不大，只是对加工制造的精度 要求提高了许多，比如：普通的机械加工精度一般为10m以 上，精密机械加工的精度一般可以达到10m以下，而超精密 机械加工的制造水平可以达到1m以下。
Laster-LIGA：W.Ehrfel等人1995年首次提出并使用。采用 193nm的ArF准分子激光器，直接消融PMMA光刻胶来取代 X射线光刻工序，精度为微米级，深宽比来自百度文库中（<10）。
DEM(deep-etching, electro-forming, micoreplication): 利用 等离子体深刻蚀工艺代替同步辐射X光深层光刻，然后进行 后续的微电铸和微复制工艺。
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§2.1 微系统制造技术分类
硅工艺制造技术
当前世界各国普遍采用的微系统加工工艺和方法，应用最广泛 这种技术从诞生开始，很快就得到了全世界内的认可和推广应
用。
一方面是由于这种技术继承了许多微电子技术中成熟的工艺和设 备，使得微系统的制造除了少量特殊设备以外，不需要化时间和 经费去去另行研究开发一些基础性的设备；
微系统设计与系统集成技术
（2015年版，课件2-1）
清华大学精密仪器系 张高飞
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第二章 微系统设计技术基础
本章介绍的主要内容包括：
微系统制造技术分类 微系统常用材料及其特性 微加工基本工艺 微系统工艺流程设计
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Bridge Trench
Membrane
Cavity Nozzle
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§2.1 微系统制造技术分类
硅工艺制造技术的主要特点：
与微电子工艺兼容，是目前唯一可以与微电子电路实现单片集成 制造的工艺
适合低成本的大批量微型零件和微系统器件的加工制造 可用于加工的材料种类相对有限制，但越来越丰富 能加工的零件尺寸范围窄，适合尺度在0.1m ~100m范围内的
对于微系统的制造来说，就是设法用大机械制造小机械，小 机械制造微机械。
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§2.1 微系统制造技术分类
超精密机械加工制造技术
大机械制造小机械，小机械制造 微机械的这种加工方法在理论上 可以制造出任何形状的微型零件。
主要特点是：可用的材料比较多， 能加工的零件尺寸范围宽（微米 以上尺度的零件都可以加工）， 并且可以制造十分精致的复杂形 状，但制造成本相对比较高，不 太适合大批量的低成本制造，无 法与微电子电路实现单片集成制 造。
LIGA工艺制造技术包括光刻、电铸或铸塑这三个主要的工艺过 程。
LIGA制造技术类似于金属铸造加工的过程，可以用来制造许多 非硅基底的微结构，可使用的材料也相对比较广泛。
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§2.1 微系统制造技术分类
LIGA工艺制造过程
光刻-电铸
光刻-铸塑
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§2.1 微系统制造技术分类
LIGA工艺制造技术的特点
该技术的一个重要特点是能产生 “厚”的三维立体微型结构零件
可使用的材料也相对比较广泛，可 以用金属或塑料制造形状相对复杂 的、厚实的微型零件，这些独特的 优势可以满足许多微型系统对结构 设计的要求
零件加工 能制造的零件形状相对简单，形状复杂的结构和部件厂需要用
LIGA等其它加工工艺来制造 到目前为止，还没有一种十全十美的微系统加工工艺。由于微系统
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§2.1 微系统制造技术分类
LIGA工艺制造技术
这种微系统制造方法来源于德国，以德国为代表，由德国喀尔 斯鲁厄市的德国喀尔斯鲁厄核技术研究中心发明。
LIGA本身的含义就是由以下德文的首字母构成
Lithograpie(光刻) Galvanoformung(电铸) Abformung(铸塑) 。
LIGA技术在微系统制造工业中被 广泛地推广和应用，成为微系统加 工的一种重要特种微机械加工工艺
不足：掩模版、光刻技术难度大， 成本高
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§2.1 微系统制造技术分类
准LIGA工艺
UV-LIGA：美国威斯康星大学Henry Guckle教授等在1990 年研究开发出的工艺，用深紫外光的深度曝光来代替LIGA 工艺中的同步X射线深度曝光。用于刻蚀中等厚度光刻胶。