微機(jī)械加工技術(shù)及其在傳感器中的應(yīng)用

摘 要：微機(jī)械加工技術(shù)是在集成電路技術(shù)基礎(chǔ)上研發(fā)出來的新興技術(shù)，其在人們的生活和工作的不同領(lǐng)域中都發(fā)揮了非常重要的作用，因此受到了學(xué)術(shù)界和社會的普遍推崇與認(rèn)可。不僅如此，其他發(fā)達(dá)國家也對微機(jī)械加工技術(shù)投入了大量的研究資金，由此看出微機(jī)械加工技術(shù)的確受到了大眾的關(guān)注與歡迎。本文主要以微機(jī)械加工技術(shù)在傳感器中的應(yīng)用為研究重點(diǎn)，分析了其中存在的問題，希望為這一技術(shù)的應(yīng)用提供借鑒信息。

關(guān)鍵詞：微機(jī)械加工技術(shù)；傳感器；應(yīng)用

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.06.025

0 引言

微機(jī)械加工技術(shù)的興起要追溯到上世紀(jì)末，其快速發(fā)展的原因主要是因?yàn)槲C(jī)械加工技術(shù)的使用涵蓋了多個(gè)學(xué)科，這也是它能夠廣泛被公眾關(guān)注的原因。其中有物理學(xué)、光學(xué)、力學(xué)以及生物學(xué)等等，這些學(xué)科都為微機(jī)械加工技術(shù)提供了一定的理論支持，使其在成熟發(fā)展后能夠運(yùn)用于各個(gè)領(lǐng)域，如汽車制造、航天技術(shù)、生物化學(xué)工程等。作為本世紀(jì)初的新興技術(shù)，微機(jī)械加工技術(shù)由于其特有的特殊性，也逐漸體現(xiàn)出它在各個(gè)領(lǐng)域的重要性，因此收到了社會的廣泛關(guān)注和重視。不僅是我國，其他發(fā)達(dá)國家也對微機(jī)械加工的研究投入了大量了人力和物力，但在研究過程中也難免存在一些問題，通過本文對此技術(shù)的分析和研究，希望為這一技術(shù)的應(yīng)用和發(fā)展提供一定的借鑒意義。

1 微機(jī)械加工的基礎(chǔ)技術(shù)

1.1 LIGA技術(shù)

LIGA技術(shù)在過去的幾十年中始終是人們熟知和青睞的重要技術(shù)，它能夠?qū)鹑诓牧线M(jìn)行加工，也能夠?qū)μ沾?、塑料等非金屬材料進(jìn)行加工。由此看出，LIGA技術(shù)是新興的三維加工技術(shù)，并且其加工特點(diǎn)主要以“高深”而聞名，加工的深度能夠達(dá)到數(shù)百微米。LIGA技術(shù)主要以加速器作為加工基礎(chǔ)，將其產(chǎn)生的X射線刻在光敏聚合物層之上，形成部件的圖形，再通過電場把金屬遷移到已經(jīng)形成的模型中，從而完成金屬結(jié)構(gòu)。

1.2 微放電加工技術(shù)

微放電加工技術(shù)也有其獨(dú)有的特點(diǎn)，即加工阻力與其他技術(shù)相比都要小，不但能夠加工導(dǎo)電性材料，還能夠加工半導(dǎo)體材料。因此，微放電加工技術(shù)經(jīng)常應(yīng)用于微機(jī)械構(gòu)件的制造。不僅如此，微放電加工技術(shù)還能夠解決銀鎢絲在機(jī)床上成形的關(guān)鍵問題，并且隨著多年的研究和發(fā)展，微放電技術(shù)在加工的精度和微細(xì)程度方面都實(shí)現(xiàn)了較大的突破。

1.3 腐蝕技術(shù)

腐蝕技術(shù)主要涉及到三個(gè)方面：第一，濕法腐蝕技術(shù)。這一技術(shù)以電化學(xué)為基礎(chǔ)，能夠精準(zhǔn)地控制腐蝕深度，主要用途于制作硅結(jié)構(gòu)。第二，干法腐蝕技術(shù)。其特點(diǎn)是具有較高的分辨率和精準(zhǔn)度，主要涉及到等離子體腐蝕。第三，各向異性腐蝕技術(shù)。通過腐蝕液在硅各個(gè)晶向上產(chǎn)生的有差異的腐蝕速度，并以此作為基礎(chǔ)，制作微結(jié)構(gòu)或者微型零件。

