微型機械加工技術(shù)國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢 ２
我國有很多機構(gòu)對多種微型機械加工的方法開展了相應(yīng)的研究，已奠定了一定的加工基礎(chǔ)，能進行硅平面加工和體硅加工、LIGA加工、微細電火花加工及立體光刻造型法加工等。
--微型機械加工技術(shù)的發(fā)展趨勢
微型機械加工技術(shù)的發(fā)展剛剛經(jīng)歷了十幾年，在加工技術(shù)不斷發(fā)展的同時發(fā)展了一批微小器件和系統(tǒng)，顯示了巨大生命力。作為大批量生產(chǎn)的微型機械產(chǎn)品，將以其價格低廉和優(yōu)良性能贏得市場，在生物工程、化學(xué)、微分析、光學(xué)、國防、航天、工業(yè)控制、醫(yī)療、通訊及信息處理、農(nóng)業(yè)和家庭服務(wù)等領(lǐng)域有著潛在的巨大應(yīng)用前景。當前，作為大批量生產(chǎn)的微型機械產(chǎn)品如微型壓力傳感器、微細加速度計和噴墨打印頭已經(jīng)占領(lǐng)了巨大市場。目前市場上以流體調(diào)節(jié)與控制的微機電系統(tǒng)為主，其次為壓力傳感器和慣性傳感器。1995年全球微型機械的銷售額為15億美元，有人預(yù)計到2002年，相關(guān)產(chǎn)品值將達到400億美元。顯然微型機械及其加工技術(shù)有著巨大的市場和經(jīng)濟效益。
微型機械是一門交叉科學(xué)，和它相關(guān)的每一技術(shù)的發(fā)展都會促使微型機械的發(fā)展。隨著微電子學(xué)、材料學(xué)、信息學(xué)等的不斷發(fā)展，微型機械具備了更好的發(fā)展基礎(chǔ)。由于其巨大的應(yīng)用前景和經(jīng)濟效益以及政府、企業(yè)的重視，微型機械發(fā)展必將有更大的飛躍。新原理、新功能、新結(jié)構(gòu)體系的微傳感器、微執(zhí)行器和系統(tǒng)將不斷出現(xiàn)，并可嵌入大的機械設(shè)備，提高自動化和智能水平。
微型機械加工技術(shù)作為微型機械的最關(guān)鍵技術(shù)，也必將有一個大的發(fā)展。硅加工、LIGA加工和準LIGA加工正向著更復(fù)雜、更高深度適合各種要求的材料特性和表面特性的微結(jié)構(gòu)以及制作不同材料特別是功能材料微結(jié)構(gòu)、更易于與電路集成的方向發(fā)展，多種加工技術(shù)結(jié)合也是其重要方向。微型機械在設(shè)計方面正向著進行結(jié)構(gòu)和工藝設(shè)計的同時實現(xiàn)器件和系統(tǒng)的特性分析和評價的設(shè)計系統(tǒng)的實現(xiàn)方向發(fā)展，引入虛擬現(xiàn)實技術(shù)。
我國在微型加工技術(shù)發(fā)展的優(yōu)先發(fā)展領(lǐng)域是生物學(xué)、環(huán)境監(jiān)控、航空航天、工業(yè)與國防等領(lǐng)域，建設(shè)好幾個有世界先進水平的微型機械研究開發(fā)基地，同時亦重視微觀尺度上的新物理現(xiàn)象和新效應(yīng)的研究，加速我國微型機械的研究與開發(fā)，迎接二十一世紀技術(shù)與產(chǎn)業(yè)革命的挑戰(zhàn)。
--微型機械加工的關(guān)鍵技術(shù)
微型機械是一個新興的、多學(xué)科交叉的高科技領(lǐng)域，面臨許多課題，涉及許多關(guān)鍵技術(shù)。
當一個系統(tǒng)的特征尺寸達到微米級和納米級時，將會產(chǎn)生許多新的科學(xué)問題。例如隨著尺寸的減少，表面積與體積之比增加，表面力學(xué)、表面物理效應(yīng)將起主導(dǎo)作用，傳統(tǒng)的設(shè)計和分析方法將不再適用。為摩擦學(xué)、微熱力這等問題在微系統(tǒng)中將至關(guān)重要。微系統(tǒng)尺度效應(yīng)研究將有助于微系統(tǒng)的創(chuàng)新。
微型機械不是傳統(tǒng)機械直接微型化，它遠超出了傳統(tǒng)機械的概念和范疇。微型機械在尺度效應(yīng)、結(jié)構(gòu)、材料、制造方法和工作原理等方面，都與傳統(tǒng)機械截然不同。微系統(tǒng)的尺度效應(yīng)、物理特性研究、設(shè)計、制造和測試研究是微系統(tǒng)領(lǐng)域的重要研究內(nèi)容。
