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1概述

微型機(jī)電系統(tǒng)（MEMS）是可以批量制作的，集微型機(jī)構(gòu)、微型傳感器、微型執(zhí)行器以及信號處理和控制電路，甚至外圍接口、通信電路和電源等于一體的微型器件或系統(tǒng)。其主要特點(diǎn)有：體積小，重量輕，耗能低、性能穩(wěn)定；有利于大批量生產(chǎn)，降低生產(chǎn)成本；慣性小，諧振頻率高，響應(yīng)時間短；集約高技術(shù)成果，附加值高等。微型機(jī)電系統(tǒng)體積小，能耗低，智能化程度高，其應(yīng)用領(lǐng)域十分廣泛。例如：在生物醫(yī)療中“，智能藥丸”微型機(jī)械可通過口服或皮下注射進(jìn)入人體，探測和清除人體內(nèi)的癌細(xì)胞，此外還可用于視網(wǎng)膜手術(shù)，修補(bǔ)血管等。在工業(yè)領(lǐng)域，維修用的微型機(jī)械產(chǎn)品可以在狹窄空間和惡劣環(huán)境下進(jìn)行診斷和修復(fù)工作。

2微機(jī)械加工技術(shù)

微型機(jī)電系統(tǒng)涉及許多關(guān)鍵技術(shù)，當(dāng)一個系統(tǒng)的特征尺寸達(dá)到微米和納米量級時，將會產(chǎn)生許多新的問題。微機(jī)械加工技術(shù)是其中之一，它涉及微細(xì)加工技術(shù)、微型機(jī)械組裝和封裝技術(shù)、微系統(tǒng)的測試技術(shù)等。微細(xì)加工技術(shù)主要有半導(dǎo)體加工技術(shù)、LIGA技術(shù)、集成電路技術(shù)、特種加工技術(shù)、微細(xì)切削磨削加工、快速原型制造技術(shù)和鍵合技術(shù)。

2.1半導(dǎo)體加工技術(shù)

半導(dǎo)體加工技術(shù)即半導(dǎo)體表面和立體的微細(xì)加工，指在以硅為主要材料的基片上進(jìn)行沉積、光刻與腐蝕的工藝過程。半導(dǎo)體加工技術(shù)使微型系統(tǒng)的制作具有低成本、大批量的潛力。1）光刻加工技術(shù)光刻加工可分為兩個階段，第一階段為原版制作，生成工作原版或工作掩膜，為光刻時的模板，第二階段為光刻。在制造大規(guī)模、超大規(guī)模集成電路等場合，需采用CAD技術(shù)，把集成電路設(shè)計與制版結(jié)合起來，即進(jìn)行自動制版。2）體微機(jī)械加工技術(shù)體微機(jī)械加工是一種對硅襯低的某些部位用腐蝕技術(shù)有選擇地去除一部分以形成微型機(jī)械結(jié)構(gòu)的工藝，常用的主要有濕法腐蝕和干法腐蝕兩種。濕法腐蝕是利用化學(xué)腐蝕的方法對硅片進(jìn)行加工的技術(shù)，一般用各向同性化學(xué)腐蝕、各向異性化學(xué)腐蝕和電化學(xué)腐蝕。干法腐蝕是利用粒子轟擊時對材料的某些部位進(jìn)行選擇性腐蝕的方法，即采用等離子體腐蝕、離子束和濺射腐蝕、反應(yīng)離子束腐蝕等工藝來腐蝕多晶硅膜、氮化硅膜以形成微型機(jī)械結(jié)構(gòu)。目前，隨著干法腐蝕技術(shù)的發(fā)展，已形成以干法為主，干、濕結(jié)合的刻蝕工藝。3）面微機(jī)械加工技術(shù)面微機(jī)械加工技術(shù)是在硅表面根據(jù)需要生成多層薄膜，如二氧化硅、多晶硅、氮化硅、磷硅玻璃膜層，在硅平面上形成所需要的形狀，甚至是可動部件。該技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)是：在制造過程中所使用的材料和工藝與常規(guī)集成電路的生產(chǎn)有很強(qiáng)的兼容性，不必另外投資；再者，只要在制膜上略加改動，就可以用同樣的方法制造出大量的不同結(jié)構(gòu)。其最大的優(yōu)勢在于把機(jī)械結(jié)構(gòu)和電子電路集成一起的能力，從而使微產(chǎn)品具有更好的性能和更高的穩(wěn)定性。

