微型机械及其制作工艺
在当前的机械制造技术中，微机械制造工艺属于精度极高的生产体系，其生产精度能够达到微米级别。
该技术最早就是从硅基电路生产技术所中所脱离出来的，该技术的应用对于某些行业的制造发展来说，起到了至关重要的作用。
下文主要针对微机械制造工艺以及应用进行了全面详细的探讨。
一、微机械制造工艺及应用
1.微机械蚀刻技术
微机械生产技术在集成电路生产的使用过程中，相应的加工工艺实际上只需要对于深度在10微米左右的硅片表面加以考虑，但是在对于微机械结构元件进行加工的过程中，必须要完全穿越整个硅片的厚度进行三维式的加工。
同时，依据所使用的蚀刻剂不同，所使用的蚀刻方式也分为湿法蚀刻、干法蚀刻。
在干法蚀刻的过程中，主要是采取各向同性的蚀刻方式，在有需要的情况下，也可以各向异性蚀刻;而湿法蚀刻，实际上就是在蚀刻剂为液体的情况下称之为湿法蚀刻。
在执行各向异性蚀刻工作的过程中，由于单晶硅的原子结构的复杂原因，导致晶面所呈现出的腐蚀速率有着较大的差异性，而在对于晶面的硅衬底采取各项异性腐蚀措施时，会直接沿着晶面停蚀，而面与面之间将会形成一个54.75°的夹角。
而在对于这类型的蚀刻速度以及结晶面所存在的关系加以利用之后，能够促使硅衬底得以加工出多种不同形式的结构。
2.硅表面微机械制造工艺
硅表面微机械制造工艺是微机械器件完全制作在晶片表面而不穿透晶片表面的一种加工技术。
一般来讲，微机械结构常用薄膜材料层来制作，常用的薄膜层材料有：多晶硅、氮化硅、氧化硅、磷硅酸盐玻璃(PSG)、硼硅酸玻璃(BPSG)和金属。
为了制造复杂的微结构，这种薄膜层采用PVD或CVD方法在硅片上沉积，并利用光刻工艺和化学或物理腐蚀工艺来进行结构制造。
在这里，牺牲层起了非常重要的作用。
牺牲层的作用就是在连续加工形成结构层的过程中使结构层与衬底隔开。
牺牲层厚度一般为1一2μm，但也可以更厚些。
沉积后，牺牲层被腐蚀成所需形状。
利用表面微机械制造工艺，可以制造悬式结构，如微型悬臂梁、悬臂、微型桥和微型腔等。
3.LIGA工艺
LIGA工艺本身是属于一种通过X光射线进行三维微结构加工的微机械技术，在这一技术之中，实际上包含了X光深度同步辐射光蚀刻、电铸成型、注塑成型这三个主要的工艺步骤。
而LIGA技术本身实际上就是对于平面IC工艺中所涉及到光刻技术加以借鉴，但是相较而言，LIGA技术对于材料加工过程中所呈现出的深宽要远远大于标准IC生产技术中的薄膜亚微米光刻技术参数。
同时，所能够加工的厚度，也要高于平面工艺典型值2μm的标准;此外，LIGA工艺还可以有效的针对非硅材料执行三维微细加工工作，并且其中所能够使用的材料也更加的广泛。
LIGA技术在微机械加工体系中的应用，有效的推动了MEMS技术本身得以在生产行业中迅速的推广和发展。
4.准LIGA技术
LIGA技术在实际使用的过程中，所呈现出的成本需求较高，并且其中的工艺技术也极为复杂。
为了能够最大限度的避免使用同步辐射光所产生的昂贵成本，可以使用近似的紫外线作为代替性的光源。
而这也就是一种类似于LIGA技术的微机械工艺，被称作是LIGA技术，同样能够呈现出深宽比较大大三维微结构加工。
具体加工工艺应用如下：
l)在硅衬底位置上，通过溅射的方式，使得其表面能够形成一层厚度大约在230nm的钨化钦薄膜。
而使用该材料的主要原因是由于，钨化钦所呈现出的附着性极为优秀，并且还能够当做是光刻过程中起到隔离效果的阻挡层。
而在经过了相应的清洗处理之后，还可以再次镀上一层厚度大约在200nm左右的金，这一层材料主要作为预镀层使用。
2)接着，多次利用旋涂方法，得到约30μm的正性抗蚀层。
3)掩模与抗蚀层密切接触曝光，可得到陡峭的轮廓。
4)光源一般用高压汞灯。
曝光后在碱性显影液中显影，水洗并小合烘干，可得到深宽比大于7的微结构。
5)对光刻后的微结构进行电镀，可得到三维金属微结构，可用湿式蚀刻法或反应性离子蚀刻除去预镀层的金和钨化钦。
5.传统制造工艺
l)超精密机械制造工艺
