微型機(jī)械加工或稱(chēng)微型機(jī)電系統(tǒng)或微型系統(tǒng)是只可以批量制作的,集微型機(jī)構(gòu),微型傳感器,微型執(zhí)行器以及信號(hào)處理和控制電路.甚至外圍接口.通訊電路和電源等于一體的微型器件或系統(tǒng).其主要特點(diǎn)有:體積小(特征尺寸范圍為:1μm-10mm).重量輕.耗能低.性能穩(wěn)定,有利于大批量生產(chǎn).降低生產(chǎn)成本,慣性小.諧振頻率高.響應(yīng)時(shí)間短,集約高技術(shù)成果.附加值高.微型機(jī)械的目的不僅僅在于縮小尺寸和體積.其目標(biāo)更在于通過(guò)微型化.集成化.來(lái)搜索新原理.新功能的元件和系統(tǒng).開(kāi)辟一個(gè)新技術(shù)領(lǐng)域.形成批量化產(chǎn)業(yè). 微型機(jī)械加工技術(shù)是指制作為機(jī)械裝置的微細(xì)加工技術(shù).微細(xì)加工的出現(xiàn)和發(fā)展早是與大規(guī)模集成電路密切相關(guān)的.集成電路要求在微小面積的半導(dǎo)體上能容納更多的電子元件.以形成功能復(fù)雜而完善的電路.電路微細(xì)圖案中的最小線條寬度是提高集成電路集成度的關(guān)鍵技術(shù)標(biāo)志.微細(xì)加工對(duì)微電子工業(yè)而言就是一種加工尺度從微米到納米量級(jí)的制造微小尺寸元器件或薄模圖形的先進(jìn)制造技術(shù).目前微型加工技術(shù)主要有基于從半導(dǎo)體集成電路微細(xì)加工工藝中發(fā)展起來(lái)的硅平面加工和體加工工藝.上世紀(jì)八十年代中期以后在LIGA加工(微型鑄模電鍍工藝).準(zhǔn)LIGA加工.超微細(xì)加工.微細(xì)電火花加工(EDM).等離子束加工.電子束加工.快速原型制造(RPM)以及鍵合技術(shù)等微細(xì)加工工藝方面取得相當(dāng)大的進(jìn)展. 微型機(jī)械系統(tǒng)可以完成大型機(jī)電系統(tǒng)所不能完成的任務(wù).微型機(jī)械與電子技術(shù)緊密結(jié)合.將使種類(lèi)繁多的微型器件問(wèn)世.這些微器件采用大批量集成制造.價(jià)格低廉.將廣泛地應(yīng)用于人類(lèi)生活眾多領(lǐng)域.可以預(yù)料.在本世紀(jì)內(nèi).微型機(jī)械將逐步從實(shí)驗(yàn)室走向適用化.對(duì)工農(nóng)業(yè).信息.環(huán)境.生物醫(yī)療.空間.國(guó)防等領(lǐng)域的發(fā)展將產(chǎn)生重大影響.微細(xì)機(jī)械加工技術(shù)是微型機(jī)械技術(shù)領(lǐng)域的一個(gè)非常重要而又非?；钴S的技術(shù)領(lǐng)域.其發(fā)展不僅可帶動(dòng)許多相關(guān)學(xué)科的發(fā)展.更是與國(guó)家科技發(fā)展.經(jīng)濟(jì)和國(guó)防建設(shè)息息相關(guān).微型機(jī)械加工技術(shù)的發(fā)展有著巨大的產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用前景。

   1959年.RichardPFeynman(1965年諾貝爾物理獎(jiǎng)獲得者)就提出了微型機(jī)械的設(shè)想. 

   1962年第一個(gè)硅微型壓力傳感器問(wèn)世.氣候開(kāi)發(fā)出尺寸為50-500μm的齒輪.齒輪泵.氣動(dòng)渦輪及聯(lián)接件等微機(jī)械.

   1965年.斯坦福大學(xué)研制出硅腦電極探針.后來(lái)又在掃描隧道顯微鏡.微型傳感器方面取得成功.

   1987年美國(guó)加州大學(xué)伯克利分校研制出轉(zhuǎn)子直徑為60-12μm的利用硅微型靜電機(jī).顯示出利用硅微加工工藝制造小可動(dòng)結(jié)構(gòu)并與集成電路兼容以制造微小系統(tǒng)的潛力. 

