近年来发展迅猛的微型模具加工技术

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1、近年来发展迅猛的微型模具加工技术　　近年来发展迅猛的微型模具加工技术　　　　微型模具并不一定指体积微小，传统的体积大但具有微结构特征的模具也称作微型模具。目前对微制品的概念还没有准确的定义，从微注塑成形的角度，给出了微型制品的含义，即微型制品应具有以下特征：整体结构尺寸微小，通常其单件重量仅为几毫克;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，但应有微米量级的尺寸精度。如果在尺寸和制造精度上加以限定，即微型模具拥有以下几个特征：成形制件体积达到1立方

2、毫米;微观尺寸从几微米到几百微米;模具表面粗糙度在0.1μm以下;模具制造精度从1μm到0.1μm。微型模具的制造难点在于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基本一致。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，这不仅便于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。现在发展起来的光刻技术虽然能实现尺寸小精度高的要求，但光刻技

3、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其广泛应用。　　　　微型模具加工技术经过近几年快速发展，种类比较繁多。按其加工原理不同可分为三大类：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、微细铣削、微细磨削、微细电火花等传统加工法。　　光制作技术主要应用于具有微米级微结构的零件加工，加工精度达10nm以下;微机械加工技术应用于具有毫米级微结构的零件加工，加工精度100nm以下。　　（1）.LIGA技术　　LIGA技术是近年来

4、发展起来的新型光制作技术，名称源于德文，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。　　（2）.UV-LIGA技术　　昂贵的同步辐射X射线限制了LIGA技术的应用。而采用与其相似的工艺原理，探索低成本高深宽比的准LIGA技术应运而生，衍生出UV-LIGA技术、Laser-LIGA技术和Dem技术等。　　适用于中厚度的光刻胶的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(大于4μ

5、m)时需要采用多次曝光、多次显影的方法来实现。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。　　（3）.电子束光刻技术　　电子束光刻技术是利用电子束作用在光刻胶上形成微纳结构的一种加工技术。它需要一个产生电子束的曝光机，目前曝光机主要有两种类型：直写式和投影式。直写式曝光机将聚集的电子束直接打在表面涂有光刻胶的衬底上，不需要光学光刻工艺中昂贵的掩膜。而随着直写式电子束曝光机的小型化，直写式光刻技术在科研中的应用将越来越广泛。但是其局限性在于，电子束是扫描成像型的，生产率极低，

6、远未达到光学光刻所能达到的40-100片/小时的生产率，很难适用于大规模批量生产。正因为如此，电子束光刻一般用于制作高精度掩膜。　　（4）.刻蚀技术　　所谓刻蚀技术就是用化学或者物理的方法有选择的从基片表面除去不需要材料的过程。其从机理上分为湿法和干法两类。湿法刻蚀是将硅片浸泡在可与被刻蚀薄膜进行反应的溶液中，用化学方法除去不需要部分的薄膜。　　干法刻蚀是将被加工的基片置於等离子体中，在带有腐蚀性，具有一定能量粒子的轰击下，反应生成气态物质，去除被刻蚀薄膜，此种方法一般具有各向异性。　　干法刻蚀的种类较多，根据其作用机理

7、可分为物理刻蚀，化学刻蚀，物理-化学刻蚀三类。在干法刻蚀中，物理溅射作用越大，侧向刻蚀越小，各向异性越好，但是其选择性差，刻蚀速率低，对基片损伤大。干法刻蚀可以分为等离子体刻蚀，反应离子刻蚀，溅射刻蚀，离子束刻蚀，反应离子束刻蚀等。　　(5).微细车削　　微细车削是加工回转类零件的有效方法。加工微型零件时要求有合理的微型化车床、状态监测系统、高速高回转精度主轴、高分辨率的伺服进给系统，且刀刃足够小、硬度足够高的车刀。相比普通车削，微细车削的车床和刀具更小，当然工件也更小。　　(6).微细铣削　　微细铣削技术主要是采用直径

8、几十微米至一毫米的微型立铣刀，在常规尺寸的超精密机床上进行微细加工。　　由于这些机床主要用于加工精度很高的非微小几何尺寸零件，通常需要昂贵的设计和制造工艺来达到期望精度，而对于微小零件，则缺少必要的柔性，且成本高，效率低。研发制造一种微型化的铣削加工设备迫在眉睫，它具有节省空间，节省能源，易于重组，成本低等优点。