唐苏亚

(涟水县工业企业技术管理服务中心223400)

    【摘  要】论述微细机械的研究发展概况、微加工技术及超微电动机的****研制状况，并对微细机械的应用前景进行了展望，指出微细机械将成为跨世纪的高新技术领域里的一个重要分支和高附加值的新兴产业。

    【叙  词】微细机械加工研究应用展望

    微细机械(micro mechanical)是近年来世界上刚刚崛起，并开始走向实用阶段的超小型机械。与以往的电子机械相比，它的****差别在于以往的电子机械是单纯利用电子学理论和机械理论，将制作出的电子零件和机械零件，如机械结构、电动机、微型计算机等多种零部件搭配在一起组合运用。而微细机械是在同一块硅底板上，使用半导体微细加工技术(micro fabrication)和微电子技术(microelectronics)，制造出机电一体化(mechatron-ics)的产品，把机电两者制成了不可分割的统一整体，实现了在微机领域内机和电的真正结合a 3。如目前已经能够制造出的微型流量控制器、微机械泵、超微静电电动机等。这些微型机械在生物医学、航天技术、军事工程等领域具有广泛的应用前景。

    微细机械的研究始于70年代。1975年，美国加利福尼亚大学和贝尔实验室等单位在硅片上蚀刻出色谱仪、微型继电器等。1979年，lynn michell roylamce, james b.angell等人首次在ieee刊上报道了新研制的硅加速度计。1982年，pan-iing chen等人采用硅平面工艺和异向腐蚀技术，研制出集成微型硅梁pi-fet（压电场效应管）加速度计姐1。1983年，加利福尼亚大学巴库勒依学院的roger howe研究成功了所谓牺牲层(sacrifi-cial layer)技术，采用该技术不仅能在硅片上较容易地制出微型构件，而且也能把它们主体直接装配在基片上而构成一个系统，这是促进微细机械迅速发展的重要因素∞3。1 987年6月，在第四届国际固体传感器传动装置会议上，日本报道了利用这种方法制成了转轴能够自由旋转的齿轮和在导轨作用下能够左右运动的滑块。在同年11月第一次微型电子机械系统国际研究会(micro electro me-chanical systems，简写mems)上，来自美国、日本及欧洲的专家，提出用硅或其它材料制造微型电动机的各种方案。日本东京大学藤田博之筹人，还在会议上展出了第一台超微静电电动机，成为微细机械发展的新开端。之后，世界上许多发达国家都重视微细机械的研究开发工作。据《international heraldtribune》1988年7月18日报道，美国加利福尼亚大学的研究人员制成了一台厚度只有1～15lmm、直径100/im的细如头发丝的超微电动机，整个电机设计在一块集成电路芯片上。它具有4、8、12个转子极和6、12、24个定子极，用静电力驱动，制造电机的材料是磷酸硅。美国电话电报公司采用硅片生产技术，研制出涡轮机和直径为125vm的齿轮，齿轮上每个齿仅有宽，比一根头发丝的1/5还细。在德国，科研人员正在用x射线印刷技术制造出精确度极高的过滤器等显微结构。

    此外，在微细机械的研制方面，科学家们还应用类似微电子工业的技术缩小机器各部件的尺寸；利用在硅片上腐蚀图形的方法制造齿轮、电动机及其它部件，仅在0. 092 903 0m2就可以安装6万个这种微型电动机。目前，在这一研究领域内，美国居****地位，其国内有数十处先进的硅程序研制设施，可以制造出血细胞大小的齿轮，能够吸入肺部的弹簧曲柄和夹具以及高精度微细喷嘴等机械零件。日本在这方面也不断地向微细机械的研究领域进军。日本从1991年开始执行总投资为150亿日元的10年国家计划，用以支持微型机械和微型传感器的发明。欧洲在第一代微细机械发展中较快，具有相当多的数量，但对半导体机电传动系统的研究步伐稍有迟缓，目前正在制定mems援助计划，重点是微型信息系统方面，如传感器、驱动装置等。总之，微细机械的研究开发已引起世界各发达国家的普遍关注。美国国家科学基金会有关专家预测，微细机械无疑将成为新崛起的大舰模工业，甚至可能又一次形成工业革命浪潮。

    据文献6、7介绍，目前，通过微细机械加工技术获得的器件三维结构主要有三种方法：一是在硅表面沉积siop、psg膜、多晶硅和无定型硅那样的薄膜，通过光刻的牺牲层腐蚀得到可移动、可旋转的微小机械结构；二是异向腐蚀，通过对硅单晶的异向腐蚀，可得到在压力传感器中的悬臂梁和微型流量控制器中的气路等机械结构；三是键合，si-class键合和si-si键合技术在传感器和执行器制造方面已成功地得到应用。

    在利用这种方法制