微型零件，微模具技术和市场应用前景

随着微纳米技术的进步，产品不断发展的方向，人们的注意微观，微米的微机电系统的特征尺寸。微机电系统(MEMS，微机电系统)技术是一种微型传感器，执行器和信号处理和控制电路，接口电路，通讯于一体的微型机电系统的需求。

微机电系统，包括微型机构，微型传感器，微型执行器和相应的处理电路部分，是在一个微处理技术的各种整合，并在现代信息技术的基础上开发的最新成果应用高科技的前沿。微机电系统的美国它是在诸如微机电系统，微系统在欧洲的著名日本，称为已知。

近年来，微机电系统已先后应用于精密机械，光通信，图像传输，化学和生物医药，信息储存和其他领域，如微型齿轮，插件型光纤连接器，微型泵，医疗用导光板板，微透镜，内视镜组件，微流控芯片，微细胞培养容器，并在光栅衍射旋转传感器，它广泛应用于期待。

产品概念的微型目前没有确切的定义，从微注射成型的角度来看，是由于微型产品，即微型产品的含义应具有以下特点：整体结构，通常是单件小尺寸重量只有几毫克;与表面微观结构，该公司制造的整体规模仍然是正常大小，但当地的规模精细结构是微米，微精密零件，是产品的大小是随意的，但是应该是一个大小几微米精度。如果大小和制造精度合格，即微型模具具有以下特点：成型工件量1立方毫米;微观的大小从几微米到几百微米;模具表面粗糙度为0.1μm以下;模具制造精度从1微米到0.1微米。

从2010年的预期，中国将加快MEMS市场增长，在2011年的增长率预计将达到29.2%。

微型模具加工困难

微型模具并不一定意味着传统的大，但与微观结构的模具体积小，也为微型模具闻名。微型模具制造难度小孔洞或微凹形结构加工等结构件模具制造商与普通模具一致。在一个小的金属腔对加工量小片组成，然后插入金属片为模板，使整个大会，不仅是为了促进微加工和微腔更换刀片嵌入，而且还可以提高整个死亡生活。

传统的机械加工方法不能处理过小或微型微型小尺寸模具，尺寸精度和表面粗糙度比微结构，模具设计低。现在，光刻技术的开发，以实现小尺寸，高精确度的要求，但光刻技术为制造成本高，加工周期长，复杂的工艺缺陷，这限制了它的广泛应用。

快速发展的微型模具加工，范围广泛的

微型模具经过近几年的快速发展过程中，许多类型的比较。根据他们的不同的处理原则可分为三大类：轻工制造技术，如LIGA技术，如蚀刻技术，准LIGA技术，电子束光刻，激光加工技术，腐蚀技术，诸如微型微加工技术 - 车削，微铣，磨微，微细电火花加工等传统加工方法。

光纤生产技术，主要是在微观结构与微米加工零件使用，加工精度达到10纳米以下，微机械加工技术，微结构与毫米波零件的加工，精度较差100nm的。

1.LIGA技术

LIGA技术是新的光纤制造技术的最新发展，其名称来自德国，为X射线光刻深度表示，电及塑胶模具的技术型的完美结合。该技术的主要过程是：

深部X射线光刻①：使用几百微米同步辐射X射线更大的方面光阻图形，高宽比一般厚光刻胶100蚀刻率。

②Electroforming为基础和建模：从电极金属沉积在光刻胶图形底部的插槽，直到金属填充，直到光刻胶图形的差距。事实上，这一进程是抵制进入金属图形结构相反的图形。这种金属结构可以作为最终产品可作为模具批量复制使用。

③注射成型复制：清除基板，进入附加金属孔光阻模壳板，从进入注塑孔腔，取出冷却后壳模具。在金属板留下塑料结构，作为一个微型这种塑料产品结构。

与传统相比，其他微加工技术，LIGA技术具有很多优点：精度高，达到亚微米级;可高宽比结构(多达几百个以上)，沿行的高度和垂直方向好的，自然对各种材料如金属，陶瓷和聚合物。缺点是：需要使用昂贵的同步辐射X射线和成本很高，得到的形状是圆柱形，坚硬的表面和微加工设备边坡;无法生成一个人口大渡腔。

2.UV - LIGA技术

昂贵的X射线同步辐射限制了LIGA技术的应用。类似的技术与使用的原则，探索低成本的准LIGA技术的高宽比来到从准LIGA技术产生的，激光LIGA技术和DEM技术是。

