微型机械加工技术、应用途径和发展方向的研究 |
| 2012-06-19 14:10 作者：张伟智 周波 孟丽萍 来源：硅谷网-《硅谷》杂志 HV： 编辑： 【搜索试试】
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摘要：简述微型机械技术的定义和历史发展，介绍微型机械加工技术概念及应用，并对微型机械的发展现状和发展方向做探讨。
关键词：微型机械；微型加工；应用途径；发展方向
中图分类号：TH706文献标识码：A文章编号：1671—7597（2012）0510
【《硅谷》杂志2012年5月刊文】
1微型机械技术简述
1.1定义
微型机械泛指尺寸范围为毫米、微米或纳米级，集微机构、微传感器、微驱动器、微执行器和微控制器为一体的的微型机电系统（MEMS）。微型机械的尺度效应、物理特性研究以及制造和设计等都是需要研究的重要方面。它融入了几代人智慧的结晶，它是人类将想象再次变成现实的神奇的力量。微型机械孕育着巨大的经济效益和高超的技术力量，在今后的日子里，必定会有着更大的飞跃。
1.2发展梗概
微型机械的年龄可谓是历史悠久，从19世纪的光制造技术到20世纪中期的微加工技术，从20世纪70年代的微机械设想到如今的大规模投入使用，微型机械已经成为炙手可热的学科。1989年，我国对微型机械开始有了初步的研究，1993年确定MEMS技术为重点研究项目，这些年以来，我国在MEMS技术上取得了良好的发展。
2微型机械加工技术概念及应用
2.1概念
微型机械加工技术，主要是为机械装置的微细加工技术。由于微型机械属于高科技领域，因此涉及到很多技术。微型机械已经远远超出了传统机械范畴，因此如果用解决传统机械的技术去解决微型机械的问题，将是一件很“碰钉子”的事。
传统机械微型之“微”，就代表着其系统的尺寸已经达到了肉眼看不见的境界，单位也由传统的计量单位变成了微米、纳米级，此时就要启动微系统尺度效应研究，方能进一步探索和解决这些新奇的事物产生的新的问题。
在MEMS技术中，微细加工技术是怎么回事呢？微细加工主要是对小型工件进行加工，而对于尺寸在微米到纳米级别的系统加工，需要非常精密的技术。微细加工完全有别于传统精密加工，微细加工的发展是源于半导体集成电路制造技术，尤其是大规模集成电路。微细加工标志着技术已经进入了微电子时代。
2.2应用
现代人非常重视微细加工技术，在美国、欧洲等一些国家，其微细加工技术是遥遥领先的。日本积极利用国外技术并结合自身，因此是目前此技术发展最快的国家。微细加工技术中最顶级的当属纳米级制造技术，并且需要投放大量的人力、物力和财力。
目前应用的微细加工的工艺产品主要有：中药精细加工、激光微细加工系统、飞秒激光超微细加工、基因芯片技术等。
1）中药精细加工
由于传统的重要加工方式不能充分保证出粉率、有效成分等含量的稳定性，因此采用气流粉碎机可以对中药做精细加工，它具有多配管、流化床、卧式分级技术。
2）激光微细加工
其精确度可以达微米级，广泛用于半导体及微电子加工、生物医疗器械生产、计算机制造业、MEMS、等各个领域。
3）飞秒激光超微细加工
此技术是目前的一个超前研究的技术领域，是其他激光技术无法相提并论的。飞秒激光不仅可以加工材料，还可以做更前沿、更尖端的技术，其加工的精密度和利用率都非常高。在未来的岁月里，飞秒激光超微细加工会有更大的作为和成绩。
4）基因芯片技术
目前国内利用基因芯片技术的仪器主要是激光共聚焦生物芯片扫描仪和CCD生物芯片检测仪。这两种仪器是具有巨大市场潜力和熠熠生辉的新星。
集先进技术于一身的微型机械对人类的影响是不可限量的。21世纪是已经进入“微”时代，微型机械加工技术将会以辐射的范围不断扩大，利用此技术加工各种成本低、实用性极强的微型器件，将会被越来越多的人使用，对于人们的工作、环境、医疗、信息等发展都会产生很大的影响。
3微型机械加工技术的发展现状
3.1半导体传感器