超精密机械制造是用硬度高于工件的工具，对工件材料进行切削加工。
目前所用的工具有车刀、钻头、铣刀等，如采用钻石刀具微切削技术可加工直径Φ25μm的轴，表面粗糙度值很低;采用微钻头可以加工直径为Φ2.5μm的孔;采用微细磨料加工可提高加工精度和工件表面的质量，加工单位可达0.01μm，表面粗糙度Rao0.005μm。
采用金属丝放电磨削加工可加工出外径Φ0.1mm的注射针头和口径Φ0.6mm的微细喷嘴。
2)特种加工工艺
(l)激光束加工。
激光发生器将高能量密度的激光进一步聚焦后照射到工件表面。
光能被吸收瞬时转化为热能。
根据能量密度的高低，可以实现打小孔、微孔、精密切削、加工精微防伪标记、激光微调、动平衡、打字、焊接和表面热处理。
(2)用隧道显微镜进行微细加工。
该加工方法是将扫描隧道显微镜技术用于分子级加工，其原理是基于量子力学中的隧道效应。
采用尖端极细(直径为纳米级)的金属探针作为电极，在真空中用压电陶瓷等微位移机构控制针尖和工件表面保持1～10μm的距离，并在探针和工件间加上较低的电压，则在针尖和工件微观表面间，本来是绝缘的势垒，由于量子力学中粒子的波动和电场的畸变，就会产生近场穿透的“隧道”电流，同时使探针相对于工件样品表面作微位移扫描，就可以观察物质表面单个原子或分子的排列状态和电子在表面的行为，获得单个原子在表面排列的信息。
(3)微细电火花加工。
微细电火花加工是在绝缘的工作液中通过工具电极和工件间脉冲火花放电产生的瞬时、局部高温来溶化和汽化蚀除金属，加工过程中工具与工件间没有宏观的切削力，只要控制精微的单个脉冲放电能量，配合精密微量进给就可以实现极微细的金属材料的去除加工，可加工微细的轴、孔、窄缝、平面、空间曲面等。
二、结语
综上所述，在经过了数十年的发展之后，微机械技术已经从以往单一的三维加工拓展，朝着系统集成的方向发展，从基础性的探索，开始进行实用化的研究。
而在未来的微机械生产技术价值研究上所涉及到的重点环节，就在于微机构三维立体敬爱工、微机械集成、微机械封装技术等。
总之，微机械技术的应用，对于我国高新技术产业的发展来说，起到了至关重要的推动作用。
参考文献
[1]王斌，常秋英，齐烨.激光表面织构化对45～#钢干摩擦特性的影响[J].润滑与密封.2013(12)
[2]袁义坤，赵增辉，王育平，郭钦贤.微机械制造技术发展及其应用现状[J].煤矿机械.2006(09)
[3]张帅，贾育秦.MEMS技术的研究现状和新进展[J].现代制造工程.2005(09)
微型机械的制作工艺有哪些？
在当前的机械制造技术中，微机械制造工艺属于精度极高的生产体系，其生产精度能够达到微米级别。
该技术最早就是从硅基电路生产技术所中所脱离出来的，该技术的应用对于某些行业的制造发展来说，起到了至关重要的作用。
下文主要针对微机械制造工艺以及应用进行了全面详细的探讨。
一、微机械制造工艺及应用
1.微机械蚀刻技术
微机械生产技术在集成电路生产的使用过程中，相应的加工工艺实际上只需要对于深度在10微米左右的硅片表面加以考虑，但是在对于微机械结构元件进行加工的过程中，必须要完全穿越整个硅片的厚度进行三维式的加工。
同时，依据所使用的蚀刻剂不同，所使用的蚀刻方式也分为湿法蚀刻、干法蚀刻。
在干法蚀刻的过程中，主要是采取各向同性的蚀刻方式，在有需要的情况下，也可以各向异性蚀刻;而湿法蚀刻，实际上就是在蚀刻剂为液体的情况下称之为湿法蚀刻。
在执行各向异性蚀刻工作的过程中，由于单晶硅的原子结构的复杂原因，导致晶面所呈现出的腐蚀速率有着较大的差异性，而在对于晶面的硅衬底采取各项异性腐蚀措施时，会直接沿着晶面停蚀，而面与面之间将会形成一个54.75°的夹角。
而在对于这类型的蚀刻速度以及结晶面所存在的关系加以利用之后，能够促使硅衬底得以加工出多种不同形式的结构。
2.硅表面微机械制造工艺
硅表面微机械制造工艺是微机械器件完全制作在晶片表面而不穿透晶片表面的一种加工技术。