   微型機(jī)械在國(guó)外已受到政府部門(mén).企業(yè)界.高等學(xué)校與研究機(jī)構(gòu)的高度重視.美國(guó)MIT.Berkeley.Stanford\\AT&T和的15名科學(xué)家在上世紀(jì)八十年代末提出"小機(jī)器.大機(jī)遇:關(guān)于新興領(lǐng)域--微動(dòng)力學(xué)的報(bào)告"的國(guó)家建議書(shū).聲稱(chēng)"由于微動(dòng)力學(xué)(微系統(tǒng))在美國(guó)的緊迫性.應(yīng)在這樣一個(gè)新的重要技術(shù)領(lǐng)域與其他國(guó)家的競(jìng)爭(zhēng)中走在前面".建議中央財(cái)政預(yù)支費(fèi)用為五年5000萬(wàn)美元.得到美國(guó)領(lǐng)導(dǎo)機(jī)構(gòu)重視.連續(xù)大力投資.并把航空航天.信息和MEMS作為科技發(fā)展的三大重點(diǎn).美國(guó)宇航局投資1億美元著手研制"發(fā)現(xiàn)號(hào)微型衛(wèi)星".美國(guó)國(guó)家科學(xué)基金會(huì)把MEMS作為一個(gè)新崛起的研究領(lǐng)域制定了資助微型電子機(jī)械系統(tǒng)的研究的計(jì)劃.從1998年開(kāi)始.資助MIT.加州大學(xué)等8所大學(xué)和貝爾實(shí)驗(yàn)室從事這一領(lǐng)域的研究與開(kāi)發(fā).年資助額從100萬(wàn).200萬(wàn)加到1993年的500萬(wàn)美元.1994年發(fā)布的<美國(guó)國(guó)防部技術(shù)計(jì)劃>報(bào)告.把MEMS列為關(guān)鍵技術(shù)項(xiàng)目.美國(guó)國(guó)防部高級(jí)研究計(jì)劃局積極領(lǐng)導(dǎo)和支持MEMS的研究和軍事應(yīng)用.現(xiàn)已建成一條MEMS標(biāo)準(zhǔn)工藝線以促進(jìn)新型元件/裝置的研究與開(kāi)發(fā).美國(guó)工業(yè)主要致力于傳感器.位移傳感器.應(yīng)變儀和加速度表等傳感器有關(guān)領(lǐng)域的研究.很多機(jī)構(gòu)參加了微型機(jī)械系統(tǒng)的研究.如康奈爾大學(xué).斯坦福大學(xué).加州大學(xué)伯克利分校.密執(zhí)安大學(xué).威斯康星大學(xué).老倫茲得莫爾國(guó)家研究等.加州大學(xué)伯克利傳感器和執(zhí)行器中心(BSAC)得到國(guó)防部和十幾家公司資助1500萬(wàn)元后.建立了1115m2研究開(kāi)發(fā)MEMS的超凈實(shí)驗(yàn)室. 日本通產(chǎn)省1991年開(kāi)始啟動(dòng)一項(xiàng)為期10年.耗資250億日元的微型大型研究計(jì)劃.研制兩臺(tái)樣機(jī).一臺(tái)用于醫(yī)療.進(jìn)入人體進(jìn)行診斷和微型手術(shù).另一臺(tái)用于工業(yè).對(duì)飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)和原子能設(shè)備的微小裂紋實(shí)施維修.該計(jì)劃有筑波大學(xué).東京工業(yè)大學(xué).東北大學(xué).早稻田大學(xué)和富士通研究所等幾十家單位參加. 歐洲工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家也相繼對(duì)微型系統(tǒng)的研究開(kāi)發(fā)進(jìn)行了重點(diǎn)投資.德國(guó)自1988年開(kāi)始微加工十年計(jì)劃項(xiàng)目.其科技部于1990-1993年撥款4萬(wàn)馬克支持"微系統(tǒng)計(jì)劃"研究.并把微系統(tǒng)列為本世紀(jì)初科技發(fā)展的重點(diǎn).德國(guó)首創(chuàng)的LIGA工藝.為MEMS的發(fā)展提供了新的技術(shù)手段.并已成為三維結(jié)構(gòu)制作的優(yōu)選工藝.法國(guó)1993年啟動(dòng)的7000萬(wàn)法郎的"微系統(tǒng)與技術(shù)"項(xiàng)目.歐共體組成"多功能微系統(tǒng)研究網(wǎng)絡(luò)NEXUS".聯(lián)合協(xié)調(diào)46個(gè)研究所的研究.瑞士在其傳統(tǒng)的鐘表制造行業(yè)和小型精密機(jī)械工業(yè)的基礎(chǔ)上也投入了MEMS的開(kāi)發(fā)工作.1992年投資為1000萬(wàn)美元.英國(guó)政府也制訂了納米科學(xué)計(jì)劃.在機(jī)械.光學(xué).電子學(xué)等領(lǐng)域列出8個(gè)項(xiàng)目進(jìn)行研究與開(kāi)發(fā).為了加強(qiáng)歐洲開(kāi)發(fā)MEMS的力量.一些歐洲公司已組成MEMS開(kāi)發(fā)集團(tuán). 目前已有大量的微型機(jī)械或微型系統(tǒng)被研究出來(lái).例如:尖端直徑為5μm的微型鑷子可以?shī)A起一個(gè)紅血球.尺寸為7mm×7mm×2mm的微型泵流量可達(dá)250μl/min能開(kāi)動(dòng)的汽車(chē).在磁場(chǎng)中飛行的機(jī)器蝴蝶.以及集微型速度計(jì).微型陀螺和信號(hào)處理系統(tǒng)為一體的微型慣性組合(MIMU).德國(guó)創(chuàng)造了LIGA工藝.制成了懸臂梁.執(zhí)行機(jī)構(gòu)以及微型泵.微型噴嘴.濕度.流量傳感器以及多種光學(xué)器件.美國(guó)加州理工學(xué)院在飛機(jī)翼面粘上相當(dāng)數(shù)量的1mm的微梁.控制其彎曲角度以影響飛機(jī)的空氣動(dòng)力學(xué)特性.美國(guó)大批量生產(chǎn)的硅加速度計(jì)把微型傳感器(機(jī)械部分)和集成電路(電信號(hào)源.放大器.信號(hào)處理和正檢正電路等)一起集成在硅片上3mm×3mm的范圍內(nèi).日本研制的數(shù)厘米見(jiàn)方的微型車(chē)床可加工精度達(dá)1.5μm的微細(xì)軸.                                            

