微电子技术在机械加工系统中运用分析

2023-11-07邱宇杰

大众标准化 2023年19期

邱宇杰

（池州学院，安徽池州 247000）

当处于信息化时代，工业制造也要和现代化发展进程保持同步性，使得微电子技术应运而生。将该技术应用到机械加工系统中，能够完成高效能、高品质的生产作业，可以保证产品质量大幅度提升。因此，如何在机械加工系统中合理化运用该技术成为研究的重点，文章从以下方面来对此开展全面阐述。

1 微电子机械系统的概念和特点

1.1 概念

对微电子机械系统来讲，其能够将微机械制动器以及微电子电路等集于一体，并在电路信息指令的辅助下，来对制动器的操作实施控制。同时能够接收外部信息，利用电路系统来对该信息进行放大处理，再传到制动器中变成机械操作。

换言之，微电子机械系统是在微电子技术基础上发展而来，其能够将微电子、微机械、传感器有效整合在一起，并且开始在通讯、军事等领域中逐渐被应用。

1.2 微电子机械技术特点

1.2.1 微型化

一般状况下，机械加工技术通常在厘米级别之上，但微电子机械系统技术的加工能够达到纳米级别。在这样的背景下，该技术应用到各个行业中实施装械制造时，不单单能够改变能源消耗以及体积重量，还为安装和携带的便捷性提供保障。

1.2.2 集成化

通常来讲，体积越小越容易集成化。因此，微电子机械系统技术能够制作出微小器件，可以更加方便集成操作，并且能够对多种功能的陈列完成构建，甚至可以形成相对繁琐的微系统。

1.2.3 硅基材料

在微电子机械系统中，硅是制造器件的主要材料。该材料的强度和硬度与铁相似，密度和铝相一致，并且热传导率与钨相接近，但是所需承担的成本相对较低。通过该技术开展装置制造时，将硅当成首选材料，从而使预期设定的大批量生产目标得到有效实现。

2 微电子机械系统技术类型分析

2.1 体微机械加工技术

该技术指的是在掺杂和结晶湿化学腐蚀的基础上，将整体材料被加工成微机械结构，如单晶硅基片等。该技术的优势体现在制造较大器件时，更加的简便。缺点主要是无法对精准性和灵敏性极高的系统实施制造。另外，该技术无法应用在器件的平面化布局中，所以无法与微电子线路兼容。目前，在速度传感器以及压力传感器中，该技术的使用频率最高。

2.2 表面微机械加工技术

对该技术而言，其在装置制造的过程中，将集成电路中的平面制造技术引入其中。从当前微机械系统技术的应用状况中可知，当处于实际制造过程时，一方面需要利用电连结的多晶硅层，另一方面，还要使用大量机械加工的多晶硅层，通过两者来对多种机械部件实施构建。该技术的优势体现在能够将现代化IC生产工艺全面引入其中，并对机械部件尺度实施科学管控，从而确保与IC有效兼容。但需注意的是，在使用过程中，由于受到沉积薄膜厚度的限制，导致通过该技术所制造的机械结构都是二维的。伴随着机械加工层数的不断增加，微型机械的制造功能不断加强，且内容复杂性也逐渐提高，但也会形成无法解决的难题，如平面化问题。

2.3 金属微机械加工技术

分析上述两种技术可知，这两种技术的加工技术都是以硅为核心，但对金属微机械加工技术来讲，其在传统机械加工技术为基础上不断革新发展，并将LIGA技术引入其中来实施操作。LIGA技术属于微机电加工技术范畴，并将X射线光刻技术当成核心。在实际操作过程中，所遵循的操作步骤流程为：第一，X光深度同步辐射光刻；第二，电铸制膜；第三，注膜复制。

