¿Cuáles son los procesos de fabricación de las micromáquinas?
En la tecnología de fabricación mecánica actual, la tecnología de fabricación de micromecanizado es un sistema de producción de muy alta precisión, y su precisión de producción puede alcanzar el nivel de micras.
Esta tecnología se separó por primera vez de la tecnología de producción de circuitos basados en silicio. La aplicación de esta tecnología juega un papel vital en el desarrollo de la fabricación de determinadas industrias.
A continuación se ofrece una discusión completa y detallada sobre los procesos y aplicaciones de fabricación del micromecanizado.
1. Proceso y aplicación de fabricación micromecánica
1. Tecnología de grabado micromecánico
En el uso de la tecnología de producción micromecánica en la producción de circuitos integrados, la correspondiente tecnología de procesamiento. En realidad, solo es necesario considerar la superficie de la oblea de silicio con una profundidad de aproximadamente 10 micrones. Sin embargo, en el proceso de procesamiento de componentes estructurales micromecánicos, es necesario penetrar completamente todo el espesor de la oblea de silicio para el procesamiento tridimensional. .
Asimismo, dependiendo de los grabadores utilizados, los métodos de grabado utilizados también se dividen en grabado húmedo y grabado seco.
En el proceso de grabado en seco, se adopta principalmente el grabado isotrópico. Si es necesario, también se puede utilizar el grabado anisotrópico; mientras que el grabado en húmedo es en realidad el uso de grabadores. Cuando es líquido, se llama húmedo. aguafuerte.
Durante el proceso de realización del trabajo de grabado anisotrópico, debido a la compleja estructura atómica del silicio monocristalino, las velocidades de grabado exhibidas por las caras del cristal son muy diferentes, y para las caras del cristal, cuando el sustrato de silicio adopta varios medidas de corrosión anisotrópica, el grabado se detendrá directamente a lo largo del plano del cristal y se formará un ángulo de 54,75° entre los planos.
Después de utilizar la relación entre este tipo de velocidad de grabado y el plano cristalográfico, el sustrato de silicio se puede procesar en una variedad de estructuras diferentes.
2. Proceso de fabricación de micromecanizado de superficies de silicio
El proceso de fabricación de micromecanizado de superficies de silicio es una tecnología de procesamiento en la que los dispositivos micromecánicos se fabrican completamente en la superficie de la oblea sin penetrar la superficie de la oblea.
En términos generales, las estructuras micromecánicas suelen estar hechas de capas de materiales de película delgada. Los materiales de capa de película delgada comúnmente utilizados incluyen: polisilicio, nitruro de silicio, óxido de silicio, vidrio de fosfosilicato (PSG) y vidrio de borosilicato (BPSG). y metales.
Para crear microestructuras complejas, esta fina capa de película se deposita sobre una oblea de silicio mediante métodos PVD o CVD, y se utilizan fotolitografía y procesos de grabado químico o físico para fabricar la estructura.
Aquí la capa sacrificial juega un papel muy importante.
La función de la capa de sacrificio es separar la capa estructural del sustrato durante el procesamiento continuo para formar la capa estructural.
El espesor de la capa de sacrificio es generalmente de 1 a 2 μm, pero también puede ser más grueso.
Después de la deposición, la capa de sacrificio se graba hasta darle la forma deseada.
Utilizando la tecnología de fabricación por micromecanizado de superficies, se pueden fabricar estructuras suspendidas como microvigas en voladizo, voladizos, micropuentes y microcavidades.
Proceso 3.LIGA
El proceso LIGA en sí es una tecnología micromecánica que utiliza rayos X para procesar microestructuras tridimensionales. Esta tecnología en realidad incluye tres pasos principales del proceso: X. -Fotograbado por radiación sincrotrón de profundidad de rayos, electroformado y moldeo por inyección.
La tecnología LIGA en sí es en realidad una referencia a la tecnología de fotolitografía involucrada en el proceso IC plano. Sin embargo, en comparación, la profundidad y el ancho presentados por la tecnología LIGA en el proceso de procesamiento de materiales son mucho mayores. Parámetros de la tecnología de litografía submicrónica en la tecnología de producción de circuitos integrados estándar.
Al mismo tiempo, el espesor que se puede procesar también es superior al estándar típico de 2 μm para procesos planos. Además, el proceso LIGA también puede realizar eficazmente trabajos de micromecanizado tridimensional; Materiales que no son de silicona y se pueden utilizar. Los materiales también son más extensos.
La aplicación de la tecnología LIGA en sistemas de micromecanizado ha promovido eficazmente la rápida promoción y desarrollo de la propia tecnología MEMS en la industria de producción.
4. Tecnología cuasi-LIGA
En el uso real de la tecnología LIGA, los requisitos de costos son relativamente altos y la tecnología del proceso también es extremadamente compleja.
Para evitar al máximo el elevado coste que supone el uso de radiación sincrotrón, se puede utilizar luz ultravioleta aproximada como fuente de luz alternativa.
Se trata de un proceso micromecánico similar a la tecnología LIGA, llamado tecnología LIGA, que también puede mostrar el procesamiento de microestructuras tridimensionales con una gran profundidad y ancho.
La aplicación específica de la tecnología de procesamiento es la siguiente:
l) Sobre el sustrato de silicio, mediante pulverización catódica, se puede formar en la superficie una capa de carburo de tungsteno con un espesor de aproximadamente 230 nm. . película.
La razón principal para usar este material es que el carburo de tungsteno exhibe una excelente adhesión y también puede usarse como capa barrera con efecto aislante durante el proceso de fotolitografía.