2 微機(jī)械加工技術(shù)在傳感器當(dāng)中的應(yīng)用

2.1 石英加速度傳感器

石英加速度傳感器，最早生產(chǎn)與法國，這種傳感器是由法國的LET1制造的，該傳感器有效的利用了微機(jī)械的加工技術(shù)，使得石英加速度傳感器除了有典型的尺寸之外，還有典型的設(shè)計(jì)外觀。在石英加速度傳感器當(dāng)中，傳感器的厚度一般為124um，傳感器自身的梁寬與梁長分別能夠達(dá)到5-8um以及2mm，在石英加速度傳感器當(dāng)中，質(zhì)量塊為2mm*2mm，探測器的間隙則為50um，線圈的厚度一般為3.5um，對于電機(jī)的制造，則利用機(jī)械掩膜蒸發(fā)來制造。在石英加速度傳感器當(dāng)中，其輸出方程一般用V0/V1=K0+K1ax+K2a2x+K3a3x+Kyay+Kzaz+e來進(jìn)行表示，在本公式當(dāng)中，K1用來表示比例因子，而偏置則用K0來進(jìn)行表示，而本公式當(dāng)中的ax、ay、az則分別用來表示加速度分量。

2.2 熱紅外位傳感器

在熱紅外傳感器的制作過程當(dāng)中，我們能夠看到這種傳感器對于微機(jī)械加工技術(shù)進(jìn)行了集中的使用，這種傳感器的陣列通過在一種懸臂上面來進(jìn)行構(gòu)成，這種懸臂的長、厚、寬應(yīng)支持3mm、10um、440um。在懸臂的自由端，應(yīng)設(shè)置膜層，并確保該膜層有一定的吸收性能，而在懸臂的另一端，則應(yīng)設(shè)置熱電偶。當(dāng)紅外位傳感器被放在輻射下面時(shí)，懸臂的自由端能夠吸收熱量，而熱量則通過懸臂來進(jìn)行傳到，從而被熱電偶陣列檢測出來。

2.3 角度傳感器

本傳感器的敏感部分，是由兩個(gè)扭轉(zhuǎn)桿支撐的懸浮可動微機(jī)械擺，一般來講，角度傳感器的制作過程為：在硅片上通過LPCVD的方法來沉積多晶硅作下電機(jī)，在沉積完成之后，還需要再沉積一層S1O2來作為犧牲層，此后，將沉積的較厚的多晶硅作為懸浮結(jié)構(gòu)，將犧牲層腐蝕掉，利用這種方法來得到想要的結(jié)構(gòu)。但是，如果存在一定水平的磁場，或者是存在恒定磁場的時(shí)候，懸浮的多晶硅結(jié)構(gòu)往往會轉(zhuǎn)出特殊的角度，這樣就能夠有效的測出電壓的傳輸形式。

3 結(jié)束語

如今，隨著時(shí)代的進(jìn)步以及科技的不斷發(fā)展，微機(jī)械加工技術(shù)已經(jīng)在各個(gè)行業(yè)當(dāng)中得到了充分的應(yīng)用，其涉足之廣，包含傳感器、微電子機(jī)械制作、微機(jī)械結(jié)構(gòu)加工等等，作為一種新興技術(shù)，微機(jī)械在硅平面的基礎(chǔ)上得到了長足的發(fā)展，微機(jī)械加工技術(shù)與傳感技術(shù)的結(jié)合，也得到了廣泛的應(yīng)用。本文從實(shí)際出發(fā)，并將微機(jī)械加工技術(shù)與傳感技術(shù)的結(jié)合作為視角，闡述了微機(jī)械加工技術(shù)在傳感技術(shù)的應(yīng)用，并對這些應(yīng)用進(jìn)行了一些研究，在此基礎(chǔ)上得到了些許結(jié)論，希望能夠在日后起到指導(dǎo)實(shí)踐的效果。

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作者簡介：魏喜雯（1988-），女，黑龍江雞西人，碩士，助教，研究方向：壓電傳感器執(zhí)行器一體化。