2.4 复合微机械加工技术

该技术能够有效融合体微机械加工技术和表面微机械加工技术，不单单能够使这两种技术的优势得到最大化呈现，而且能够尽可能地避免两者的缺陷。

3 微电子机械系统的基础技术

3.1 体微机械加工技术

3.1.1 腐蚀技术

对腐蚀技术来讲，其不单单是体微机械加工技术的关键，也是微结构得以形成的主要手段之一。按照不同的划分标准，可以将其划分成以下几种类型：第一，各向异性腐蚀技术。这种技术的原理是根据腐蚀液在硅各个晶向上的腐蚀速度不同，来对微结构或微型零件实施制作。第二，电化学腐蚀技术。这种技术是在电化学原理上发展而成的湿法腐蚀技术，当前已经发展呈自终止腐蚀技术，有利于对腐蚀深度实施精准控制。通常在硅结构制作中进行应用。第三，干法腐蚀技术。该种技术还包含等离子体腐蚀以及反应离子腐蚀等方法，该技术的优势体现在高分辨率和高精度等方面。

3.1.2 硅键合技术

微机械加工过程中，不利用粘结剂就讲分开制作的部件连接在一起，这种技术被称之为键合。其通常被划分成两类：一类是硅-硅直接键合技术，这种技术是在高温条件下，借助原子间的作用力，使得两个平坦的硅片能够被键合在一起，以此来形成一个完整的整体。另一类是静电键合技术，该键合技术的应用场景以硅与玻璃间的键合为主，当处于460 ℃温度条件下，并将电压加在硅和玻璃之间，确保静电引力有效产生。在该静电引力的作用下，两者可以被键合成一体。

3.2 表面微机械加工技术

3.2.1 多层无应力薄膜沉积技术

无应力薄膜沉积的方法相对较多，对适宜的工艺技术条件进行掌握是关键所在。能够进行制作的母材不单单包含硅以及二氧化硅，还将氮化硅和聚酰亚氨等涵盖其中。

3.2.2 牺牲层技术

对牺牲层技术来讲，其指的是将有效腐蚀两层薄膜的下层薄膜，以此来获得上层薄膜。与此同时，也可以获得一个空腔结构的技术。其属于微机械加工中的特殊技术之一。

3.3 金属微机械加工技术

对金属微机械加工技术来讲，其通过软X射线的作用，使得深层光刻电铸工作顺利完成。该技术不单单可以加工金属材料，还能够对非金属材料实施有效加工，如陶瓷，甚至该技术能够对高深宽的三维结构开展加工处理。该技术主要依赖于软X射线，这就要对功能强大的同步加速器展开应用。同时在掩模照射作用下，确保部件图形可以被完整地刻在光敏聚合物上，之后通过科学处理，为部件立体模型留在光敏聚合物上提供保障。此外，通过电场的作用，使得金属能够向成型模型中迁移，从而保证金属结构的形成。该金属结构充当微型模型，其他材料成型当做主要部件。

4 微电子机械技术的应用领域

4.1 环境科学领域

对微电子机械系统技术下的设备来讲，其能够在环境监测和数据处理分析等方面发挥重要作用。如测量与处理设备，该微型装置组成部分主要包括化学传感器、数据处理系统等，重点来对空气或液体成分实施监测。另外该装置的尺寸微小，为携带提供便捷性。

4.2 军事领域

对纳米器件所构成的装置而言，其优势体现在半导体器件具备较高的运行速度，使得信息输出以及处理都相对方便，同时携带十分便捷。将其应用到军事领域之中，能够用来制作各种微型设备，如蚊子导弹。

4.3 医疗领域

微电子机械技术应用到临床化验分析以及介入治疗中，也能够具有明显的优势。当前的介入治疗仪器设备价格非常昂贵，并且体积较大，甚至精准性也无法得到保障。这样在对重要器官实施治疗时，则会面临较大的风险。由于微电子机械系统技术的智能性和微小型特征十分明显，从而能够有效降低介入治疗的风险系数。

