基于快速成形的MEMS微制造技术

　　1　MEMS及微制造技术概述

　　微机电系统(MEMS)器件与系统将成为未来多个领域的核心,其作用与CPU为代表的集成电路构成当今电子系统的核心一样。鉴于MEMS技术的重要技术经济潜力和战略地位,引起了世界各国的高度重视。先进的MEMS加工技术体系及其核心设备是MEMS研究与产业化的基础和前提。自从MEMS诞生起,其加工工艺就得到了格外的关注。面向MEMS的微制造技术路线及其主要特点如下:

　　(1)以牺牲层技术为代表的硅表面微细加工该技术可以实现复杂的3维结构,但工艺复杂,难以控制,工艺质量稳定性差,微构件厚度受到限制。

　　(2)以腐蚀技术为主体的体硅加工技术硅的腐蚀包括湿法腐蚀和干法腐蚀,湿法腐蚀包括各向同性腐蚀与各向异性腐蚀。干法腐蚀的方法很多,常用反应离子刻蚀。腐蚀技术工艺稳定性较差,制造的微结构形状方面也受到一定的限制。

　　(3)以LIGA和准LIGA技术为代表的快速成形技术　LIGA和准LIGA技术最大的特点是可制出高宽比很大的微构件,但缺点同样突出,成本高。

　　(4)超精密机械加工　该技术在平面加工与简单回转面加工方面有一定优势,但在3维复杂曲面加工方面有一定局限性,并且难以与IC工艺兼容。

　　其中,与IC工艺兼容的前两种硅基技术路线发展最为迅速,但后两种技术也有其自身优势。以上技术相互补充,构成当前微制造工艺的特点。综观以上几种微制造工艺,在MEMS产业化方面体现如下的局限性:①制造周期长,制造成本高,难以批量生产;②难以实现自动化;③通用性不强;④复杂3维(自由曲面)构件制造难度大。由此可以看出,如何解决MEMS高效、可靠　　的大批量生产技术工艺及其设备是MEMS能否得到广泛应用的关键之一。

　　2　基于快速成形的MEMS微制造技术

　　基于上述背景,国内外学者将快速成形这一先进制造技术应用于MEMS器件与系统的制造。

　　2.1　基于快速成形技术的MEMS制造系统原理

　　图1为浙江大学微系统研究与开发中心拟开发的基于快速成形的计算机辅助MEMS设计与制造系统原理。该系统工作原理为输入MEMS产品的CAD文件,由CAD/CAM系统经切片处理生成相应的CNC代码,驱动X-Y两轴高精度工作平台连续均匀运动。同时,激光器在计算机控制下发生激光光束,光束经声光调制器从而稳定光强,再经光束整形使出射光均匀分布,再由聚焦检测与控制系统使其焦平面落在相应的切片层的中心平面,依靠X-Y轴联动完成该层面的加工,完成后在Z轴的驱动下进行下一层面的加工,直至完成整个产品的加工。其它的基于快速成形的微细加工系统基本上与上述系统类似,但在光路系统设计及工作平台方面有所区别。