微型模具加工技术0001

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1、微型模具加工技术微型制件、微型模具的应用技术与由场前呆随着微纳米科技的进步，产品不断向微熨化方向发展，特徵尺寸为微米级的微机电系统受到了人们的高度觅视。微机电系统(MEMS,Micro-Electro-MechanicalSystems)技术是集微型传感器、执行器以及信号处理和控制电路、接口电路、通信和电源於一体的微型机电系统。MEMS包括微型机构、微型传感器、微型执行器和相应的处理电路等儿部分，是在融合多种微细加工技术、并在应用现代信息技术最新成果的基础上发展起来的高科技前沿学科。MEMS为美国叫法，在日木被称为微机械，在欧洲则被称作微系统。近儿年，ME

2、MS已相继应用於粘密机械、光电通讯、影像传输、生化I矢疗、信息储存等领域，如微齿轮、插头式光纤连接器、医学川微塑泵、导光板、微透镜、内窥镜零件、微流控芯片、细胞培养用微型容器，以及旋转传感器中的衍射光栅等(图1),其广泛应用值得期待。图1具有微结构的制品A为微齿轮，B为微透镜，C为导光板目前对微制品的概念还没冇准确的定义，从微注塑成形的角度,给出了微型制品的含义，即微型制品应具右以下特徵：整体结构尺寸微小，通常其单件重量仅为儿毫克；具有表面微小结构，即制品总体尺寸仍为普通尺寸，但其局部细微结构的尺度为微米量级；微型精密零件,是指制品尺寸为任意的，但应有微米

3、量级的尺寸精度。如果在尺寸和制造梢度上加以限定,即微型模具拥有以下儿个特徵：成形制件体积达到1立方毫米；微观尺寸从儿微米到儿白微米；模具表面粗糙度在O.gm以下：模具制造精度从gm到0.1pm。预计从2010年开始，屮国MEMS市场增速将加快，2011年的增速有望达29.2%.微型模具加工难点微型模具并不一定指体积微小，传统的体积人但具有微结构特徵的模具也称作微型模具。微型模具的制造难点在於微小型腔或微小凸凹结构加工，而模具其它结构件的制造与普通模具慕木一致。微小型腔的成形可在一个小体积的金属块上加工，然後把金属块作为一个镶块嵌入模板并进行整体组装，这不仅

4、便於微小型腔的微细加工和镶块的更换，且能提高模具整体寿命。传统的机械式加工方法不能加工尺寸太小或者微结构尺寸太小的微型模具，尺寸精度和表面粗糙度都达不到微型模具的设计要求。现在发展起來的光刻技术虽然能实现尺寸小精度高的要求，但光刻技术因其制造费用昂贵、加工周期长，工艺流程复杂等缺陷而限制了以广泛应用。微型模具加工技术发展快速种类繁多微型模具加工技术经过近儿年快速发展，种类比较繁多。按其加工原理不同可分为三人类:光制作技术，如LIGA技术、UV-LIGA技术、电子束光刻技术、激光加工技术；腐蚀技术,如刻蚀技术；微机械加工技术，如微细车削、微细铳削、微细瞬削、

5、微细电火花等传统加工法。光制作技术主要应川於具有微米级微结构的零件加工，加工粘度达10nm以下；微机械加工技术应用於具毫米级微结构的零件加工，加工精度100nm以下。1丄IGA技术LIGA技术是近年来发展起来的新世光制作技术，名称源於德文，意指为深度X射线刻蚀、电铸成型和塑料铸模等技术的完美结合。其主要工艺流程如下。深度X射线刻蚀:利用同步辐射X射线在几方微米悖的光刻胶上刻蚀出较大高宽比的光刻胶图形，高宽比一般达到100。电铸成型及制模：将金属从电极上沉积在底板的光刻胶图形的空隙里，直至金属填满整个光刻胶的图形空隙为止。实际上，这一过程是将光刻胶图形转化为

6、相反结构的金属图形。此金属结构可作为最终产品，也町以作为批量复制的模具。注模复制：将去掉棊板和光刻胶的金属模壳附上带有注入孔的金属板，从注入孔向型腔中注入塑料，冷却後去掉模壳。在金属板上留下一个塑料结构，此塑料结构作为微制品。与传统的其它微细加工技术相比，LIGA技术有许多优点：精度高，能达到亚微米级；对以得到高的深宽比结构，达儿白以上；沿高度方向的直线性和垂直度非常好；适用於多种材料,如金屈，陶瓷和聚合物。其缺点则是：需使用昂贵的同步辎射X射线，成本高；得到的形状是柱状，难以加工曲面和斜回的微器件；不能牛成口小肚大的腔体。2.UV-LIGA技术昂贵的同步

7、辐射X射线限制了LIGA技术的应用。而采用为其相似的工艺原理，探索低成本高深宽比的准LIGA技术应运而牛，衍牛出UV丄IGA技术、Laser-LIGA技术和Dem技术等。适於中厚度的光刻胶的UV-LIGA技术已得到广泛应用，其技术实质是用深紫外光的深度曝光来替代LIGA技术的同步辐射X射线深度曝光。相比X射线，深紫外线的曝光深度要低很多，当曝光较厚的PMMA光刻胶（人於4pm）时需要采川多次曝光、多次显影的方法來实现。现在IBM公司研发出一种新型的负深紫外线光刻胶SU-8,能减少曝光次数，得到较好的曝光效果。下为该技术的主要工艺流程。深度紫外线曝光：利川紫

8、外线存SU-8光刻胶上刻蚀出光刻胶图形。电铸成型及制模：将金属从电