5 微电子机械系统的主要应用

5.1 微传感器

硅微压力传感器具有较长的发展历程，第一台设备诞生于20世纪60年代，当前，微传感器保持高速发展的态势。目前微传感器的类型主要包括：第一，面阵触觉传感器。对陈列触觉传感器来讲，其主要在MEMS技术和先进信号处理技术的基础上研发而成，力敏单元的分布位置以传感器敏感阵列为主，来对三维力信息进行全面获取，从而使得定量检测三维接触总力信息得以实现。第二，谐振力敏传感器。对谐振力敏传感器来讲，该传感器主要对机械结构的固有频率展开运用，并在外力的作用下，通过检测频率的变化，来对外力实施有效的检测。因此，在传感器的微结构之中，对激振元件和测振元件的制作是重要步骤。第三，微型加速度传感器，这种传感器想要保证信号顺利输出，需要采用电阻热激振或压阻电桥同步检测的方式。同时该传感器的敏感结构指的是高度对称的四角支撑结构，并将四根谐振梁放置在质量块四边与支撑框架之间，从而保证信号检测工作得到顺利完成。

5.2 微电机

伴随着硅加工工艺成熟度的不断提升，使得集成电路加工尺寸能够达到深亚微米级别，以此来使静电电机的机械加工精度问题得到妥善解决。对定子和转子这两个正负电极来讲，两者之间具有一定的距离，当两者间距离不断缩小时，相关的工作电压也随之不断降低。电机转子下方会集成部分光电二极管，转子上的激光束会向二极管进行照射，若转子处于旋转状态时，反偏二极管额暗电流以及亮电流则会交替发生变化，通过取样示波器，能够对取样脉冲信号进行直观呈现。与此同时，对电机转速实施测量，确保光电测速系统得以形成。这样不仅仅合理拓展电机的测速范围，还能够妥善解决视频摄像测速系统测速偏低的问题。此外，其优势还体现在测试方便且工艺兼容等方面。

6 微电子技术在机械加工系统中的应用

6.1 数控技术在机械加工机床中的应用

6.1.1 在生产机床中应用

从机械加工领域来讲，生产厂家对设备和系统间的有效配合十分重视。伴随着互联网的普及和应用，计算机信息技术在机械制造行业得到有效的运用，这样能够使相关的生产效率和生产质量得到有效提升。在机械加工系统中引入数控技术，可以对整个生产以及制作环节实施科学调控，有利于大幅度提升这些产品的生产精准度。数控机床指的是在计算机程序代码的辅助下，来对机床的加工制造开展控制，有利于为机械产品的准确性和科学性提供保障。在实际控制过程中，数字化处理机械产品的生产信息以及控制信息，使得工作人员通过计算机监控系统，能够更加科学简便的完成监督、控制、处理等工作。与此同时，根据实际工作需求，来科学有效的调整机床或相关零部件，进而为机械加工机床的稳定性工作提供保障。

6.1.2 在机械加工系统中的应用

从数控技术的发展状况来分析，各个领域中的机械加工对数控技术的应用具有一定的差距。相关人员要对数控技术加强重视程度，并对数控技术在机械加工领域中的应用展开深入分析。在对现有资源进行全面整合的基础上，助力普通机床和数控加工组装的全面结合，并对加工等级实施科学合理地制定。这样不仅可以推动数控机床的发展，还能够助力数控机床技术的持续稳定发展。数控机床在精准度以及工艺等方面具有较高的要求，将数控机床技术引入到机械加工领域之中，既能够提高机械加工的生产效率，又能够精细化管控机械产品，从而使机械产品符合市场需求，进而大幅度提升加工企业的经济效益。

6.2 数显技术在机床中的应用

数显技术是一种高精准度、高效率且具有数字显示的一种测量技术。将该技术运用到机械加工中，不单单能够精准测量各种机床的位置，还能够完成相关工件的尺寸测量，甚至能够在划线以及检验等方面发挥作用。另外，将数显表安装到相对陈旧的机床之上，可以恢复机床的精准度，保证陈旧机床可以重新投入到加工生产之中，为企业节约一定的费用。与此同时，数显表的安装，能够直观显示机械位移，确保人为操作误差问题得到有效降低。这样可以使加工测量次数得到减少，进而保证产品加工精准度以及提高相关工作效率。