Después del tratamiento de limpieza correspondiente, se puede recubrir nuevamente una capa de oro con un espesor de aproximadamente 200 nm. Esta capa de material se utiliza principalmente como capa previa al recubrimiento.
2) A continuación, utilice el método de recubrimiento por rotación varias veces para obtener una capa de resistencia positiva de aproximadamente 30 μm.
3) La máscara y la capa protectora están en estrecho contacto entre sí para la exposición y se puede obtener un perfil pronunciado.
4) La fuente de luz generalmente utiliza una lámpara de mercurio de alta presión.
Tras la exposición se revela en revelador alcalino, se lava con agua y se seca brevemente para obtener una microestructura con una relación de aspecto superior a 7.
5) La galvanoplastia de la microestructura después de la fotolitografía puede obtener una microestructura metálica tridimensional. Se puede utilizar grabado húmedo o grabado con iones reactivos para eliminar el oro prechapado y el titanio de tungsteno.
5. Proceso de fabricación tradicional
l) Proceso de fabricación de maquinaria de ultraprecisión
La fabricación de maquinaria de ultraprecisión utiliza herramientas que son más duras que la pieza de trabajo para procesar la pieza. Material de la pieza de trabajo.
Las herramientas utilizadas actualmente incluyen herramientas de torneado, taladros, fresas, etc. Por ejemplo, la tecnología de microcorte con herramientas de diamante puede procesar un eje con un diámetro de Φ25μm y el valor de rugosidad de la superficie es muy bajo; un microtaladro puede procesar un eje con un diámetro de orificio de Φ2,5 μm; el uso de un procesamiento abrasivo fino puede mejorar la precisión del procesamiento y la calidad de la superficie de la pieza de trabajo, la unidad de procesamiento puede alcanzar 0,01 μm y la rugosidad de la superficie Rao0,005 μm.
Las agujas de inyección con un diámetro exterior de Φ0,1 mm y las microboquillas con un diámetro de Φ0,6 mm se pueden procesar mediante rectificado por descarga de alambre.
2) Tecnología de procesamiento especial
(l) Procesamiento con rayo láser.
El generador láser enfoca aún más el láser de alta densidad de energía sobre la superficie de la pieza de trabajo.
La energía luminosa es absorbida y convertida instantáneamente en energía térmica.
Dependiendo de la densidad de energía, se pueden lograr pequeños orificios, microagujeros, corte de precisión, procesamiento de finas marcas antifalsificación, ajuste láser, equilibrio dinámico, mecanografía, soldadura y tratamiento térmico de superficies.
(2) Utilice un microscopio de túnel para el micromecanizado.
Este método de procesamiento utiliza tecnología de microscopía de efecto túnel para el procesamiento a nivel molecular, y su principio se basa en el efecto túnel de la mecánica cuántica.
Usar una sonda de metal con una punta extremadamente fina (con un diámetro de nanoescala) como electrodo y usar un mecanismo de microdesplazamiento como la cerámica piezoeléctrica para controlar la punta y la superficie de la pieza de trabajo para mantener una distancia. de 1 a 10 μm en el vacío Cuando se aplica un voltaje más bajo entre la aguja y la pieza de trabajo, existe una barrera aislante entre la punta de la aguja y la superficie microscópica de la pieza de trabajo debido a la fluctuación de las partículas y la distorsión de la pieza de trabajo. campo eléctrico en mecánica cuántica, se generará un "túnel" de penetración de campo cercano. Al usar corriente y hacer que la sonda realice un escaneo de microdesplazamiento en relación con la superficie de la muestra de la pieza de trabajo, el estado de disposición de los átomos o moléculas individuales en la superficie. Se puede observar la superficie del material y el comportamiento de los electrones en la superficie, y se puede obtener información sobre la disposición de los átomos individuales en la superficie.
(3) Microerosión.
Micro-EDM utiliza altas temperaturas instantáneas y localizadas generadas por descargas de chispas pulsadas entre el electrodo de la herramienta y la pieza de trabajo en un fluido de trabajo aislante para fundir y vaporizar el metal. No hay contacto macroscópico entre la herramienta y el metal. pieza de trabajo durante el proceso de mecanizado con una alta fuerza de corte, siempre que la energía de descarga de un solo pulso diminuto se controle y se combine con una microalimentación de precisión, se puede lograr un procesamiento de eliminación de material metálico extremadamente fino y ejes finos, orificios, hendiduras estrechas, planos, Se pueden procesar superficies curvas espaciales, etc.
2. Conclusión
En resumen, después de décadas de desarrollo, la tecnología de micromecanizado se ha expandido desde el procesamiento tridimensional único anterior a la dirección de la integración de sistemas. a la investigación práctica.
Los vínculos clave involucrados en la futura investigación sobre el valor de la tecnología de producción de micromaquinaria son la ingeniería tridimensional de micromecanismos, la integración micromecánica, la tecnología de embalaje micromecánico, etc.
En resumen, la aplicación de la tecnología micromecánica ha desempeñado un papel vital en la promoción del desarrollo de la industria de alta tecnología de mi país.
Referencias
[1] Wang Bin, Chang Qiuying, Qi Ye. Efecto del texturizado de la superficie con láser sobre las características de fricción seca del acero 45~# Lubricación y sellado. (12)
[2] Yuan Yikun, Zhao Zenghui, Wang Yuping, Guo Qinxian. Estado de desarrollo y aplicación de la tecnología de fabricación de micromaquinaria [J]. p >[3] Zhang Shuai, Jia Yuqin. Estado de la investigación y nuevos avances de la tecnología MEMS [J].