裘敏浩

（貴州電子信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院，貴州 凱里 556000）

微機(jī)械加工技術(shù)在微傳感器中的應(yīng)用分析

裘敏浩

（貴州電子信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院，貴州 凱里 556000）

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，微傳感器因其微型化、智能化、低能耗和易集成的特點(diǎn)得到了廣泛應(yīng)用。微機(jī)械加工技術(shù)在微傳感器的的制造工藝中得到了越來(lái)越多的應(yīng)用。本文主要闡述了微機(jī)械加工技術(shù)在微傳感器中的應(yīng)用。

為機(jī)械加工技術(shù)；微傳感器；應(yīng)用

微機(jī)械加工又稱為微機(jī)電系統(tǒng)，是指可以批量制作的、集微型機(jī)構(gòu)、微型傳感器、微型執(zhí)行器以及信號(hào)燈處理和控制電路、甚至外圍接口、通訊電路和電源等于一體的微型器件或者系統(tǒng)。它的主要特點(diǎn)是體積小、重量輕、耗能低、準(zhǔn)確度高并且能夠批量生產(chǎn)，從而降低成本。傳感器是可以將在橋梁上所受到力轉(zhuǎn)換成可以解讀的電信號(hào)，構(gòu)成將現(xiàn)實(shí)中的集中力與電子設(shè)備之間的聯(lián)系，從而完成信號(hào)的處理。隨著人們生活水平不斷提高，對(duì)于各種具有多功能的小型設(shè)備的要求越來(lái)越高，同時(shí)在時(shí)代的發(fā)展潮流中，微傳感受到了越來(lái)越多的關(guān)注，隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，微傳感已經(jīng)成功的運(yùn)用到許多的技術(shù)領(lǐng)域中。

1 微機(jī)械加工技術(shù)

微機(jī)械加工技術(shù)是微電子機(jī)械系統(tǒng)技術(shù)的核心，使用該技術(shù)可以制造出更為微小的結(jié)構(gòu)。一般，微機(jī)械加工技術(shù)分為體微機(jī)械加工和表面微機(jī)械加工兩大類。體微機(jī)械加工技術(shù)主要是對(duì)單晶硅或者生有表面膜的體硅進(jìn)行腐蝕，從而得到預(yù)期微型結(jié)構(gòu)的一種加工技術(shù)。表面微機(jī)械加工技術(shù)主要是對(duì)沉積或生長(zhǎng)在基片上的多層膜進(jìn)行加工，得到各種微機(jī)械結(jié)構(gòu)的一種加工技術(shù)。

（1）微機(jī)械加工的基礎(chǔ)技術(shù)。LIGA技術(shù)是微機(jī)械加工技術(shù)的基礎(chǔ)。LIGA技術(shù)的出現(xiàn)對(duì)微機(jī)械加工技術(shù)產(chǎn)生了非常重要的影響。在過去的十幾年中LIGA技術(shù)作為微機(jī)械的主要技術(shù)得到了廣泛的應(yīng)用。LIGA不僅可以對(duì)金屬材料試件進(jìn)行加工，而且也可以對(duì)非金屬材料的材料特別是陶瓷和塑料材料進(jìn)行精密的加工。LIGA是一種三維的微機(jī)加工技術(shù)，其加工技術(shù)可以達(dá)到數(shù)百微米，同時(shí)加工的精度可以達(dá)到1μm。LIGA微機(jī)加工技術(shù)是以同步加速器為基礎(chǔ)，使用微機(jī)加工過程中衍射出來(lái)的X的光對(duì)試件的表面進(jìn)行加工，同時(shí)在把實(shí)踐的圖形刻在逛敏聚合物層之上，通過表面的電場(chǎng)作用，遷移到所形成的模型之中，因此可以非常準(zhǔn)確的形成所加工試件的結(jié)構(gòu)。

（2）微放電加工技術(shù)。微放電加工技術(shù)運(yùn)用的是對(duì)加工試件的阻力減到極小的過程，不僅可以對(duì)導(dǎo)電的金屬材料進(jìn)行精密的加工，同時(shí)對(duì)于半導(dǎo)體材料進(jìn)行加工，所以此技術(shù)在微機(jī)機(jī)械試件加工中運(yùn)用很廣。除此之外微放電加工技術(shù)對(duì)銀鎢絲或者硬質(zhì)合金絲電級(jí)在機(jī)床上成形等機(jī)床的關(guān)鍵問題有著非常有效的方法。