在微系統(tǒng)的研究工作方面，一些國內(nèi)外研究機構(gòu)已在微小型化尺寸效應(yīng)，微細加工工藝、微型機械材料和微型結(jié)構(gòu)件、微型傳感器、微型執(zhí)行器、微型機構(gòu)測量技術(shù)、微量流體控制和微系統(tǒng)集成控制以及應(yīng)用等方面取得不同程度的階段性成果。微型機械加工技術(shù)是微型機械發(fā)展的關(guān)鍵基礎(chǔ)技術(shù)，其中包括微型機械設(shè)計微細加工技術(shù)、微型機械組裝和封裝技術(shù)、為系統(tǒng)的表征和測量技術(shù)及微系統(tǒng)集成技術(shù)。
微型機械加工技術(shù)領(lǐng)域的前沿關(guān)鍵技術(shù)有：
1、微系統(tǒng)設(shè)計技術(shù)
主要是微結(jié)構(gòu)設(shè)計數(shù)據(jù)庫、有限元和邊界分析、CAD/CAM仿真和擬實技術(shù)、微系統(tǒng)建模等，微小型化的尺寸效應(yīng)和微小型理論基礎(chǔ)研究也是設(shè)計研究不可缺少的課題，如：力的尺寸效應(yīng)、微結(jié)構(gòu)表面效應(yīng)、微觀摩擦機理、熱傳導(dǎo)、誤差效應(yīng)和微構(gòu)件材料性能等。
2、微細加工技術(shù)
主要指高深度比多層微結(jié)構(gòu)的硅表面加工和體加工技術(shù)，利用X射線光刻、電鑄的LIGA和利用紫外線的準LIGA加工技術(shù)；微結(jié)構(gòu)特種精密加工技術(shù)包括微火花加工、能束加工、立體光刻成形加工；特殊材料特別是功能材料微結(jié)構(gòu)的加工技術(shù)；多種加工方法的結(jié)合；微系統(tǒng)的集成技術(shù)；微細加工新工藝探索等。
3、微型機械組裝和封裝技術(shù)
主要指沾接材料的粘接、硅玻璃靜電封接、硅硅鍵合技術(shù)和自對準組裝技術(shù)，具有三維可動部件的封裝技術(shù)、真空封裝技術(shù)等新封裝技術(shù)的探索。
4、微系統(tǒng)的表征和測試技術(shù)
主要有結(jié)構(gòu)材料特性測試技術(shù)，微小力學(xué)、電學(xué)等物理量的測量技術(shù)，微型器件和微型系統(tǒng)性能的表征和測試技術(shù)，微型系統(tǒng)動態(tài)特性測試技術(shù)，微型器件和微型系統(tǒng)可靠性的測量與評價技術(shù)。
--微型機械加工技術(shù)的發(fā)展趨勢
微型機械加工技術(shù)的發(fā)展剛剛經(jīng)歷了十幾年，在加工技術(shù)不斷發(fā)展的同時發(fā)展了一批微小器件和系統(tǒng)，顯示了巨大生命力。作為大批量生產(chǎn)的微型機械產(chǎn)品，將以其價格低廉和優(yōu)良性能贏得市場，在生物工程、化學(xué)、微分析、光學(xué)、國防、航天、工業(yè)控制、醫(yī)療、通訊及信息處理、農(nóng)業(yè)和家庭服務(wù)等領(lǐng)域有著潛在的巨大應(yīng)用前景。當前，作為大批量生產(chǎn)的微型機械產(chǎn)品如微型壓力傳感器、微細加速度計和噴墨打印頭已經(jīng)占領(lǐng)了巨大市場。目前市場上以流體調(diào)節(jié)與控制的微機電系統(tǒng)為主，其次為壓力傳感器和慣性傳感器。1995年全球微型機械的銷售額為15億美元，有人預(yù)計到2002年，相關(guān)產(chǎn)品值將達到400億美元。顯然微型機械及其加工技術(shù)有著巨大的市場和經(jīng)濟效益。
微型機械是一門交叉科學(xué)，和它相關(guān)的每一技術(shù)的發(fā)展都會促使微型機械的發(fā)展。隨著微電子學(xué)、材料學(xué)、信息學(xué)等的不斷發(fā)展，微型機械具備了更好的發(fā)展基礎(chǔ)。由于其巨大的應(yīng)用前景和經(jīng)濟效益以及政府、企業(yè)的重視，微型機械發(fā)展必將有更大的飛躍。新原理、新功能、新結(jié)構(gòu)體系的微傳感器、微執(zhí)行器和系統(tǒng)將不斷出現(xiàn)，并可嵌入大的機械設(shè)備，提高自動化和智能水平。
微型機械加工技術(shù)作為微型機械的最關(guān)鍵技術(shù)，也必將有一個大的發(fā)展。硅加工、LIGA加工和準LIGA加工正向著更復(fù)雜、更高深度適合各種要求的材料特性和表面特性的微結(jié)構(gòu)以及制作不同材料特別是功能材料微結(jié)構(gòu)、更易于與電路集成的方向發(fā)展，多種加工技術(shù)結(jié)合也是其重要方向。微型機械在設(shè)計方面正向著進行結(jié)構(gòu)和工藝設(shè)計的同時實現(xiàn)器件和系統(tǒng)的特性分析和評價的設(shè)計系統(tǒng)的實現(xiàn)方向發(fā)展，引入虛擬現(xiàn)實技術(shù)。
