微机械加工技术在微传感器中的应用分析

裘敏浩

（贵州电子信息职业技术学院，贵州 凯里 556000）

微机械加工技术在微传感器中的应用分析

裘敏浩

（贵州电子信息职业技术学院，贵州 凯里 556000）

随着科学技术的不断发展，微传感器因其微型化、智能化、低能耗和易集成的特点得到了广泛应用。微机械加工技术在微传感器的的制造工艺中得到了越来越多的应用。本文主要阐述了微机械加工技术在微传感器中的应用。

为机械加工技术；微传感器；应用

微机械加工又称为微机电系统，是指可以批量制作的、集微型机构、微型传感器、微型执行器以及信号灯处理和控制电路、甚至外围接口、通讯电路和电源等于一体的微型器件或者系统。它的主要特点是体积小、重量轻、耗能低、准确度高并且能够批量生产，从而降低成本。传感器是可以将在桥梁上所受到力转换成可以解读的电信号，构成将现实中的集中力与电子设备之间的联系，从而完成信号的处理。随着人们生活水平不断提高，对于各种具有多功能的小型设备的要求越来越高，同时在时代的发展潮流中，微传感受到了越来越多的关注，随着科学技术的不断发展，微传感已经成功的运用到许多的技术领域中。

1 微机械加工技术

微机械加工技术是微电子机械系统技术的核心，使用该技术可以制造出更为微小的结构。一般，微机械加工技术分为体微机械加工和表面微机械加工两大类。体微机械加工技术主要是对单晶硅或者生有表面膜的体硅进行腐蚀，从而得到预期微型结构的一种加工技术。表面微机械加工技术主要是对沉积或生长在基片上的多层膜进行加工，得到各种微机械结构的一种加工技术。

（1）微机械加工的基础技术。LIGA技术是微机械加工技术的基础。LIGA技术的出现对微机械加工技术产生了非常重要的影响。在过去的十几年中LIGA技术作为微机械的主要技术得到了广泛的应用。LIGA不仅可以对金属材料试件进行加工，而且也可以对非金属材料的材料特别是陶瓷和塑料材料进行精密的加工。LIGA是一种三维的微机加工技术，其加工技术可以达到数百微米，同时加工的精度可以达到1μm。LIGA微机加工技术是以同步加速器为基础，使用微机加工过程中衍射出来的X的光对试件的表面进行加工，同时在把实践的图形刻在逛敏聚合物层之上，通过表面的电场作用，迁移到所形成的模型之中，因此可以非常准确的形成所加工试件的结构。

（2）微放电加工技术。微放电加工技术运用的是对加工试件的阻力减到极小的过程，不仅可以对导电的金属材料进行精密的加工，同时对于半导体材料进行加工，所以此技术在微机机械试件加工中运用很广。除此之外微放电加工技术对银钨丝或者硬质合金丝电级在机床上成形等机床的关键问题有着非常有效的方法。

（3）体微机械加工技术。体微机械加工技术作为微机械技工技术的一个重要分支，在微机械加工技术工艺中起到了很大的作用。体微加工技术主要是利用专门的刻蚀技术刻蚀出三维微结构。刻蚀是一种对材料的某些部分进行有选择地去除的工艺。腐蚀工艺在微机加工机械技术中占着重要的地位。腐蚀工艺的使用方法主要包括：湿法腐蚀和干法腐蚀。湿法腐蚀的原理是利用各种化学药品通过化学反应，先将材料进行氧化，然后通过化学反应使被氧化的材料进行溶解。湿法腐蚀对外界环境的要求比较低，所以得到了很大的运用，其使用方法主要包括各向同性腐蚀和各项异性腐蚀两大类。各向同性腐蚀中对试件的腐蚀的速度在各个方向是相同的，而且对腐蚀出各个样式的图形结构的有着很大的开发空间，其腐蚀的基本条件是硅表面必须有空穴，在HF—HNO3系统中，HNO3在化学反应过程中会使硅表面出现所需要的空穴；同时工作人员在使用各向异性的加工技术中应当注意各个方向上的腐蚀速度，同时可以人为的控制调节，不然腐蚀的速度加工过快时会对试件加工精度不够准确，这将使得在一些精确度要求较高的技术的要求是非常的高的。对于控制腐蚀在各个方向上的速度是非常的重要的。腐蚀速度受到外界很多条件的约束，可以改变外界的影响因素来控制腐蚀的速度。