（3）體微機(jī)械加工技術(shù)。體微機(jī)械加工技術(shù)作為微機(jī)械技工技術(shù)的一個(gè)重要分支，在微機(jī)械加工技術(shù)工藝中起到了很大的作用。體微加工技術(shù)主要是利用專門的刻蝕技術(shù)刻蝕出三維微結(jié)構(gòu)?？涛g是一種對(duì)材料的某些部分進(jìn)行有選擇地去除的工藝。腐蝕工藝在微機(jī)加工機(jī)械技術(shù)中占著重要的地位。腐蝕工藝的使用方法主要包括：濕法腐蝕和干法腐蝕。濕法腐蝕的原理是利用各種化學(xué)藥品通過化學(xué)反應(yīng)，先將材料進(jìn)行氧化，然后通過化學(xué)反應(yīng)使被氧化的材料進(jìn)行溶解。濕法腐蝕對(duì)外界環(huán)境的要求比較低，所以得到了很大的運(yùn)用，其使用方法主要包括各向同性腐蝕和各項(xiàng)異性腐蝕兩大類。各向同性腐蝕中對(duì)試件的腐蝕的速度在各個(gè)方向是相同的，而且對(duì)腐蝕出各個(gè)樣式的圖形結(jié)構(gòu)的有著很大的開發(fā)空間，其腐蝕的基本條件是硅表面必須有空穴，在HF—HNO3系統(tǒng)中，HNO3在化學(xué)反應(yīng)過程中會(huì)使硅表面出現(xiàn)所需要的空穴；同時(shí)工作人員在使用各向異性的加工技術(shù)中應(yīng)當(dāng)注意各個(gè)方向上的腐蝕速度，同時(shí)可以人為的控制調(diào)節(jié)，不然腐蝕的速度加工過快時(shí)會(huì)對(duì)試件加工精度不夠準(zhǔn)確，這將使得在一些精確度要求較高的技術(shù)的要求是非常的高的。對(duì)于控制腐蝕在各個(gè)方向上的速度是非常的重要的。腐蝕速度受到外界很多條件的約束，可以改變外界的影響因素來(lái)控制腐蝕的速度。

（4）表面微機(jī)械加工技術(shù)。其優(yōu)勢(shì)就是表面微機(jī)機(jī)械加工技術(shù)在加工試件的表面上制造并成功使用更加小的微傳感器，同時(shí)與現(xiàn)有的IC技術(shù)有著非常好的兼容性。對(duì)現(xiàn)有的IC技術(shù)得到最大的發(fā)揮，對(duì)微機(jī)的控制技術(shù)有著非常高的控制技術(shù)。由于微機(jī)技術(shù)的發(fā)展?jié)摿ψ兇?，所以得到了非常大的重視，在科技的發(fā)展過程中，微機(jī)技術(shù)的發(fā)展是史無(wú)前例的，同時(shí)它的涉及面是非常的廣，這里以多晶硅為核心材料的表面微機(jī)械加工技術(shù)進(jìn)行解釋說(shuō)明。多晶硅是表面微機(jī)械加工技術(shù)是一種非常使用的一種表面微機(jī)械加工技術(shù)，不僅可以對(duì)具有良好導(dǎo)電性和機(jī)械性的多晶硅有著非常精密的加工技術(shù)要求。還可以對(duì)多晶硅的沉淀技術(shù)有著非常廣的運(yùn)用。多晶硅的沉積方法有：低壓化學(xué)氣相沉積法、分子束沉積法等采用不同的方法對(duì)微機(jī)加工的性能有著不同的要求，同時(shí)對(duì)加工的外界環(huán)境要求也有著很大的不同，技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)給予更多的重視。在不同的溫度和不用的壓強(qiáng)下，硅烷分解得到的產(chǎn)物不同，其中包括無(wú)定形硅、部分結(jié)晶和多晶硅 等。

2 采用微機(jī)械加工技術(shù)在微傳感器中的實(shí)例

由于微機(jī)械加工技術(shù)可以批量的生產(chǎn)微傳感器從而降低成本，使得微機(jī)械加工技術(shù)在微傳感器的生產(chǎn)中得到了非常普遍的應(yīng)用。

（1）石英加速度傳感器。石英加速度傳感器是由法國(guó)的LETI制造，通過微機(jī)械加工制作的石英加速度傳感器具有典型的設(shè)計(jì)外觀和尺寸。由于石英加速度傳感器具有體積小、重量輕、精度高、長(zhǎng)期穩(wěn)定性高的特點(diǎn)，使得石英加速度傳感器得到了非常廣泛的使用。其中石英加速度傳感器的厚度是125μm，梁寬5μm和8μm之間，梁長(zhǎng)為2mm，質(zhì)量塊為2mm×2mm，探測(cè)器的間隙是50μm，線圈的材料選擇金作為材料，厚度為3.5μm。

