唐蘇亞

(漣水縣工業企業技術管理服務中心223400)

    【摘  要】論述微細機械的研究發展概況、微加工技術及超微電動機的****研制狀況，并對微細機械的應用前景進行了展望，指出微細機械將成為跨世紀的高新技術領域里的一個重要分支和高附加值的新興產業。

    【敘  詞】微細機械加工研究應用展望

    微細機械(micro mechanical)是近年來世界上剛剛崛起，并開始走向實用階段的超小型機械。與以往的電子機械相比，它的****差別在于以往的電子機械是單純利用電子學理論和機械理論，將制作出的電子零件和機械零件，如機械結構、電動機、微型計算機等多種零部件搭配在一起組合運用。而微細機械是在同一塊硅底板上，使用半導體微細加工技術(micro fabrication)和微電子技術(microelectronics)，制造出機電一體化(mechatron-ics)的產品，把機電兩者制成了不可分割的統一整體，實現了在微機領域內機和電的真正結合a 3。如目前已經能夠制造出的微型流量控制器、微機械泵、超微靜電電動機等。這些微型機械在生物醫學、航天技術、軍事工程等領域具有廣泛的應用前景。

    微細機械的研究始于70年代。1975年，美國加利福尼亞大學和貝爾實驗室等單位在硅片上蝕刻出色譜儀、微型繼電器等。1979年，lynn michell roylamce, james b.angell等人首次在ieee刊上報道了新研制的硅加速度計。1982年，pan-iing chen等人采用硅平面工藝和異向腐蝕技術，研制出集成微型硅梁pi-fet（壓電場效應管）加速度計姐1。1983年，加利福尼亞大學巴庫勒依學院的roger howe研究成功了所謂犧牲層(sacrifi-cial layer)技術，采用該技術不僅能在硅片上較容易地制出微型構件，而且也能把它們主體直接裝配在基片上而構成一個系統，這是促進微細機械迅速發展的重要因素∞3。1 987年6月，在第四屆國際固體傳感器傳動裝置會議上，日本報道了利用這種方法制成了轉軸能夠自由旋轉的齒輪和在導軌作用下能夠左右運動的滑塊。在同年11月第一次微型電子機械系統國際研究會(micro electro me-chanical systems，簡寫mems)上，來自美國、日本及歐洲的專家，提出用硅或其它材料制造微型電動機的各種方案。日本東京大學藤田博之籌人，還在會議上展出了第一臺超微靜電電動機，成為微細機械發展的新開端。之后，世界上許多發達國家都重視微細機械的研究開發工作。據《international heraldtribune》1988年7月18日報道，美國加利福尼亞大學的研究人員制成了一臺厚度只有1～15lmm、直徑100/im的細如頭發絲的超微電動機，整個電機設計在一塊集成電路芯片上。它具有4、8、12個轉子極和6、12、24個定子極，用靜電力驅動，制造電機的材料是磷酸硅。美國電話電報公司采用硅片生產技術，研制出渦輪機和直徑為125vm的齒輪，齒輪上每個齒僅有寬，比一根頭發絲的1/5還細。在德國，科研人員正在用x射線印刷技術制造出精確度極高的過濾器等顯微結構。

    此外，在微細機械的研制方面，科學家們還應用類似微電子工業的技術縮小機器各部件的尺寸；利用在硅片上腐蝕圖形的方法制造齒輪、電動機及其它部件，僅在0. 092 903 0m2就可以安裝6萬個這種微型電動機。目前，在這一研究領域內，美國居****地位，其國內有數十處先進的硅程序研制設施，可以制造出血細胞大小的齒輪，能夠吸入肺部的彈簧曲柄和夾具以及高精度微細噴嘴等機械零件。日本在這方面也不斷地向微細機械的研究領域進軍。日本從1991年開始執行總投資為150億日元的10年國家計劃，用以支持微型機械和微型傳感器的發明。歐洲在第一代微細機械發展中較快，具有相當多的數量，但對半導體機電傳動系統的研究步伐稍有遲緩，目前正在制定mems援助計劃，重點是微型信息系統方面，如傳感器、驅動裝置等。總之，微細機械的研究開發已引起世界各發達國家的普遍關注。美國國家科學基金會有關專家預測，微細機械無疑將成為新崛起的大艦模工業，甚至可能又一次形成工業革命浪潮。

    據文獻6、7介紹，目前，通過微細機械加工技術獲得的器件三維結構主要有三種方法：一是在硅表面沉積siop、psg膜、多晶硅和無定型硅那樣的薄膜，通過光刻的犧牲層腐蝕得到可移動、可旋轉的微小機械結構；二是異向腐蝕，通過對硅單晶的異向腐蝕，可得到在壓力傳感器中的懸臂梁和微型流量控制器中的氣路等機械結構；三是鍵合，si-class鍵合和si-si鍵合技術在傳感器和執行器制造方面已成功地得到應用。

    在利用這種方法制