2.2LIGA技術(shù)和準(zhǔn)LIGA技術(shù)

LIGA技術(shù)是一種由半導(dǎo)體光刻工藝派生出來的，采用光刻方法一次生成三維空間微型機(jī)械構(gòu)建的方法，該技術(shù)的機(jī)理由深層X射線光刻、電鑄成形及注塑成型三個工藝組成。它的主要工藝過程為：X光光刻掩膜版的制作、X光深光刻、光刻膠顯影、電鑄成形、塑模制作、塑模脫模成形等。具體過程為：先用聚乙-甲基丙烯酸等作光致抗蝕劑涂在基板上，再在基板上蓋上已刻好圖形的金屬掩膜，再用X射線使光刻膠層曝光、顯影，將未曝光部分溶解掉，制成抗蝕層的結(jié)構(gòu)圖形，再在抗蝕層的結(jié)構(gòu)圖形的間隙出鍍上鎳、銅或金等金屬至所需厚度，制成金屬膜，以此膜為母模注射塑料型芯，再將型芯電鍍成金屬構(gòu)件。

2.3集成電路（IC）技術(shù)

這是一種發(fā)展十分迅速且較成熟的制作大規(guī)模電路的加工技術(shù)，在微型機(jī)械加工中使用較為普遍，是一種平面加工技術(shù)。但該技術(shù)的刻蝕深度只有數(shù)百納米，且只限于制作硅材料的零部件。

2.4超微型機(jī)械加工和電火花線切割加工

用小型精密金屬切削機(jī)床及電火花、線切割等加工方法，制作毫米級尺寸左右的微型機(jī)械零件，是一種三維實(shí)體加工技術(shù)，加工材料廣泛，但多是單件加工、單件裝配，費(fèi)用較高。精密微細(xì)切削加工適合所有金屬材料、塑料及工程陶瓷，適合具有回轉(zhuǎn)表面的微型零件加工，如圓柱體，螺紋表面、溝槽、圓孔及平面加工，切削方式有車削、銑削、鉆削。精密微細(xì)磨削可用于硬脆材料的圓柱體表面、溝槽、切斷的加工。微細(xì)電火花加工是利用微型EMD電極對工件進(jìn)行電火花加工，可以對金屬、聚晶金剛石、單晶硅等導(dǎo)體、半導(dǎo)體材料做垂直工件表面的孔、異形槽、成形表面的加工。微細(xì)電火花線切割加工也可以加工微細(xì)外圓表面，在工件的一側(cè)裝有線切割用的鉬絲，工件作回轉(zhuǎn)運(yùn)動，鉬絲在走絲中對工件軸線做進(jìn)給運(yùn)動，完成對工件外圓的加工。

2.5鍵合技術(shù)

鍵合技術(shù)是一種把兩個固體部件在一定溫度與電壓下直接鍵合在一起的封裝技術(shù)，期間不用任何粘接劑，在鍵合過程中始終處于固相狀態(tài)。它可以是硅-玻璃靜電鍵合，也可以是硅-硅直接鍵合。它可以實(shí)現(xiàn)硅一體化微型機(jī)械結(jié)構(gòu)，不存在界面失配問題，有利于提高器件性能。

3總結(jié)

微機(jī)械加工技術(shù)作為微型機(jī)電系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)，將隨MEMS的發(fā)展和應(yīng)用而有一個大的發(fā)展。硅加工、LIGA加工和準(zhǔn)LIGA加工向著制作更復(fù)雜、更高深比、適合各種要求的微結(jié)構(gòu)，以及更易于和電路集成的方向發(fā)展。

作者：周大偉 單位：永城職業(yè)學(xué)院