（2）熱紅外人體傳感器。熱紅外人體傳感器特別像貓的眼睛，能夠在不開燈的晚上監(jiān)視安裝周圍的動(dòng)情，人只要在距離傳感器一米內(nèi)，就能準(zhǔn)確的感知人的存在，并且可以串聯(lián)防盜系統(tǒng)進(jìn)行報(bào)警，對(duì)需要看護(hù)的建筑或者是人不方便看護(hù)的物品起到保護(hù)作用。不同的傳感器它的工作電壓不同，一般電壓在180～250V之間；頻率為50HZ；負(fù)載功率為15～200W之間不等。熱紅外人體感應(yīng)器的使用范圍非常的廣泛，主要適用于過道的樓梯、公共的走廊等一些只需要短時(shí)間照明的公共場(chǎng)所，同時(shí)可以串接到防盜報(bào)警器。

（3）角度傳感器。顧名思義，角度傳感器是用來(lái)檢測(cè)角度的。角度傳感器的肢體上有一個(gè)孔，可以配合樂高的軸。當(dāng)角度傳感器連接到RCX上時(shí)，軸每轉(zhuǎn)過1/16圈時(shí)，角度傳感器就會(huì)計(jì)數(shù)一次。往一個(gè)方向轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，計(jì)數(shù)器會(huì)隨著增加，轉(zhuǎn)動(dòng)角度改變時(shí)，計(jì)數(shù)器會(huì)相應(yīng)的減小。初始位置的角度和計(jì)數(shù)對(duì)后續(xù)的技術(shù)有著很大的影響，傳感器最重要的部分包括兩個(gè)扭轉(zhuǎn)桿支撐的懸浮可動(dòng)多晶硅結(jié)構(gòu)形成的微機(jī)械擺。角度傳感器的工藝是：在有著SiO2絕緣層的硅片上用LPCVD法沉積一層多晶硅，并將其設(shè)為電極使用，然后再次沉淀一層SiO2為輔助層，同時(shí)也稱作為犧牲層，然后沉積一層比較厚的多晶硅做懸浮結(jié)構(gòu)，在EPIPLOY上濺射沉積AI膜層形成鍵合區(qū)，用HF蒸汽將犧牲層腐蝕掉，從而得到預(yù)期的結(jié)構(gòu)。

（4）光纖傳感器。光纖傳感器是隨著光導(dǎo)纖維實(shí)用化和光通信技術(shù)的發(fā)展形成的一門嶄新的技術(shù)。光纖傳感器與傳統(tǒng)的傳感器不同，它具有靈敏度高、抗電磁干擾能力強(qiáng)、耐腐蝕、絕緣性好、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、耗電少以及便于實(shí)現(xiàn)遙測(cè)等優(yōu)點(diǎn)。

通常光纖傳感器可以分為兩大類，一類是利用光導(dǎo)纖維本身的某種敏感特性或者功能特性制成的傳感器稱為功能型傳感器；另一類是光纖僅僅起到傳輸光波的作用，必須在光纖端面或者是中間加裝其他敏感元件才能夠構(gòu)成傳感器，稱為傳光型傳感器。不管是功能型傳感器還是傳光型傳感器，它們的工作原理都是利用被測(cè)量的變化調(diào)制傳輸光光波的某一參數(shù)，使其隨之變化，然后對(duì)已調(diào)制的光信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)，從而得到被測(cè)量。由于光纖傳感器的可以測(cè)量多種物理量，因此光纖傳感器具有非常廣闊的發(fā)展前景。

3 結(jié)語(yǔ)

微傳感器因具有微型化、智能化、低能耗、易結(jié)成的特點(diǎn)而越來(lái)越受到青睞。微機(jī)械加工指可以批量制作的、集微型機(jī)構(gòu)、微型傳感器、微型執(zhí)行器以及信號(hào)燈處理和控制電路、甚至外圍接口、通訊電路和電源等于一體的微型器件或者系統(tǒng)。微技術(shù)為電子機(jī)械系統(tǒng)技術(shù)的核心，它具有體積小、重量輕、耗能低、準(zhǔn)確度高并且能夠批量生產(chǎn)，從而降低成本的特點(diǎn)而被廣泛應(yīng)用在微傳感器的生產(chǎn)中。目前我國(guó)的微機(jī)械加工技術(shù)與國(guó)際上的水平仍有很大的差距，因此要花費(fèi)更多的時(shí)間和資金來(lái)研究微機(jī)械加工技術(shù)，從而取得跟好的成果。

[1]鄭志霞,薛建國(guó),陳軍.基于MEMS加速度微傳感器制作工藝及測(cè)試[J].莆田學(xué)院學(xué)報(bào).2007(5).

[2]榮烈潤(rùn).微機(jī)械加工技術(shù)的現(xiàn)狀及其發(fā)展趨勢(shì)(上)[J].機(jī)電一體化.2007(5).

[3]榮烈潤(rùn).微機(jī)械加工技術(shù)的現(xiàn)狀及其發(fā)展趨勢(shì)(下)[J].機(jī)電一體化.2007(6).

[4]魏喜雯.微機(jī)械加工技術(shù)及其在傳感器中的應(yīng)用[J].山東工業(yè)技術(shù).2016(6).

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