微米、納米級制造技術(shù)介紹

微尺寸制造，是現(xiàn)代制造業(yè)的最重要的一種方式。從電子半導(dǎo)體，到生物醫(yī)療，再到航空航天工業(yè)，企業(yè)正在使用更小、更精密的組件。制造方法必須適應(yīng)這些組件的精密生產(chǎn)和成本效益。傳統(tǒng)制造方法可能無法在這種規(guī)格尺寸上進(jìn)行加工，但微制造方法不但尺寸精密，而且產(chǎn)能高效，并且質(zhì)量可靠。更重要的還是節(jié)省材料，成本優(yōu)勢巨大。

所謂的微觀制造，主要是指制造微小尺寸的零件。這些類型的微加工技術(shù)常用制造電子和機(jī)械元件，再用這些元件來創(chuàng)建微觀、或高精度組件。

通常，被認(rèn)為是微型部件，最終產(chǎn)品的尺寸需要在10毫米以下，公差在0.1到1微米的范圍以內(nèi)，甚至幾個(gè)納米。微觀制造生產(chǎn)工藝因所討論的產(chǎn)品而異，下面就詳細(xì)列舉討論一些常見的微觀制造方法：

蝕刻法，是常用的減材制造方法，可以在基材內(nèi)創(chuàng)建三維立體結(jié)構(gòu)。蝕刻法通過有干法或濕法兩種工藝，用來在硅片上加工出所需的結(jié)構(gòu)形狀。

濕法蝕刻使用化學(xué)溶劑來實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)，而干法蝕刻使用等離子體從所需區(qū)域去除材料。通過光刻技術(shù)在晶圓表面添加掩膜，以防止不需要加工的位置被蝕刻，然后蝕刻化學(xué)劑從未受保護(hù)的部分去除材料。這種生產(chǎn)方法的主要優(yōu)點(diǎn)是它非常便宜，并且最適合創(chuàng)建具有簡單幾何形狀的微結(jié)構(gòu)。

沉積法是在基板材料上再附加材料的過程。通常是通過沉積一系列的涂層來完成，可以再使用蝕刻法對沉積層進(jìn)行修改。在一般的表面微加工過程中，首先添加一個(gè)遮蔽層，使用蝕刻工藝進(jìn)行雕刻，然后在其上添加一個(gè)功能層，然后去除遮蔽層，從而在產(chǎn)品表面產(chǎn)生所需的功能結(jié)構(gòu)。這種工藝過程較為昂貴，但它的材料損耗低，尺寸小，結(jié)構(gòu)均勻性好。

以上兩種方法主要用于制造芯片或一些電子元件，大多情況是兩種方法配合使用，以制造出非常復(fù)雜的微觀結(jié)構(gòu)。

模具成型是一種用于多種材料的工藝過程，包括塑料、玻璃和金屬等，將基材模塑成所需的形狀。這種制造方法通常將液態(tài)材料注射到模具中，在模腔內(nèi)凝固形成一個(gè)固體零件。微成型將這一概念轉(zhuǎn)化為更小的尺度，允許創(chuàng)建尺寸或厚度為毫米、微米級的復(fù)雜物體。這些微小尺寸的制造，需要使用專用的材料來進(jìn)行。這種微成型技術(shù)在電子和醫(yī)療行業(yè)被廣泛應(yīng)用。

傳統(tǒng)的電弧焊是對工件施加電脈沖，熔化材料進(jìn)行熔接。微焊接使用相同原理，用較低的電流，在更精確的水平上實(shí)現(xiàn)類似的結(jié)果。另外，使用激光的微焊技術(shù)，被更加廣泛使用。

微焊接也被稱為精密焊接，它使用非常薄的材料和嚴(yán)格的公差，通常焊接要求低于一微米。這也是一個(gè)很容易自動(dòng)化的過程，并且可以做到非常高的精度和一致性。微焊接通常用于生產(chǎn)電子元件，也用于生產(chǎn)醫(yī)療植入器材和航空航天元件。

數(shù)控加工在整個(gè)制造業(yè)中普遍用于在宏觀尺度，生產(chǎn)復(fù)雜的幾何形狀。數(shù)控工加同樣可以加工出微觀尺度，同樣可以達(dá)到微觀的公差，使用塑料或金屬材料加工出微觀復(fù)雜的結(jié)構(gòu)形狀。機(jī)械加工通常包括銑削、車削、磨削等，在做微觀尺度加工時(shí)，需要專門的數(shù)控設(shè)備，這些加工的精度同樣能夠達(dá)到1微米以內(nèi)的精度，甚至0.1微米，幾十納米的精度，都是可以用機(jī)加工的方法達(dá)到的。精微加工常用于生產(chǎn)醫(yī)療和航空航天部件，特別是復(fù)雜部件。

增材工藝包括在基材上添加更多材料的任何過程。沉積是制造中最常見的增材工藝之一，在微制造中非常有用。激光金屬沉積特別受歡迎，將金屬粉末熔化到基材上，形成具有控制尺寸的牢固結(jié)合涂層。這種方法可以用堆疊層來改變零件的形狀和尺寸。這種方法需要的能量較低，不需要切削液，不產(chǎn)生灰塵，并且非?？焖伲咝?，變形也很小。

微制造概念的核心思想是，小型化操作可以在有限的空間和材料下實(shí)現(xiàn)高吞吐量，這樣做可以為制造商和消費(fèi)者帶來更多方便和利益。微觀制造工藝更能滿足當(dāng)今工業(yè)市場的加工需求。因?yàn)槲⒅圃旆椒ǖ木哂幸韵碌膸c(diǎn)好處：

微制造工藝可以生產(chǎn)特征尺寸小于0.1毫米的零件，僅比人類頭發(fā)略厚（發(fā)絲直徑為60至80微米）。并且能在這種小尺寸加工中保證高水平的精度。這對于精度要求高的電子、醫(yī)療和航空航天應(yīng)用至關(guān)重要。

小尺寸產(chǎn)品的生產(chǎn)時(shí)間通常更短。這意味著更快地周轉(zhuǎn)時(shí)間，更低的成本和更高的客戶滿意度。

微觀制造正在成為制造業(yè)的一大趨勢，并且仍有很大的發(fā)展空間，技術(shù)也有待完善。隨著微技術(shù)的不斷發(fā)展和對使用該技術(shù)的產(chǎn)品需求的增加，微制造技術(shù)將繼續(xù)發(fā)展和提高。

微制造操作可以生產(chǎn)難以置信的微小產(chǎn)品，而且產(chǎn)生質(zhì)量高，成本低，這些好處將繼續(xù)增長。隨著時(shí)間的推移，特別是隨著世界越來越多地轉(zhuǎn)向微技術(shù)，企業(yè)將通過采用微制造技術(shù)獲得更大的投資回報(bào)。

審核編輯：黃飛