20世纪40年代，就有了半导体传感器，当时人们对它是陌生的，因为集成电路还没有诞生。在此之后，半导体传感器逐渐得到发展。半导体材料是以硅为主和相关化合物组成，具有许多类似于人的感触功能，通常利用半导体开发集成电路的先进技术。半导体传感器的灵敏度很高，主要应用在工业自动化、遥测、工业机器人、家用电器、环境污染监测、医疗保健、医药工程和生物工程等领域。半导体传感器等微型传感器为微机械加工技术做出了良好的开端。
3.2微执行器
微执行器全称是微机械执行器，这是20世纪80年代末的伟大的作品----多晶硅齿轮，由美国加州大学研发，其原理就是微机械加工技术与硅的特点相结合，于是一个伟大的理论很快变成了现实。而后，微机械多路绝压传感器的投入使用，再次标志着现代世界已经进入了微电子技术时代。微执行器将在微纳米技术的兴起之下更加蓬勃发展。
3.3微型机械技术----不可遏止的发展势头
自从美国研发的静电微电机出炉后，标志着微机械技术已经成为一门前沿、独立、潜力巨大的学科。世界从宏观向微观迅速过渡，从认识、了解到改造，人类已经具备了这样的能力。MEMS技术的势头强尽，这个令世界叹为观止的技术早已成为国内外重点研究对象。与传统机械的迥然差异，造就了微机械的与众不同。从根本上讲，其尺寸的度量单位只能用微米和纳米级去衡量，所产生的变化也并不是宏观能够看到和解释的，在微观世界里，新的知识、新的起点、新的领域正在向全世界的人招手。微机械就是让本身的结构、材料、功能淋漓尽致的展现出高超和尖端的技术。
3.4世界各国积极研发微型机械技术
正是由于微型机械加工技术不可遏止的发展势头，美国、日本、欧洲等工业发达的国家也都在对其进行频繁、大规模、高投入的研究。据有关机构统计，MEMS技术研发活动最积极的国家和地区依次为美国、德国、日本、斯堪的纳维亚地区、法国、中国、韩国、英国、瑞典和中国台湾。
4微型机械加工技术的发展趋势
4.1年轻化的新兴技术
微型机械加工技术年轻、前沿、高超，具有顽强而蓬勃的发展。大批量的制造微器件，大面积、低成本投入使用，与人们的生活息息相关，如微型压力传感器、微细加速度计的使用，这些“大批培养，重点选拔”的高科技微型机械，一直占据着市场上重要的份额。因此微型机械和技术的未来会更加畅通无阻。
4.2研究方向和工艺多样化
MEMS技术的研究正在日益多样化，比如对于硅的研发和制作加工要朝着更加精密和高超的技术发展。正在研究和使用的体硅加工工艺、表面牺牲层工艺、溶硅工艺、LIGA加工工艺、体硅工艺与表面牺牲层工艺相结合等。微型机械研究方向和加工工艺正在不断的创新和发展。
4.3“微”时代的到来
除去陈旧机械技术的缺陷，由于微型机械加工的粘稠性和交叉性很强，与其相关的技术发展都会带动微型机械的发展，如微电子学、材料学、信息学等。其发展势头备受各行各业的重视，由于对其花费更多的人力财力，在人们不断的探索和研究中，微型机械技术会具备更多的新功能、新结构的微系统。“微”时代已经到来，未来会开启一个智能操作的新时代。
5结束语
微机械将人类的想象和现实完美的相结合，从开发到研究，无论是作为一门高科技学科，还是微器件大批生产使用，亦或者各国不惜血本研究相关仪器，可谓是硕果累累，成绩斐然。如微器件，以其价格低廉、方便实用的特点快速赢得了市场份额，并继续拥有无限的商业潜力。各种微机械在众多领域中发挥着巨大的影响，对于人们的工作、医疗等生活方面带来了更高质量的保证，人们的生活水平得到了全面的提高。“微“时代的到来，令人们不断追求新知识，探索新领域的欲望更加强烈，令这个世界更加丰富多彩。
参考文献：
[1]苑伟政、李晓莹，微机械及微细加工技术[J].机械科学与技术，1997，03.
[2]谢国章，微机械的制造、应用和发展[J].中国机械工程，1994，03.（注：本文版权归作者本人和硅谷杂志所有，禁止他人未经授权转载）
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