   我國(guó)在科技部.國(guó)家自然基金委.教育部和總裝備部的資助下.一直在跟蹤國(guó)外的微型機(jī)械研究.積極開(kāi)展MEMS的研究.現(xiàn)有的微電子設(shè)備和同步加速器為微系統(tǒng)提供了基本條件.微細(xì)驅(qū)動(dòng)器和微型機(jī)器人的開(kāi)發(fā)早已列入國(guó)家863高技術(shù)計(jì)劃及攀登計(jì)劃B中.已有近40個(gè)研究小組.取得了以下一些研究成果.廣東工業(yè)大學(xué)與日本筑波大學(xué)合作.開(kāi)展了生物和醫(yī)用微型機(jī)器人的研究.已研制出一維.二維聯(lián)動(dòng)壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器.其位移范圍為10μm×10μm,位移分辨率為0.01μm.精度為0.1μm.正在研制6自由度微型機(jī)器人,長(zhǎng)春光學(xué)精密機(jī)器研究所研制出直徑為Φ3mm的壓電電機(jī).電磁電機(jī).微測(cè)試儀器和微操作系統(tǒng).上海冶金研究所研制出了微電機(jī).多晶硅梁結(jié)構(gòu).微泵與閥.上海交通大學(xué)研制出Φ2mm的電磁電機(jī).南開(kāi)大學(xué)開(kāi)展了微型機(jī)器人控制技術(shù)的研究等. 我國(guó)有很多機(jī)構(gòu)對(duì)多種微型機(jī)械加工的方法開(kāi)展了相應(yīng)的研究.已奠定了一定的加工基礎(chǔ).能進(jìn)行硅平面加工和體硅加工.LIGA加工.微細(xì)電火花加工及立體光刻造型法加工等.

四，技術(shù)發(fā)展趨勢(shì) 