一般来讲，微机械结构常用薄膜材料层来制作，常用的薄膜层材料有：多晶硅、氮化硅、氧化硅、磷硅酸盐玻璃(PSG)、硼硅酸玻璃(BPSG)和金属。
为了制造复杂的微结构，这种薄膜层采用PVD或CVD方法在硅片上沉积，并利用光刻工艺和化学或物理腐蚀工艺来进行结构制造。
在这里，牺牲层起了非常重要的作用。
牺牲层的作用就是在连续加工形成结构层的过程中使结构层与衬底隔开。
牺牲层厚度一般为1一2μm，但也可以更厚些。
沉积后，牺牲层被腐蚀成所需形状。
利用表面微机械制造工艺，可以制造悬式结构，如微型悬臂梁、悬臂、微型桥和微型腔等。
3.LIGA工艺
LIGA工艺本身是属于一种通过X光射线进行三维微结构加工的微机械技术，在这一技术之中，实际上包含了X光深度同步辐射光蚀刻、电铸成型、注塑成型这三个主要的工艺步骤。
而LIGA技术本身实际上就是对于平面IC工艺中所涉及到光刻技术加以借鉴，但是相较而言，LIGA技术对于材料加工过程中所呈现出的深宽要远远大于标准IC生产技术中的薄膜亚微米光刻技术参数。
同时，所能够加工的厚度，也要高于平面工艺典型值2μm的标准;此外，LIGA工艺还可以有效的针对非硅材料执行三维微细加工工作，并且其中所能够使用的材料也更加的广泛。
LIGA技术在微机械加工体系中的应用，有效的推动了MEMS技术本身得以在生产行业中迅速的推广和发展。
4.准LIGA技术
LIGA技术在实际使用的过程中，所呈现出的成本需求较高，并且其中的工艺技术也极为复杂。
为了能够最大限度的避免使用同步辐射光所产生的昂贵成本，可以使用近似的紫外线作为代替性的光源。
而这也就是一种类似于LIGA技术的微机械工艺，被称作是LIGA技术，同样能够呈现出深宽比较大大三维微结构加工。
具体加工工艺应用如下：
l)在硅衬底位置上，通过溅射的方式，使得其表面能够形成一层厚度大约在230nm的钨化钦薄膜。
而使用该材料的主要原因是由于，钨化钦所呈现出的附着性极为优秀，并且还能够当做是光刻过程中起到隔离效果的阻挡层。
而在经过了相应的清洗处理之后，还可以再次镀上一层厚度大约在200nm左右的金，这一层材料主要作为预镀层使用。
2)接着，多次利用旋涂方法，得到约30μm的正性抗蚀层。
3)掩模与抗蚀层密切接触曝光，可得到陡峭的轮廓。
4)光源一般用高压汞灯。
曝光后在碱性显影液中显影，水洗并小合烘干，可得到深宽比大于7的微结构。
5)对光刻后的微结构进行电镀，可得到三维金属微结构，可用湿式蚀刻法或反应性离子蚀刻除去预镀层的金和钨化钦。
5.传统制造工艺
l)超精密机械制造工艺
超精密机械制造是用硬度高于工件的工具，对工件材料进行切削加工。
目前所用的工具有车刀、钻头、铣刀等，如采用钻石刀具微切削技术可加工直径Φ25μm的轴，表面粗糙度值很低;采用微钻头可以加工直径为Φ2.5μm的孔;采用微细磨料加工可提高加工精度和工件表面的质量，加工单位可达0.01μm，表面粗糙度Rao0.005μm。
采用金属丝放电磨削加工可加工出外径Φ0.1mm的注射针头和口径Φ0.6mm的微细喷嘴。
2)特种加工工艺
(l)激光束加工。
激光发生器将高能量密度的激光进一步聚焦后照射到工件表面。
光能被吸收瞬时转化为热能。
根据能量密度的高低，可以实现打小孔、微孔、精密切削、加工精微防伪标记、激光微调、动平衡、打字、焊接和表面热处理。
(2)用隧道显微镜进行微细加工。
该加工方法是将扫描隧道显微镜技术用于分子级加工，其原理是基于量子力学中的隧道效应。
采用尖端极细(直径为纳米级)的金属探针作为电极，在真空中用压电陶瓷等微位移机构控制针尖和工件表面保持1～10μm的距离，并在探针和工件间加上较低的电压，则在针尖和工件微观表面间，本来是绝缘的势垒，由于量子力学中粒子的波动和电场的畸变，就会产生近场穿透的“隧道”电流，同时使探针相对于工件样品表面作微位移扫描，就可以观察物质表面单个原子或分子的排列状态和电子在表面的行为，获得单个原子在表面排列的信息。
(3)微细电火花加工。
