激光微细加工技术及其在MEMS微制造中的应用 (1).pdf

激光微细加工技术及其在!"!#微制造中的应用

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潘开林!"陈子辰"傅建中!
（!浙江大学生产工程研究所"桂林电子工业学院）

摘要：文章综述了当前!"!#各类微制造技术，阐述了各种激光微细加工技术的原理、特点，主要包括准
分子激光微细加工技术、激光$%&’技术、激光微细立体光刻技术等，以及它们在!"!#微制造中
的应用。
关键词：激光微细加工微机电系统激光$%&’微细立体光刻微制造

［］
上述各类技术的对比分析如表7所示=。
(!"!#及其微制造技术概述
表(!"!#主要微制造技术对比
微机电系统（）是微电子技术的延伸与拓宽，几何自
!"!#技术最小尺寸精度高宽比粗糙度材料范围
它不但具有信号处理能力，而且具有对外部世界的感由度
289)金属、聚合物、
知功能和执行功能，在此基础上可开发出高度智能、高技术BBBBBBBB陶瓷
功能密度的新型系统。器件与系统未来将成为
!"!#刻蚀技术BCBCBC金属、聚合物
多个领域的核心，其作用与以为代表的集成电路准分子金属、聚合物、
$%&（）
激光CBCBCCB陶瓷
构成当今电子系统的核心一样。鉴于!"!#技术的重
微细立
（）（）聚合物
要技术经济潜力和战略地位，引起了世界各国的高度体光刻CBCBBBCBB
重视。!"!#主要是美国学者的称谓，在日本称为微微细电金属、半导体、
BBBBBBB
机械，在欧洲称为微系统。此外，微技术在不同的学科火化陶瓷
与应用领域，还有类似的不同的专业或行业术语，如生2$?’BBCBBCB金属、半导体
金刚石非铁金属、
物技术领域的基因芯片（芯片）、生物芯片（
’()*+,-精密切削BBBBBCC聚合物
），分析化学领域的微全流体分析系统（）、芯
$.+/01)#注：表中BB、B、C、CC分别表示很好、好、较差、很差，BC表示不同
片实验室（234,5$.+/），与光学集成形成微光机电系应用条件下的相对效果，括号内的“B”表示最新研究有所进展。
统（!6"!#）等。在目前!"!#微细加工技术的研究与应用中，激
!"!#是从微电子技术发展而来，其微制造技术光微细加工技术得到了广泛的关注与研究。激光微细
主要沿用微电子加工技术与设备。微电子加工技术与加工制造商宣称激光微细加工技术具有：非接触工艺、
设备价格昂贵，适合批量生产。由于微电子工艺是平有选择性加工、热影响区域小、高精度与高重复率、高
面工艺，在加工!"!#三维结构方面有一定的难度。的零件尺寸与形状的加工柔性等优点。
目前，通过与其它学科的交叉渗透，已研究开发出以下实际上，激光微细加工技术最大的特点是“直写”
一些特定的!"!#微制造技术。加工，简化了工艺，实现了!"!#的快速原型制造。此
（7）289)技术289)和准289)技术最大的特点外，该方法没有诸如腐蚀等方法带来的环境污染问题，
是可制出高径比很大的微构件，但缺点同样突出，成本可谓“绿色制造”。
高。在!"!#微制造中主要采用的激光微细加工技术
（:）材料去除加工技术这类技术主要包括准分有：激光直写微细加工、激光289)、激光微细立体光刻
子激光微细加工［7;<］、微细电火花加工［=］、以牺牲层技等，下面分别加以介绍。
术为代表的硅表面微细加工、以腐蚀技术为主体的体
准分子激光直写微细加工及其在中
硅加工技术、电子束铣、聚焦离子束铣等。)!"!#
的应用
（>）材料淀积加工技术这类技术主要包括激光
［、］
辅助淀积（2$?’）、微细立体光刻@A、电化学淀积等。准分子激光以其高分辨率、光子能量大、冷加工、

万方数据·=·
直写加工特性以及对加工材料广泛的适应性使其成为)*+工业与平板显示器等。
一种重要的!"!#微细加工技术。其加工系统原理如
图$。
在准分子激光微细加工系统中，大多采用掩膜投
影加工，也可以不用掩膜，直接利用聚焦光斑刻蚀工件
材料，综合激光光束扫描运动与!%"工作平台的相对
运动以及#方向的微进给，实现
三维微结构加工，其原理与快速图’采用动态掩膜制作图&采用动态工件制作
成型制造系统类似。一般的光的微流体通道的微光学表面
束处理与调整环节包括准分子
!激光"#$%技术及其应用
激光器、声光调制器、衰减器、光
束匀化器与显微物镜等。声光,-./是德国学者发明的微制造技术，它是德文光
调制器控制准分子激光的通断；刻（,0123456708）、电铸（.69:6;3735<=;4）、模铸（/>735<=;4）
的缩写，主要包括三个工艺：深层同步辐射软射线
衰减器调节激光束能量；光束匀图$准分子激光微强?
化器使激光光强分布均匀化；显加工系统原理图光刻、电铸成型及铸塑。它最大的特点是能制作高径
微物