邱宇杰
(池州學(xué)院,安徽 池州 247000)
當(dāng)處于信息化時代,工業(yè)制造也要和現(xiàn)代化發(fā)展進程保持同步性,使得微電子技術(shù)應(yīng)運而生。將該技術(shù)應(yīng)用到機械加工系統(tǒng)中,能夠完成高效能、高品質(zhì)的生產(chǎn)作業(yè),可以保證產(chǎn)品質(zhì)量大幅度提升。因此,如何在機械加工系統(tǒng)中合理化運用該技術(shù)成為研究的重點,文章從以下方面來對此開展全面闡述。
對微電子機械系統(tǒng)來講,其能夠?qū)⑽C械制動器以及微電子電路等集于一體,并在電路信息指令的輔助下,來對制動器的操作實施控制。同時能夠接收外部信息,利用電路系統(tǒng)來對該信息進行放大處理,再傳到制動器中變成機械操作。
換言之,微電子機械系統(tǒng)是在微電子技術(shù)基礎(chǔ)上發(fā)展而來,其能夠?qū)⑽㈦娮?、微機械、傳感器有效整合在一起,并且開始在通訊、軍事等領(lǐng)域中逐漸被應(yīng)用。
1.2.1 微型化
一般狀況下,機械加工技術(shù)通常在厘米級別之上,但微電子機械系統(tǒng)技術(shù)的加工能夠達到納米級別。在這樣的背景下,該技術(shù)應(yīng)用到各個行業(yè)中實施裝械制造時,不單單能夠改變能源消耗以及體積重量,還為安裝和攜帶的便捷性提供保障。
1.2.2 集成化
通常來講,體積越小越容易集成化。因此,微電子機械系統(tǒng)技術(shù)能夠制作出微小器件,可以更加方便集成操作,并且能夠?qū)Χ喾N功能的陳列完成構(gòu)建,甚至可以形成相對繁瑣的微系統(tǒng)。
1.2.3 硅基材料
在微電子機械系統(tǒng)中,硅是制造器件的主要材料。該材料的強度和硬度與鐵相似,密度和鋁相一致,并且熱傳導(dǎo)率與鎢相接近,但是所需承擔(dān)的成本相對較低。通過該技術(shù)開展裝置制造時,將硅當(dāng)成首選材料,從而使預(yù)期設(shè)定的大批量生產(chǎn)目標(biāo)得到有效實現(xiàn)。
該技術(shù)指的是在摻雜和結(jié)晶濕化學(xué)腐蝕的基礎(chǔ)上,將整體材料被加工成微機械結(jié)構(gòu),如單晶硅基片等。該技術(shù)的優(yōu)勢體現(xiàn)在制造較大器件時,更加的簡便。缺點主要是無法對精準(zhǔn)性和靈敏性極高的系統(tǒng)實施制造。另外,該技術(shù)無法應(yīng)用在器件的平面化布局中,所以無法與微電子線路兼容。目前,在速度傳感器以及壓力傳感器中,該技術(shù)的使用頻率最高。
對該技術(shù)而言,其在裝置制造的過程中,將集成電路中的平面制造技術(shù)引入其中。從當(dāng)前微機械系統(tǒng)技術(shù)的應(yīng)用狀況中可知,當(dāng)處于實際制造過程時,一方面需要利用電連結(jié)的多晶硅層,另一方面,還要使用大量機械加工的多晶硅層,通過兩者來對多種機械部件實施構(gòu)建。該技術(shù)的優(yōu)勢體現(xiàn)在能夠?qū)F(xiàn)代化IC生產(chǎn)工藝全面引入其中,并對機械部件尺度實施科學(xué)管控,從而確保與IC有效兼容。但需注意的是,在使用過程中,由于受到沉積薄膜厚度的限制,導(dǎo)致通過該技術(shù)所制造的機械結(jié)構(gòu)都是二維的。伴隨著機械加工層數(shù)的不斷增加,微型機械的制造功能不斷加強,且內(nèi)容復(fù)雜性也逐漸提高,但也會形成無法解決的難題,如平面化問題。