该光阻应用于准LIGA技术已被广泛使用，其技术实质是深紫外线照射LIGA技术深度，以取代同步辐射X射线曝光深度厚度。相较于X射线，紫外线照射是深深度低得多，当厚厚的有机玻璃光阻曝光(大于4μm的)当使用多重曝光，多种成像方法来实现。现在，IBM已经开发了新型深紫外光负光阻苏- 8，可以减少曝光时间，得到更好的曝光效果。该技术的主要过程是：

①深紫外线照射：紫外线使用SU - 8胶上的图形蚀刻光阻。

②Electroforming为基础和建模：从电极金属沉积在光刻胶图形底部的插槽，直到金属填充，直到光刻胶图形，作为大规模复制金属模具结构的差距。

③注射成型复制：用注射成型方法复制与金属微结构的逆向塑料微结构金属结构。

准LIGA技术，比成本低LIGA技术，短周期的优势，但不足之处，例如在垂直墙高宽比和参数，加工深度。对于腔侧壁垂直度和高宽比的要求不是很高，它可以取代LIGA技术。目前，准LIGA技术在小于100微米型腔深入的提出申请的成功，取代了传统的传统的加工方法。

3。电子束光刻

电子束光刻，电子束抵挡对微纳米加工技术的一个结构的形成作用。它需要一个生成的电子束曝光机，曝光机目前主要有两种：直接的写作风格和投影。直写式曝光机将收集的电子束直接击中了与光阻涂布基材表面，这一过程并不需要昂贵的光刻掩膜。随着直写电子小，直接写在科研应用光刻技术束光刻技术将变得越来越普遍。但其局限性是，电子束扫描成像，和生产率是很低远离光学光刻技术，可以达到40-100件/小时的生产力，是很难进行大规模的批量生产。正因为如此，电子为高精度光刻掩膜一般生产束。

4。蚀刻技术

所谓的蚀刻技术是利用化学或物理方法有选择地去除基材表面，这一过程并不需要的材料。从该机制可分为两种类型的干湿。硅是浸泡湿蚀刻可以铭刻在电影解决方案的反应并不需要使用化学方法去除漆膜的一部分。

干蚀刻是在基板处理血浆放置在与腐蚀，具有一定的高能粒子轰击，气态物质的反应，消除蚀刻膜，这种方法通常有各种异性。

干蚀刻更多类型，该机制可分为根据自己的体质蚀刻，化学蚀刻，物理 - 化学蚀刻三个类别。在干法刻蚀，更大的物理溅射效应，较小的横向刻蚀，各向异性较好，但其选择性差，蚀刻率和低基板损害大。干式蚀刻可分为等离子刻蚀，反应离子刻蚀，溅射刻蚀，离子束刻蚀，反应离子束蚀刻。

5。精车

微加工车削回转类零件是一种有效的途径。微型机械加工件，要求他们有一个合理的小型化车床，状态监测系统，高速，高精度主轴旋转，高分辨率的伺服系统，以及刀片足够小，硬度不够高工具。相对于正常转动，精细车床和工具较少，当然，也更小的部分。

通产省，日本工业技术研究所在1996年制定了世界上第一个微型车床。该车床长度32毫米，宽25毫米，高30.5毫米，重量只有100克和;主轴电机额定功率为1.5W，转速10000rpm。凭借其切削黄铜，表面粗糙度Rz1.5μm，工件圆度约为2.5μm，对外径为60μm的最低加工饲料的方向。

金泽大学，日本制定了一项包括微型车床车削微，控制单元，光学显微镜系统和监控系统。机长度200毫米，主轴机械传感器电源功率0.5w，连续可调转速3000 - 15000rpm;小于1μm的径向跳动;夹紧由直径0.3毫米;某某轴饲料4nm的决议;切削力方向的三个监测，以提高准确性基层饲料。

使用的车刀金刚石的原子力显微镜的探针，在直径0.3mm的黄色线加工的圆柱筒直径10微米粗，而且处理一长120μm，12.5μm丝杠螺距。

6。微铣削

微加工技术主要是用了几十微米的直径小钢厂毫米，在超精密机床的精密加工常规大小。

这些机器主要是用于非小零件的几何精度高，通常需要昂贵的设计和制造过程，以达到预期的准确性，而小部分地区，缺乏必要的灵活性和成本效益。研发创造一个微型铣削设备迫在眉睫，它有一个节省空间，节能，易调整，成本低。