我國在微型加工技術(shù)發(fā)展的優(yōu)先發(fā)展領(lǐng)域是生物學(xué)、環(huán)境監(jiān)控、航空航天、工業(yè)與國防等領(lǐng)域，建設(shè)好幾個有世界先進水平的微型機械研究開發(fā)基地，同時亦重視微觀尺度上的新物理現(xiàn)象和新效應(yīng)的研究，加速我國微型機械的研究與開發(fā)，迎接二十一世紀技術(shù)與產(chǎn)業(yè)革命的挑戰(zhàn)。
--微型機械加工的關(guān)鍵技術(shù)
微型機械是一個新興的、多學(xué)科交叉的高科技領(lǐng)域，面臨許多課題，涉及許多關(guān)鍵技術(shù)。
當一個系統(tǒng)的特征尺寸達到微米級和納米級時，將會產(chǎn)生許多新的科學(xué)問題。例如隨著尺寸的減少，表面積與體積之比增加，表面力學(xué)、表面物理效應(yīng)將起主導(dǎo)作用，傳統(tǒng)的設(shè)計和分析方法將不再適用。為摩擦學(xué)、微熱力這等問題在微系統(tǒng)中將至關(guān)重要。微系統(tǒng)尺度效應(yīng)研究將有助于微系統(tǒng)的創(chuàng)新。
微型機械不是傳統(tǒng)機械直接微型化，它遠超出了傳統(tǒng)機械的概念和范疇。微型機械在尺度效應(yīng)、結(jié)構(gòu)、材料、制造方法和工作原理等方面，都與傳統(tǒng)機械截然不同。微系統(tǒng)的尺度效應(yīng)、物理特性研究、設(shè)計、制造和測試研究是微系統(tǒng)領(lǐng)域的重要研究內(nèi)容。
在微系統(tǒng)的研究工作方面，一些國內(nèi)外研究機構(gòu)已在微小型化尺寸效應(yīng)，微細加工工藝、微型機械材料和微型結(jié)構(gòu)件、微型傳感器、微型執(zhí)行器、微型機構(gòu)測量技術(shù)、微量流體控制和微系統(tǒng)集成控制以及應(yīng)用等方面取得不同程度的階段性成果。微型機械加工技術(shù)是微型機械發(fā)展的關(guān)鍵基礎(chǔ)技術(shù)，其中包括微型機械設(shè)計微細加工技術(shù)、微型機械組裝和封裝技術(shù)、為系統(tǒng)的表征和測量技術(shù)及微系統(tǒng)集成技術(shù)。
微型機械加工技術(shù)領(lǐng)域的前沿關(guān)鍵技術(shù)有：
1、微系統(tǒng)設(shè)計技術(shù)
主要是微結(jié)構(gòu)設(shè)計數(shù)據(jù)庫、有限元和邊界分析、CAD/CAM仿真和擬實技術(shù)、微系統(tǒng)建模等，微小型化的尺寸效應(yīng)和微小型理論基礎(chǔ)研究也是設(shè)計研究不可缺少的課題，如：力的尺寸效應(yīng)、微結(jié)構(gòu)表面效應(yīng)、微觀摩擦機理、熱傳導(dǎo)、誤差效應(yīng)和微構(gòu)件材料性能等。
2、微細加工技術(shù)
主要指高深度比多層微結(jié)構(gòu)的硅表面加工和體加工技術(shù)，利用X射線光刻、電鑄的LIGA和利用紫外線的準LIGA加工技術(shù)；微結(jié)構(gòu)特種精密加工技術(shù)包括微火花加工、能束加工、立體光刻成形加工；特殊材料特別是功能材料微結(jié)構(gòu)的加工技術(shù)；多種加工方法的結(jié)合；微系統(tǒng)的集成技術(shù)；微細加工新工藝探索等。
3、微型機械組裝和封裝技術(shù)
主要指沾接材料的粘接、硅玻璃靜電封接、硅硅鍵合技術(shù)和自對準組裝技術(shù)，具有三維可動部件的封裝技術(shù)、真空封裝技術(shù)等新封裝技術(shù)的探索。
4、微系統(tǒng)的表征和測試技術(shù)
主要有結(jié)構(gòu)材料特性測試技術(shù)，微小力學(xué)、電學(xué)等物理量的測量技術(shù)，微型器件和微型系統(tǒng)性能的表征和測試技術(shù)，微型系統(tǒng)動態(tài)特性測試技術(shù)，微型器件和微型系統(tǒng)可靠性的測量與評價技術(shù)。
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