分析上述兩種技術(shù)可知,這兩種技術(shù)的加工技術(shù)都是以硅為核心,但對金屬微機械加工技術(shù)來講,其在傳統(tǒng)機械加工技術(shù)為基礎(chǔ)上不斷革新發(fā)展,并將LIGA技術(shù)引入其中來實施操作。LIGA技術(shù)屬于微機電加工技術(shù)范疇,并將X射線光刻技術(shù)當(dāng)成核心。在實際操作過程中,所遵循的操作步驟流程為:第一,X光深度同步輻射光刻;第二,電鑄制膜;第三,注膜復(fù)制。
該技術(shù)能夠有效融合體微機械加工技術(shù)和表面微機械加工技術(shù),不單單能夠使這兩種技術(shù)的優(yōu)勢得到最大化呈現(xiàn),而且能夠盡可能地避免兩者的缺陷。
3.1.1 腐蝕技術(shù)
對腐蝕技術(shù)來講,其不單單是體微機械加工技術(shù)的關(guān)鍵,也是微結(jié)構(gòu)得以形成的主要手段之一。按照不同的劃分標(biāo)準(zhǔn),可以將其劃分成以下幾種類型:第一,各向異性腐蝕技術(shù)。這種技術(shù)的原理是根據(jù)腐蝕液在硅各個晶向上的腐蝕速度不同,來對微結(jié)構(gòu)或微型零件實施制作。第二,電化學(xué)腐蝕技術(shù)。這種技術(shù)是在電化學(xué)原理上發(fā)展而成的濕法腐蝕技術(shù),當(dāng)前已經(jīng)發(fā)展呈自終止腐蝕技術(shù),有利于對腐蝕深度實施精準(zhǔn)控制。通常在硅結(jié)構(gòu)制作中進行應(yīng)用。第三,干法腐蝕技術(shù)。該種技術(shù)還包含等離子體腐蝕以及反應(yīng)離子腐蝕等方法,該技術(shù)的優(yōu)勢體現(xiàn)在高分辨率和高精度等方面。
3.1.2 硅鍵合技術(shù)
微機械加工過程中,不利用粘結(jié)劑就講分開制作的部件連接在一起,這種技術(shù)被稱之為鍵合。其通常被劃分成兩類:一類是硅-硅直接鍵合技術(shù),這種技術(shù)是在高溫條件下,借助原子間的作用力,使得兩個平坦的硅片能夠被鍵合在一起,以此來形成一個完整的整體。另一類是靜電鍵合技術(shù),該鍵合技術(shù)的應(yīng)用場景以硅與玻璃間的鍵合為主,當(dāng)處于460 ℃溫度條件下,并將電壓加在硅和玻璃之間,確保靜電引力有效產(chǎn)生。在該靜電引力的作用下,兩者可以被鍵合成一體。
3.2.1 多層無應(yīng)力薄膜沉積技術(shù)
無應(yīng)力薄膜沉積的方法相對較多,對適宜的工藝技術(shù)條件進行掌握是關(guān)鍵所在。能夠進行制作的母材不單單包含硅以及二氧化硅,還將氮化硅和聚酰亞氨等涵蓋其中。
3.2.2 犧牲層技術(shù)
對犧牲層技術(shù)來講,其指的是將有效腐蝕兩層薄膜的下層薄膜,以此來獲得上層薄膜。與此同時,也可以獲得一個空腔結(jié)構(gòu)的技術(shù)。其屬于微機械加工中的特殊技術(shù)之一。
對金屬微機械加工技術(shù)來講,其通過軟X射線的作用,使得深層光刻電鑄工作順利完成。該技術(shù)不單單可以加工金屬材料,還能夠?qū)Ψ墙饘俨牧蠈嵤┯行Ъ庸?,如陶瓷,甚至該技術(shù)能夠?qū)Ω呱顚挼娜S結(jié)構(gòu)開展加工處理。該技術(shù)主要依賴于軟X射線,這就要對功能強大的同步加速器展開應(yīng)用。同時在掩模照射作用下,確保部件圖形可以被完整地刻在光敏聚合物上,之后通過科學(xué)處理,為部件立體模型留在光敏聚合物上提供保障。此外,通過電場的作用,使得金屬能夠向成型模型中遷移,從而保證金屬結(jié)構(gòu)的形成。該金屬結(jié)構(gòu)充當(dāng)微型模型,其他材料成型當(dāng)做主要部件。
