微细加工技术研究进展

　　1 前 言

　　随着微机电系统(MEMS)的快速发展，微细加工技术作为实现 MEMS技术的关键也开始引起世界发达国家的材料科学工作者和工业界的极大关注。微细加工技术是MEMS技术的核心技术，是 MEMS技术的关键和基础，也是 MEMS技术研究中最活跃的领域。

　　微细加工起源于半导体制造工艺，是指加工尺度在微米级的加工方式，在微机械研究领域中，它是微米级，亚微米级乃至纳米级微细加工的通称。微细加工方式十分丰富，目前常用的微机械器件加工技术主要有三种：以日本为代表的精密机械加工手段 (微机械：Micro-Machine);以德国为代表的 LIGA技术(微系统：Micro-System);以美国为代表的硅微加工技术(微机电系统：Micro- Electro- Mechanical Systems)。随着现代科学技术的迅速发展，新的高科技微细加工方法层出不穷，如聚焦离子束(FIB)微细加工技术、微/纳压印加工技术等，本文主要就微细加工技术的研究进展进行介绍与讨论。

　　2 基于超精密加工的微细加工技术

　　2.1 微细车削加工

　　车削加工是加工回转类器件的有效方法之一，加工微型零件时要求有合理的微型化车床、状态监测系统、高速高回转精度主轴、高分辨率的伺服进给系统及刀刃足够小、硬度足够高的车刀。日本金泽大学研制出一套微细车削加工系统[4]，主要由微细车床、控制元件、光学显微系统和监视系统等组成，针对较小加工器件，可采用光学显微系统来观察其切削过程与状态。

　　2.2 微细磨削加工

　　磨削加工主要是将砂轮和砂带表面上的磨粒近似看成微刃，整个砂轮可看成铣刀。磨削加工微器件时需注意以下问题：磨粒在高速、高压和高温作用下会变钝，且切削能力下降;磨粒可能脱落，砂轮失去外形精度;选用磨粒材料时要求耐高温高压，常用的磨粒材料有人造金刚石。Weck 等[2]采用金刚石作为磨具加工微结构，如图 1所示。

　　2.3 微细钻削加工

　　微细钻削加工一般用于加工直径小于 0.5mm 的小孔，且已成为微细孔加工的最重要方法，微细钻削加工的关键技术在于微细钻头的研制，要想得到细钻头，须借助于某些特种加工方法，如聚集离子束溅射技术[5]。

　　2.4 微细铣削加工

　　微细铣削加工可以满足各种形状三维微结构器件的加工需求，工作效率高，且对 MEMS的实用化开发具有一定的价值。日本 FANUC公司与电气通信大学合作研制出车床型超精密铣床[6]，首次用切削方法实现了自由曲面的微细加工。另外，微细铣削加工还可以使用切削刀具对各种材料进行微细加工，采用 CAD/CAM技术实现三维数控加工，工作效率与相对精度都较高。