一溅逃、概念
微型機(jī)械加工或稱微型機(jī)電系統(tǒng)或微型系統(tǒng)是只可以批量制作的、集微型機(jī)構(gòu)共耍、微型傳感器版仔、微型執(zhí)行器以及信號處理和控制電路游盲、甚至外圍接口、通訊電路和電源等于一體的微型器件或系統(tǒng)蛮粮。其主要特點(diǎn)有:體積幸娑小(特征尺寸范圍為:1μm-10mm)、重量輕然想、耗能低莺奔、性能穩(wěn)定;有利于大批量生產(chǎn)变泄,降低生產(chǎn)成本令哟;慣性小、諧振頻率高怔哮、響應(yīng)時間短瓜收;集約高技術(shù)成果,附加值高鸡蒲。微型機(jī)械的目的不僅僅在于縮小尺寸和體積箭雪,其目標(biāo)更在于通過微型化、集成化束咙、來搜索新原理濒秸、新功能的元件和系統(tǒng),開辟一個新技術(shù)領(lǐng)域览止,形成批量化產(chǎn)業(yè)邢垮。
微型機(jī)械加工技術(shù)是指制作為機(jī)械裝置的微細(xì)加工技術(shù)。微細(xì)加工的出現(xiàn)和發(fā)展早是與大規(guī)模集成電路密切相關(guān)的校增,集成電路要求在微小面積的半導(dǎo)體上能容納更多的電子元件黔攀,以形成功能復(fù)雜而完善的電路。電路微細(xì)圖案中的最小線條寬度是提高集成電路集成度的關(guān)鍵技術(shù)標(biāo)志呛疫,微細(xì)加工對微電子工業(yè)而言就是一種加工尺度從微米到納米量級的制造微小尺寸元器件或薄模圖形的先進(jìn)制造技術(shù)鲫肿。目前微型加工技術(shù)主要有基于從半導(dǎo)體集成電路微細(xì)加工工藝中發(fā)展起來的硅平面加工和體加工工藝,上世紀(jì)八十年代中期以后在LIGA加工(微型鑄模電鍍工藝)甫恩、準(zhǔn)LIGA加工逆济,超微細(xì)加工、微細(xì)電火花加工(EDM)磺箕、等離子束加工奖慌、電子束加工、快速原型制造(RPM)以及鍵合技術(shù)等微細(xì)加工工藝方面取得相當(dāng)大的進(jìn)展松靡。
微型機(jī)械系統(tǒng)可以完成大型機(jī)電系統(tǒng)所不能完成的任務(wù)简僧。微型機(jī)械與電子技術(shù)緊密結(jié)合,將使種類繁多的微型器件問世雕欺,這些微器件采用大批量集成制造岛马,價格低廉,將廣泛地應(yīng)用于人類生活眾多領(lǐng)域屠列±材妫可以預(yù)料,在本世紀(jì)內(nèi)笛洛,微型機(jī)械將逐步從實(shí)驗室走向適用化夏志,對工農(nóng)業(yè)、信息政庆、環(huán)境兰吁、生物醫(yī)療、空間仲工、國防等領(lǐng)域的發(fā)展將產(chǎn)生重大影響肘抒。微細(xì)機(jī)械加工技術(shù)是微型機(jī)械技術(shù)領(lǐng)域的一個非常重要而又非常活躍的技術(shù)領(lǐng)域渊唁,其發(fā)展不僅可帶動許多相關(guān)學(xué)科的發(fā)展垄获,更是與國家科技發(fā)展、經(jīng)濟(jì)和國防建設(shè)息息相關(guān)仆玖。微型機(jī)械加工技術(shù)的發(fā)展有著巨大的產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用前景彻虾。
二、國外發(fā)展現(xiàn)狀