對微電子機械系統(tǒng)技術(shù)下的設(shè)備來講,其能夠在環(huán)境監(jiān)測和數(shù)據(jù)處理分析等方面發(fā)揮重要作用。如測量與處理設(shè)備,該微型裝置組成部分主要包括化學(xué)傳感器、數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)等,重點來對空氣或液體成分實施監(jiān)測。另外該裝置的尺寸微小,為攜帶提供便捷性。
對納米器件所構(gòu)成的裝置而言,其優(yōu)勢體現(xiàn)在半導(dǎo)體器件具備較高的運行速度,使得信息輸出以及處理都相對方便,同時攜帶十分便捷。將其應(yīng)用到軍事領(lǐng)域之中,能夠用來制作各種微型設(shè)備,如蚊子導(dǎo)彈。
微電子機械技術(shù)應(yīng)用到臨床化驗分析以及介入治療中,也能夠具有明顯的優(yōu)勢。當(dāng)前的介入治療儀器設(shè)備價格非常昂貴,并且體積較大,甚至精準(zhǔn)性也無法得到保障。這樣在對重要器官實施治療時,則會面臨較大的風(fēng)險。由于微電子機械系統(tǒng)技術(shù)的智能性和微小型特征十分明顯,從而能夠有效降低介入治療的風(fēng)險系數(shù)。
硅微壓力傳感器具有較長的發(fā)展歷程,第一臺設(shè)備誕生于20世紀(jì)60年代,當(dāng)前,微傳感器保持高速發(fā)展的態(tài)勢。目前微傳感器的類型主要包括:第一,面陣觸覺傳感器。對陳列觸覺傳感器來講,其主要在MEMS技術(shù)和先進信號處理技術(shù)的基礎(chǔ)上研發(fā)而成,力敏單元的分布位置以傳感器敏感陣列為主,來對三維力信息進行全面獲取,從而使得定量檢測三維接觸總力信息得以實現(xiàn)。第二,諧振力敏傳感器。對諧振力敏傳感器來講,該傳感器主要對機械結(jié)構(gòu)的固有頻率展開運用,并在外力的作用下,通過檢測頻率的變化,來對外力實施有效的檢測。因此,在傳感器的微結(jié)構(gòu)之中,對激振元件和測振元件的制作是重要步驟。第三,微型加速度傳感器,這種傳感器想要保證信號順利輸出,需要采用電阻熱激振或壓阻電橋同步檢測的方式。同時該傳感器的敏感結(jié)構(gòu)指的是高度對稱的四角支撐結(jié)構(gòu),并將四根諧振梁放置在質(zhì)量塊四邊與支撐框架之間,從而保證信號檢測工作得到順利完成。
伴隨著硅加工工藝成熟度的不斷提升,使得集成電路加工尺寸能夠達到深亞微米級別,以此來使靜電電機的機械加工精度問題得到妥善解決。對定子和轉(zhuǎn)子這兩個正負(fù)電極來講,兩者之間具有一定的距離,當(dāng)兩者間距離不斷縮小時,相關(guān)的工作電壓也隨之不斷降低。電機轉(zhuǎn)子下方會集成部分光電二極管,轉(zhuǎn)子上的激光束會向二極管進行照射,若轉(zhuǎn)子處于旋轉(zhuǎn)狀態(tài)時,反偏二極管額暗電流以及亮電流則會交替發(fā)生變化,通過取樣示波器,能夠?qū)θ用}沖信號進行直觀呈現(xiàn)。與此同時,對電機轉(zhuǎn)速實施測量,確保光電測速系統(tǒng)得以形成。這樣不僅僅合理拓展電機的測速范圍,還能夠妥善解決視頻攝像測速系統(tǒng)測速偏低的問題。此外,其優(yōu)勢還體現(xiàn)在測試方便且工藝兼容等方面。
6.1.1 在生產(chǎn)機床中應(yīng)用