微细电火花加工是在绝缘的工作液中通过工具电极和工件间脉冲火花放电产生的瞬时、局部高温来溶化和汽化蚀除金属，加工过程中工具与工件间没有宏观的切削力，只要控制精微的单个脉冲放电能量，配合精密微量进给就可以实现极微细的金属材料的去除加工，可加工微细的轴、孔、窄缝、平面、空间曲面等。
二、结语
综上所述，在经过了数十年的发展之后，微机械技术已经从以往单一的三维加工拓展，朝着系统集成的方向发展，从基础性的探索，开始进行实用化的研究。
而在未来的微机械生产技术价值研究上所涉及到的重点环节，就在于微机构三维立体敬爱工、微机械集成、微机械封装技术等。
总之，微机械技术的应用，对于我国高新技术产业的发展来说，起到了至关重要的推动作用。
参考文献
[1]王斌，常秋英，齐烨.激光表面织构化对45～#钢干摩擦特性的影响[J].润滑与密封.2013(12)
[2]袁义坤，赵增辉，王育平，郭钦贤.微机械制造技术发展及其应用现状[J].煤矿机械.2006(09)
[3]张帅，贾育秦.MEMS技术的研究现状和新进展[J].现代制造工程.2005(09)
什么是机床
机床（英文名称：machine tool）是指制造机器的机器，亦称工作母机或工具机，习惯上简称机床。一般分为金属切削机床、锻压机床和木工机床等。现代机械制造中加工机械零件的方法很多：除切削加工外，还有铸造、锻造、焊接、冲压、挤压等，但凡属精度要求较高和表面粗糙度要求较细的零件，一般都需在机床上用切削的方法进行最终加工。机床在国民经济现代化的建设中起着重大作用。
美、德、日三国是当今世上在数控 机床科研、设计、制造和使用上，技术最先进、经验最多的国家。因其社会条件不同，各有特点。 1.美国的数控发展史 美国政府重视机床工业，美国国防部等部门因其军事方面的需求而不断提出机床的发展方向、科研任务,并且提供充足的经费，且网罗世界人才，特别讲究效率和创新，注重基础科研。因而在机床技术上不断创新，如1952年研制出世界第一台数控机床、1958年创制出加工中心、70年代初研制成FMS、1987年首创开放式数控系统等。由于美国首先结合汽车、轴承生产需求，充分发展了大量大批生产自动化所需的自动线，而且电子、计算机技术在世界上领先，因此其数控机床的主机设计、制造及数控系统基础扎实，且一贯重视科研和创新，故其高性能数控机床技术在世界也一直领先。当今美国生产宇航等使用的高性能数控机床，其存在的教训是，偏重于基础科研，忽视应用技术，且在上世纪80代政府一度放松了引导，致使数控机床产量增加缓慢，于1982年被后进的日本超过，并大量进口 。从90年代起，纠正过去偏向，数控机床技术上转向实用，产量又逐渐上升。 2.德国的数控发展史 德国政府一贯重视机床工业的重要战略地位，在多方面大力扶植。，于1956年研制出第一台数控机床后，德国特别注重科学试验，理论与实际相结合，基础科研与应用技术科研并重。企业与大学科研部门紧密合作，对数控机床的共性和特性问题进行深入的研究，在质量上精益求精。德国的数控机床质量及性能良好、先进实用、货真价实， 出口遍及世界。尤其是大型、重型、精密数控机床。德国特别重视数控机床主机及配套件之先进实用，其机、电、液、气、光、刀具、测量、数控系统、各种功能部件，在质量、性能上居世界前列。如西门子公司之数控系统，均为世界闻名，竞相采用。 3.日本的数控发展史 日本政府对机床工业之发展异常重视，通过规划、法规(如机振法、机电法、机信法等)引导发展。在重视人才及机床元部件配套上学习德国，在质量管理及数控机床技术上学习美国，甚至青出于蓝而胜于蓝。自1958年研制出第一台数控机床后，1978年产量(7,342台)超过美国(5,688台)，至今产量、出口量一直居世界首位(2001年产量46,604台，出口27,409台，占59%)。战略上先仿后创，先生产量大而广的中档数控机床，大量出口，占去世界广大市场。在上世纪80年****始进一步加强科研，向高性能数控机床发展。日本FANUC公司战略正确，仿创结合，针对性地发展市场所需各种低中高档数控系统，在技术上领先，在产量上居世界第一。
什么是机床?
