微米、納米級制造技術介紹

微尺寸制造，是現代制造業的最重要的一種方式。從電子半導體，到生物醫療，再到航空航天工業，企業正在使用更小、更精密的組件。制造方法必須適應這些組件的精密生產和成本效益。傳統制造方法可能無法在這種規格尺寸上進行加工，但微制造方法不但尺寸精密，而且產能高效，并且質量可靠。更重要的還是節省材料，成本優勢巨大。

所謂的微觀制造，主要是指制造微小尺寸的零件。這些類型的微加工技術常用制造電子和機械元件，再用這些元件來創建微觀、或高精度組件。

通常，被認為是微型部件，最終產品的尺寸需要在10毫米以下，公差在0.1到1微米的范圍以內，甚至幾個納米。微觀制造生產工藝因所討論的產品而異，下面就詳細列舉討論一些常見的微觀制造方法：

蝕刻法，是常用的減材制造方法，可以在基材內創建三維立體結構。蝕刻法通過有干法或濕法兩種工藝，用來在硅片上加工出所需的結構形狀。

濕法蝕刻使用化學溶劑來實現這一點，而干法蝕刻使用等離子體從所需區域去除材料。通過光刻技術在晶圓表面添加掩膜，以防止不需要加工的位置被蝕刻，然后蝕刻化學劑從未受保護的部分去除材料。這種生產方法的主要優點是它非常便宜，并且最適合創建具有簡單幾何形狀的微結構。

沉積法是在基板材料上再附加材料的過程。通常是通過沉積一系列的涂層來完成，可以再使用蝕刻法對沉積層進行修改。在一般的表面微加工過程中，首先添加一個遮蔽層，使用蝕刻工藝進行雕刻，然后在其上添加一個功能層，然后去除遮蔽層，從而在產品表面產生所需的功能結構。這種工藝過程較為昂貴，但它的材料損耗低，尺寸小，結構均勻性好。

以上兩種方法主要用于制造芯片或一些電子元件，大多情況是兩種方法配合使用，以制造出非常復雜的微觀結構。

模具成型是一種用于多種材料的工藝過程，包括塑料、玻璃和金屬等，將基材模塑成所需的形狀。這種制造方法通常將液態材料注射到模具中，在模腔內凝固形成一個固體零件。微成型將這一概念轉化為更小的尺度，允許創建尺寸或厚度為毫米、微米級的復雜物體。這些微小尺寸的制造，需要使用專用的材料來進行。這種微成型技術在電子和醫療行業被廣泛應用。

傳統的電弧焊是對工件施加電脈沖，熔化材料進行熔接。微焊接使用相同原理，用較低的電流，在更精確的水平上實現類似的結果。另外，使用激光的微焊技術，被更加廣泛使用。

微焊接也被稱為精密焊接，它使用非常薄的材料和嚴格的公差，通常焊接要求低于一微米。這也是一個很容易自動化的過程，并且可以做到非常高的精度和一致性。微焊接通常用于生產電子元件，也用于生產醫療植入器材和航空航天元件。

數控加工在整個制造業中普遍用于在宏觀尺度，生產復雜的幾何形狀。數控工加同樣可以加工出微觀尺度，同樣可以達到微觀的公差，使用塑料或金屬材料加工出微觀復雜的結構形狀。機械加工通常包括銑削、車削、磨削等，在做微觀尺度加工時，需要專門的數控設備，這些加工的精度同樣能夠達到1微米以內的精度，甚至0.1微米，幾十納米的精度，都是可以用機加工的方法達到的。精微加工常用于生產醫療和航空航天部件，特別是復雜部件。

增材工藝包括在基材上添加更多材料的任何過程。沉積是制造中最常見的增材工藝之一，在微制造中非常有用。激光金屬沉積特別受歡迎，將金屬粉末熔化到基材上，形成具有控制尺寸的牢固結合涂層。這種方法可以用堆疊層來改變零件的形狀和尺寸。這種方法需要的能量較低，不需要切削液，不產生灰塵，并且非?？焖?，高效，變形也很小。

微制造概念的核心思想是，小型化操作可以在有限的空間和材料下實現高吞吐量，這樣做可以為制造商和消費者帶來更多方便和利益。微觀制造工藝更能滿足當今工業市場的加工需求。因為微制造方法的具有以下的幾點好處：

微制造工藝可以生產特征尺寸小于0.1毫米的零件，僅比人類頭發略厚（發絲直徑為60至80微米）。并且能在這種小尺寸加工中保證高水平的精度。這對于精度要求高的電子、醫療和航空航天應用至關重要。

小尺寸產品的生產時間通常更短。這意味著更快地周轉時間，更低的成本和更高的客戶滿意度。

微觀制造正在成為制造業的一大趨勢，并且仍有很大的發展空間，技術也有待完善。隨著微技術的不斷發展和對使用該技術的產品需求的增加，微制造技術將繼續發展和提高。

微制造操作可以生產難以置信的微小產品，而且產生質量高，成本低，這些好處將繼續增長。隨著時間的推移，特別是隨著世界越來越多地轉向微技術，企業將通過采用微制造技術獲得更大的投資回報。

審核編輯：黃飛