從機械加工領(lǐng)域來講,生產(chǎn)廠家對設(shè)備和系統(tǒng)間的有效配合十分重視。伴隨著互聯(lián)網(wǎng)的普及和應(yīng)用,計算機信息技術(shù)在機械制造行業(yè)得到有效的運用,這樣能夠使相關(guān)的生產(chǎn)效率和生產(chǎn)質(zhì)量得到有效提升。在機械加工系統(tǒng)中引入數(shù)控技術(shù),可以對整個生產(chǎn)以及制作環(huán)節(jié)實施科學(xué)調(diào)控,有利于大幅度提升這些產(chǎn)品的生產(chǎn)精準(zhǔn)度。數(shù)控機床指的是在計算機程序代碼的輔助下,來對機床的加工制造開展控制,有利于為機械產(chǎn)品的準(zhǔn)確性和科學(xué)性提供保障。在實際控制過程中,數(shù)字化處理機械產(chǎn)品的生產(chǎn)信息以及控制信息,使得工作人員通過計算機監(jiān)控系統(tǒng),能夠更加科學(xué)簡便的完成監(jiān)督、控制、處理等工作。與此同時,根據(jù)實際工作需求,來科學(xué)有效的調(diào)整機床或相關(guān)零部件,進而為機械加工機床的穩(wěn)定性工作提供保障。
6.1.2 在機械加工系統(tǒng)中的應(yīng)用
從數(shù)控技術(shù)的發(fā)展?fàn)顩r來分析,各個領(lǐng)域中的機械加工對數(shù)控技術(shù)的應(yīng)用具有一定的差距。相關(guān)人員要對數(shù)控技術(shù)加強重視程度,并對數(shù)控技術(shù)在機械加工領(lǐng)域中的應(yīng)用展開深入分析。在對現(xiàn)有資源進行全面整合的基礎(chǔ)上,助力普通機床和數(shù)控加工組裝的全面結(jié)合,并對加工等級實施科學(xué)合理地制定。這樣不僅可以推動數(shù)控機床的發(fā)展,還能夠助力數(shù)控機床技術(shù)的持續(xù)穩(wěn)定發(fā)展。數(shù)控機床在精準(zhǔn)度以及工藝等方面具有較高的要求,將數(shù)控機床技術(shù)引入到機械加工領(lǐng)域之中,既能夠提高機械加工的生產(chǎn)效率,又能夠精細(xì)化管控機械產(chǎn)品,從而使機械產(chǎn)品符合市場需求,進而大幅度提升加工企業(yè)的經(jīng)濟效益。
數(shù)顯技術(shù)是一種高精準(zhǔn)度、高效率且具有數(shù)字顯示的一種測量技術(shù)。將該技術(shù)運用到機械加工中,不單單能夠精準(zhǔn)測量各種機床的位置,還能夠完成相關(guān)工件的尺寸測量,甚至能夠在劃線以及檢驗等方面發(fā)揮作用。另外,將數(shù)顯表安裝到相對陳舊的機床之上,可以恢復(fù)機床的精準(zhǔn)度,保證陳舊機床可以重新投入到加工生產(chǎn)之中,為企業(yè)節(jié)約一定的費用。與此同時,數(shù)顯表的安裝,能夠直觀顯示機械位移,確保人為操作誤差問題得到有效降低。這樣可以使加工測量次數(shù)得到減少,進而保證產(chǎn)品加工精準(zhǔn)度以及提高相關(guān)工作效率。
從文章的論述中可知,微電子技術(shù)是在當(dāng)前的時代背景中所產(chǎn)生的一種新興技術(shù),將該技術(shù)運用到機械加工領(lǐng)域中,可以大幅度提高加工零部件的精準(zhǔn)度,并為工業(yè)企業(yè)的規(guī)范化和健康化發(fā)展提供助力。因此,將該技術(shù)的運用當(dāng)成重點來深入探究,確保該技術(shù)在機械加工中最大化呈現(xiàn)自身價值。