（4）表面微机械加工技术。其优势就是表面微机机械加工技术在加工试件的表面上制造并成功使用更加小的微传感器，同时与现有的IC技术有着非常好的兼容性。对现有的IC技术得到最大的发挥，对微机的控制技术有着非常高的控制技术。由于微机技术的发展潜力变大，所以得到了非常大的重视，在科技的发展过程中，微机技术的发展是史无前例的，同时它的涉及面是非常的广，这里以多晶硅为核心材料的表面微机械加工技术进行解释说明。多晶硅是表面微机械加工技术是一种非常使用的一种表面微机械加工技术，不仅可以对具有良好导电性和机械性的多晶硅有着非常精密的加工技术要求。还可以对多晶硅的沉淀技术有着非常广的运用。多晶硅的沉积方法有：低压化学气相沉积法、分子束沉积法等采用不同的方法对微机加工的性能有着不同的要求，同时对加工的外界环境要求也有着很大的不同，技术人员应当给予更多的重视。在不同的温度和不用的压强下，硅烷分解得到的产物不同，其中包括无定形硅、部分结晶和多晶硅 等。

2 采用微机械加工技术在微传感器中的实例

由于微机械加工技术可以批量的生产微传感器从而降低成本，使得微机械加工技术在微传感器的生产中得到了非常普遍的应用。

（1）石英加速度传感器。石英加速度传感器是由法国的LETI制造，通过微机械加工制作的石英加速度传感器具有典型的设计外观和尺寸。由于石英加速度传感器具有体积小、重量轻、精度高、长期稳定性高的特点，使得石英加速度传感器得到了非常广泛的使用。其中石英加速度传感器的厚度是125μm，梁宽5μm和8μm之间，梁长为2mm，质量块为2mm×2mm，探测器的间隙是50μm，线圈的材料选择金作为材料，厚度为3.5μm。

（2）热红外人体传感器。热红外人体传感器特别像猫的眼睛，能够在不开灯的晚上监视安装周围的动情，人只要在距离传感器一米内，就能准确的感知人的存在，并且可以串联防盗系统进行报警，对需要看护的建筑或者是人不方便看护的物品起到保护作用。不同的传感器它的工作电压不同，一般电压在180～250V之间；频率为50HZ；负载功率为15～200W之间不等。热红外人体感应器的使用范围非常的广泛，主要适用于过道的楼梯、公共的走廊等一些只需要短时间照明的公共场所，同时可以串接到防盗报警器。

（3）角度传感器。顾名思义，角度传感器是用来检测角度的。角度传感器的肢体上有一个孔，可以配合乐高的轴。当角度传感器连接到RCX上时，轴每转过1/16圈时，角度传感器就会计数一次。往一个方向转动时，计数器会随着增加，转动角度改变时，计数器会相应的减小。初始位置的角度和计数对后续的技术有着很大的影响，传感器最重要的部分包括两个扭转杆支撑的悬浮可动多晶硅结构形成的微机械摆。角度传感器的工艺是：在有着SiO2绝缘层的硅片上用LPCVD法沉积一层多晶硅，并将其设为电极使用，然后再次沉淀一层SiO2为辅助层，同时也称作为牺牲层，然后沉积一层比较厚的多晶硅做悬浮结构，在EPIPLOY上溅射沉积AI膜层形成键合区，用HF蒸汽将牺牲层腐蚀掉，从而得到预期的结构。

（4）光纤传感器。光纤传感器是随着光导纤维实用化和光通信技术的发展形成的一门崭新的技术。光纤传感器与传统的传感器不同，它具有灵敏度高、抗电磁干扰能力强、耐腐蚀、绝缘性好、结构简单、体积小、耗电少以及便于实现遥测等优点。

通常光纤传感器可以分为两大类，一类是利用光导纤维本身的某种敏感特性或者功能特性制成的传感器称为功能型传感器；另一类是光纤仅仅起到传输光波的作用，必须在光纤端面或者是中间加装其他敏感元件才能够构成传感器，称为传光型传感器。不管是功能型传感器还是传光型传感器，它们的工作原理都是利用被测量的变化调制传输光光波的某一参数，使其随之变化，然后对已调制的光信号进行检测，从而得到被测量。由于光纤传感器的可以测量多种物理量，因此光纤传感器具有非常广阔的发展前景。

3 结语

微传感器因具有微型化、智能化、低能耗、易结成的特点而越来越受到青睐。微机械加工指可以批量制作的、集微型机构、微型传感器、微型执行器以及信号灯处理和控制电路、甚至外围接口、通讯电路和电源等于一体的微型器件或者系统。微技术为电子机械系统技术的核心，它具有体积小、重量轻、耗能低、准确度高并且能够批量生产，从而降低成本的特点而被广泛应用在微传感器的生产中。目前我国的微机械加工技术与国际上的水平仍有很大的差距，因此要花费更多的时间和资金来研究微机械加工技术，从而取得跟好的成果。

[1]郑志霞,薛建国,陈军.基于MEMS加速度微传感器制作工艺及测试[J].莆田学院学报.2007(5).

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[3]荣烈润.微机械加工技术的现状及其发展趋势(下)[J].机电一体化.2007(6).

[4]魏喜雯.微机械加工技术及其在传感器中的应用[J].山东工业技术.2016(6).

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1671-0711（2016）11（下）-0087-02