微装配技术发展综述

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1、微装配技术发展综述骆宽（邯郸派瑞节能控制技术有限公司河北邯郸056000）【摘要】本文详细地综述了近年来微装配技术的国内外发展现状以及其发展过程中面临的一些关键技术，并对微装配的发展进行了展望。.jyqkm的微小机械，1μm～1mm的微机械以及1nm～1μm的纳米机械。由于具有在狭小空间内进行作业而有不扰乱工作环境和对象的特点，微机电系统的意义和应用将涉及航空航天、军事、生物医学工程、太空探险、深海探查等诸多领域。如果一旦技术上成熟并形成产业化，必将对国民经济建设、国防建设乃至社会发展产生深远地影响，因此被誉为20世纪十

2、大关键技术之首，21世纪最具代表性的技术。?（2）微机电系统具有体积小、精度高、质量轻、性能稳定、可靠性高、能耗低、灵敏性和工作效率高、多功能和智能化、适合大批量生产、制造成本低廉等特点。其基本技术主要有微机械系统设计技术、复杂可动结构微细加工(高深宽比多层微结构加工)、微机械材料、微装配和封装、微操作、微测量、微系统的集成与控制、微宏接口等技术。微传感器、微致动器、微控制器，是微系统的基础单元。?（3）随着微机电系统技术的深入发展，微机械技术的研究已经从基础研究阶段逐步发展到研制开发与实用阶段，许多微传感器、微执行器和

3、微光学部件已经在许多行业获得应用。国外也正在从微型机械电子系统向微型光机电系统方向发展和扩展，在尺寸上会向更微型化电子机械系统逼近。而且，这些微机电系统日趋复杂，其中许多包含了不同的材料或者需要经过多种工序来实现。因此，针对微机电系统的微装配和微操作的研究日益引起国内外研究人员的高度重视。2.微装配的国内外发展概况?（1）微装配主要指对亚毫米尺寸(通常在几μm～几百μm之间)的零部件进行的装配作业。目前针对微米级的操作和装配问题，主要有2种解决方法：一是用带有超精密控制系统的一般操作手和系统，另一是将操作手微型化。利用集

4、成电路工艺制造微装配系统是未来发展的方向，但目前还有许多问题要解决。在传统的宏观技术上实现微装配是目前许多学者研究的内容，其系统类型大致分为远端操作方式和自动操作方式。近年来，越来越多的微装配领域的学者把注意力放在了自动微装配系统的研究上。?（2）鉴于微装配系统技术的优势和广阔的发展前景，各先进的工业化国家为了维持自身的竞争优势都对微机电系统技术表现出了足够的重视，纷纷投入巨资开展研究。日本、德国和美国在微装配系统的研究方面比较突出，已具有一定的成果。它们研制成功的微装配系统大致可分为2类：一种是基于SEM的装配系统，另

5、一种是基于传统光学显微镜的装配系统。前者具有放大倍数高、焦深大、分辨率高等特点，相比之下是一种理想的装配方法，但其不足之处是操作复杂且设备昂贵。而后者则有操作简单，成本低廉等优点。美国在微装配系统的开发研究方面取得了显著的进展，他们利用AFM(原子力显微镜)和高精度反馈技术，成功地感知了超光滑表面原子级尺寸的凹凸不平，同时还实现了原子迁移，展示了惊人的成就。?（3）日本东京大学研制的纳米机器人是由右腕、左腕和基座三部分组成，是在电子显微镜下工作的系统。右腕由压电元件驱动3轴，左腕由粗动和压电元件驱动3轴，基座有2轴机构。

6、其使用金刚石刀或用电解的钨针作为工具，该纳米机器人已做过LSI表面的铝配线切断实验。?（4）日本岛津制作所研制的生物细胞微操作器，具有2套三轴粗动、微动的作业腕。粗动作业腕由步进电机驱动，微动作业腕由音圈电机驱动。?（5）名古屋大学研制在血管中操作的有源导管，利用3个SMA(形状记忆合金)细丝来控制前端的导向。瑞典Uppsala大学研制的微机器人也是在电子显微镜下工作的，该机器人有两个作业腕，分别有4个和3个自由度。其工具为针状的镊子．利用该机器人已进行了切割200μm硅片、硅片熔接、制作硅单晶微型针等工作。?（6）我国

7、的微装配系统的研究工作起步于九十年代初，10多年来，国家自然科学基金委员会、国家科技部、中国科学院、国家教育部、总装备部和地方立了10余项与MEMs相关的重点和重大课题以及若干面上课题，总投资约1亿元人民币，其中也包括微装配系统的研究。目前，清华大学、大连理工大学和中国科学院长春光学精密机械研究所、北京大学、上海交通大学、重庆大学、中国科技大学、中国科学院电子所、中国科学院半导体所、南开大学、东南大学、复旦大学、西安交通大学、哈尔滨工业大学、南京航空航天大学、北京航空航天大学、浙江大学、华中理工大学、中国科学院高能物理研

8、究所、中国科学院力学所、中国科学院物理所、华东师范大学等，在微系统方面开展了微装配装置、生物细胞转基因微操作系统、微型光谱仪、微电泳芯片及细小管道微机器人等研究工作。其中，上海交通大学在成功研制2mm微动电机的基础上，自建了一套微型装配实验系统，主要是用来提供精密定位装置的操作平台；北京航空航天大学机器人研究所利用微