1959年歪低,Richard P Feynman(1965年諾貝爾物理獎獲得者)就提出了微型機(jī)械的設(shè)想溅宅。1962年第一個硅微型壓力傳感器問世,氣候開發(fā)出尺寸為50~500μm的齒輪盔曼、齒輪泵搪书、氣動渦輪及聯(lián)接件等微機(jī)械。1965年吴侦,斯坦福大學(xué)研制出硅腦電極探針屋休,后來又在掃描隧道顯微鏡坞古、微型傳感器方面取得成功。1987年美國加州大學(xué)伯克利分校研制出轉(zhuǎn)子直徑為60~12μm的利用硅微型靜電機(jī)劫樟,顯示出利用硅微加工工藝制造小可動結(jié)構(gòu)并與集成電路兼容以制造微小系統(tǒng)的潛力痪枫。
微型機(jī)械在國外已受到政府部門、企業(yè)界叠艳、高等學(xué)校與研究機(jī)構(gòu)的高度重視奶陈。美國MIT、Berkeley附较、Stanford\AT&T 和的15名科學(xué)家在上世紀(jì)八十年代末提出"小機(jī)器吃粒、大機(jī)遇:關(guān)于新興領(lǐng)域--微動力學(xué)的報告"的國家建議書,聲稱"由于微動力學(xué)(微系統(tǒng))在美國的緊迫性拒课,應(yīng)在這樣一個新的重要技術(shù)領(lǐng)域與其他國家的競爭中走在前面"徐勃,建議中央財政預(yù)支費(fèi)用為五年5000萬美元,得到美國領(lǐng)導(dǎo)機(jī)構(gòu)重視早像,連續(xù)大力投資尤吟,并把航空航天、信息和MEMS作為科技發(fā)展的三大重點(diǎn)刷寨。美國宇航局投資1億美元著手研制"發(fā)現(xiàn)號微型衛(wèi)星"翁骗,美國國家科學(xué)基金會把MEMS作為一個新崛起的研究領(lǐng)域制定了資助微型電子機(jī)械系統(tǒng)的研究的計劃,從1998年開始铭懂,資助MIT引笛,加州大學(xué)等8所大學(xué)和貝爾實(shí)驗室從事這一領(lǐng)域的研究與開發(fā),年資助額從 100萬肉诚、200萬加到1993年的500萬美元决毕。1994年發(fā)布的《美國國防部技術(shù)計劃》報告,把MEMS列為關(guān)鍵技術(shù)項目痊撤。美國國防部高級研究計劃局積極領(lǐng)導(dǎo)和支持MEMS的研究和軍事應(yīng)用留满,現(xiàn)已建成一條MEMS標(biāo)準(zhǔn)工藝線以促進(jìn)新型元件/裝置的研究與開發(fā)。美國工業(yè)主要致力于傳感器榔夹、位移傳感器喻谭、應(yīng)變儀和加速度表等傳感器有關(guān)領(lǐng)域的研究。很多機(jī)構(gòu)參加了微型機(jī)械系統(tǒng)的研究答渔,如康奈爾大學(xué)关带、斯坦福大學(xué)、加州大學(xué)伯克利分校沼撕、密執(zhí)安大學(xué)宋雏、威斯康星大學(xué)、老倫茲得莫爾國家研究等务豺。加州大學(xué)伯克利傳感器和執(zhí)行器中心(BSAC)得到國防部和十幾家公司資助1500萬元后磨总,建立了1115m2研究開發(fā)MEMS 的超凈實(shí)驗室嗦明。
日本通產(chǎn)省1991年開始啟動一項為期10年、耗資250億日元的微型大型研究計劃蚪燕,研制兩臺樣機(jī)招狸,一臺用于醫(yī)療、進(jìn)入人體進(jìn)行診斷和微型手術(shù)邻薯,另一臺用于工業(yè),對飛機(jī)發(fā)動機(jī)和原子能設(shè)備的微小裂紋實(shí)施維修乘凸。該計劃有筑波大學(xué)厕诡、東京工業(yè)大學(xué)、東北大學(xué)营勤、早稻田大學(xué)和富士通研究所等幾十家單位參加倘封。
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