机床（英文名称：machine tool）是指制造机器的机器，亦称工作母机或工具机，习惯上简称机床。一般分为金属切削机床、锻压机床和木工机床等。现代机械制造中加工机械零件的方法很多：除切削加工外，还有铸造、锻造、焊接、冲压、挤压等，但凡属精度要求较高和表面粗糙度要求较细的零件，一般都需在机床上用切削的方法进行最终加工。机床在国民经济现代化的建设中起着重大作用。
美、德、日三国是当今世上在数控 机床科研、设计、制造和使用上，技术最先进、经验最多的国家。因其社会条件不同，各有特点。 1.美国的数控发展史 美国政府重视机床工业，美国国防部等部门因其军事方面的需求而不断提出机床的发展方向、科研任务,并且提供充足的经费，且网罗世界人才，特别讲究效率和创新，注重基础科研。因而在机床技术上不断创新，如1952年研制出世界第一台数控机床、1958年创制出加工中心、70年代初研制成FMS、1987年首创开放式数控系统等。由于美国首先结合汽车、轴承生产需求，充分发展了大量大批生产自动化所需的自动线，而且电子、计算机技术在世界上领先，因此其数控机床的主机设计、制造及数控系统基础扎实，且一贯重视科研和创新，故其高性能数控机床技术在世界也一直领先。当今美国生产宇航等使用的高性能数控机床，其存在的教训是，偏重于基础科研，忽视应用技术，且在上世纪80代政府一度放松了引导，致使数控机床产量增加缓慢，于1982年被后进的日本超过，并大量进口 。从90年代起，纠正过去偏向，数控机床技术上转向实用，产量又逐渐上升。 2.德国的数控发展史 德国政府一贯重视机床工业的重要战略地位，在多方面大力扶植。，于1956年研制出第一台数控机床后，德国特别注重科学试验，理论与实际相结合，基础科研与应用技术科研并重。企业与大学科研部门紧密合作，对数控机床的共性和特性问题进行深入的研究，在质量上精益求精。德国的数控机床质量及性能良好、先进实用、货真价实， 出口遍及世界。尤其是大型、重型、精密数控机床。德国特别重视数控机床主机及配套件之先进实用，其机、电、液、气、光、刀具、测量、数控系统、各种功能部件，在质量、性能上居世界前列。如西门子公司之数控系统，均为世界闻名，竞相采用。 3.日本的数控发展史 日本政府对机床工业之发展异常重视，通过规划、法规(如机振法、机电法、机信法等)引导发展。在重视人才及机床元部件配套上学习德国，在质量管理及数控机床技术上学习美国，甚至青出于蓝而胜于蓝。自1958年研制出第一台数控机床后，1978年产量(7,342台)超过美国(5,688台)，至今产量、出口量一直居世界首位(2001年产量46,604台，出口27,409台，占59%)。战略上先仿后创，先生产量大而广的中档数控机床，大量出口，占去世界广大市场。在上世纪80年****始进一步加强科研，向高性能数控机床发展。日本FANUC公司战略正确，仿创结合，针对性地发展市场所需各种低中高档数控系统，在技术上领先，在产量上居世界第一。