目前，研究微铣削主要集中在表面质量，切削力，刀具磨损和国家生活和铣削加工能力等小零件。

哈尔滨工业大学精密工程研究所研制的技术国内首家微型和小型卧式铣机，300毫米× 150毫米× 165毫米，最高转速14000r/min，0.1μm的驱动器的分辨率大小。实现对硬铝LY12硬磨700μm×40μm的大小，和500微米×20μm的薄壁结构，在12毫米× 8毫米两种尺寸和8mm × 5mm的玻璃材料上的数控加工的脸。

最近，哈尔滨工业大学已成功开发出三轴微型铣床。 300毫米× 300毫米的×为：290mm，最高转速16000r/min，最大径向跳动1μm的大小，驱动重复定位精度0.25微米，在1微米，250毫米/秒的速度范围内，闭环控制，分辨率为0.1μm 。它使用0.2mm的小型钢铁厂，在70μm厚，薄板材的小微型槽金属加工。

7。精磨

精细磨削砂轮和附近作为整个轮叶片表面砂带可作为切削工具的出现。微粉磨设备时，应注意以下几个问题：磨料高高压下将成为钝温度;砂砾将下降的情况下高速起飞。

专为磨削硬脆材料，砂轮，保持锋利切削刃的状态是在ELID镜面使用(ELID磨削中的关键工序磨削砂轮修整过程轮)是优良的有效途径。还可以使用高硬度，耐高温，耐磨的研磨材料将放缓，脱落磨料钝。

8。微细电火花加工

电火花放电加工原理和总的原则是基本相同，都是基于在绝缘电极和工件的工作，通过之间的电火花放电腐蚀腐蚀比多余材料，以达到合适的零件尺寸，形状脉冲液体和前处理要求的表面质量。

电火花加工具有低应力，无毛刺，可处理高硬度材料等，在微加工领域被广泛使用，已成为发展的一个重要领域。

执行是关键微细电火花加工电极的制作，使用很小很小的能量放电功率，工具电极微伺服进给，加工状态监测，系统控制和处理方法。

东京大学Masuzawa T和其他人的反盗版电火花加工过程的基础上，采用线性电极更换模块研制成功的反复制线电极电火花磨削成功解决了微电极的生产，使微细电火花加工转化为现实性的阶段，成为一个热门的微机械加工领域。

更全面的比较8微处理技术，从单一的加工精度，表面粗糙度等考虑，LIGA技术是最好的，其次是休息的光刻，微加工技术的最差。各种加工方法，由于其有限的加工理论，有它自己的微加工的形状结构。例如，LIGA技术只能处理微柱状结构;罚款回转类零件车削加工，精细研磨加工微沟槽型结构。

对于微结构精密，准确度不高的可能，还要考虑价格，时间和其他因素。一般来说，为了满足生命周期短，成本低的处理方法的要求是最好的很长的路。

应用实例

LIGA技术为基础的处理核心插入发挥关键作用，是难以实现规模小，精度高，该类型的高宽比核心插入已成功地使用这种技术。

中南科技大学机电工程，沉龙博士江模具研究所制作的微透镜阵列模芯插入时所采用的技术。首先，形状微透镜阵列，刀片化设计的核心，是由于注射成型工艺参数微透镜阵列，通过产品的收缩率降低到接近零的优化，以确保产品的精度和质量，但还考虑在收缩和模具制造的核心经济实验的不确定性。

以下是对模芯插入设计谈不考虑收缩产品，旨在腔1:1的比例。设计，而且还考虑到核心插入结构设计和工艺技术的滑动装置将被使用。

随着微机电系统微型工件场对持续改进和质量要求，微模具加工技术日益增长的需求一直在发展和完善，以满足微型工件的要求。

传统的处理方法，三维微细加工微腔，虽然过程很简单，实用，并且不需要太多的投资，但加工型腔尺寸过大，精度太低;电化学虽然是比较复杂的特殊处理，但难以切削材料，复杂表面和低刚度在模具型腔加工材料具有不可替代的优势;在LIGA技术和UV - LIGA技术，光处理技术为代表，工艺最复杂，但精度最高可长宽比达到最大值，最小模腔的大小是微型模具加工最有前途的方法。

为了满足微产品的需求更多的地方，除了在微机械加工尺寸切割不断减少，更高的精度进一步的研究工作，我们还必须不断开发新的特殊的处理技术和光学加工技术。