  微型機(jī)械加工技術(shù)的發(fā)展剛剛經(jīng)歷了十幾年.在加工技術(shù)不斷發(fā)展的同時(shí)發(fā)展了一批微小器件和系統(tǒng).顯示了巨大生命力.作為大批量生產(chǎn)的微型機(jī)械產(chǎn)品.將以其價(jià)格低廉和優(yōu)良性能贏得市場(chǎng).在生物工程.化學(xué).微分析.光學(xué).國(guó)防.航天.工業(yè)控制.醫(yī)療.通訊及信息處理.農(nóng)業(yè)和家庭服務(wù)等領(lǐng)域有著潛在的巨大應(yīng)用前景.當(dāng)前.作為大批量生產(chǎn)的微型機(jī)械產(chǎn)品如微型壓力傳感器.微細(xì)加速度計(jì)和噴墨打印頭已經(jīng)占領(lǐng)了巨大市場(chǎng).目前市場(chǎng)上以流體調(diào)節(jié)與控制的微機(jī)電系統(tǒng)為主.其次為壓力傳感器和慣性傳感器.1995年全球微型機(jī)械的銷(xiāo)售額為15億美元.有人預(yù)計(jì)到2002年.相關(guān)產(chǎn)品值將達(dá)到400億美元.顯然微型機(jī)械及其加工技術(shù)有著巨大的市場(chǎng)和經(jīng)濟(jì)效益. 微型機(jī)械是一門(mén)交叉科學(xué).和它相關(guān)的每一技術(shù)的發(fā)展都會(huì)促使微型機(jī)械的發(fā)展.隨著微電子學(xué).材料學(xué).信息學(xué)等的不斷發(fā)展.微型機(jī)械具備了更好的發(fā)展基礎(chǔ).由于其巨大的應(yīng)用前景和經(jīng)濟(jì)效益以及政府.企業(yè)的重視.微型機(jī)械發(fā)展必將有更大的飛躍.新原理.新功能.新結(jié)構(gòu)體系的微傳感器.微執(zhí)行器和系統(tǒng)將不斷出現(xiàn).并可嵌入大的機(jī)械設(shè)備.提高自動(dòng)化和智能水平. 微型機(jī)械加工技術(shù)作為微型機(jī)械的最關(guān)鍵技術(shù).也必將有一個(gè)大的發(fā)展.硅加工.LIGA加工和準(zhǔn)LIGA加工正向著更復(fù)雜.更高深度適合各種要求的材料特性和表面特性的微結(jié)構(gòu)以及制作不同材料特別是功能材料微結(jié)構(gòu).更易于與電路集成的方向發(fā)展.多種加工技術(shù)結(jié)合也是其重要方向.微型機(jī)械在設(shè)計(jì)方面正向著進(jìn)行結(jié)構(gòu)和工藝設(shè)計(jì)的同時(shí)實(shí)現(xiàn)器件和系統(tǒng)的特性分析和評(píng)價(jià)的設(shè)計(jì)系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)方向發(fā)展.引入虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù). 我國(guó)在微型加工技術(shù)發(fā)展的優(yōu)先發(fā)展領(lǐng)域是生物學(xué).環(huán)境監(jiān)控.航空航天.工業(yè)與國(guó)防等領(lǐng)域.建設(shè)好幾個(gè)有世界先進(jìn)水平的微型機(jī)械研究開(kāi)發(fā)基地.同時(shí)亦重視微觀尺度上的新物理現(xiàn)象和新效應(yīng)的研究.加速我國(guó)微型機(jī)械的研究與開(kāi)發(fā).迎接二十一世紀(jì)技術(shù)與產(chǎn)業(yè)革命的挑戰(zhàn).

五，關(guān)鍵技術(shù) 

  微型機(jī)械是一個(gè)新興的.多學(xué)科交叉的高科技領(lǐng)域.面臨許多課題.涉及許多關(guān)鍵技術(shù). 當(dāng)一個(gè)系統(tǒng)的特征尺寸達(dá)到微米級(jí)和納米級(jí)時(shí).將會(huì)產(chǎn)生許多新的科學(xué)問(wèn)題.例如隨著尺寸的減少.表面積與體積之比增加.表面力學(xué).表面物理效應(yīng)將起主導(dǎo)作用.傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)和分析方法將不再適用.為摩擦學(xué).微熱力這等問(wèn)題在微系統(tǒng)中將至關(guān)重要.微系統(tǒng)尺度效應(yīng)研究將有助于微系統(tǒng)的創(chuàng)新. 微型機(jī)械不是傳統(tǒng)機(jī)械直接微型化.它遠(yuǎn)超出了傳統(tǒng)機(jī)械的概念和范疇.微型機(jī)械在尺度效應(yīng).結(jié)構(gòu).材料.制造方法和工作原理等方面.都與傳統(tǒng)機(jī)械截然不同.微系統(tǒng)的尺度效應(yīng).物理特性研究.設(shè)計(jì).制造和測(cè)試研究是微系統(tǒng)領(lǐng)域的重要研究?jī)?nèi)容. 在微系統(tǒng)的研究工作方面.一些國(guó)內(nèi)外研究機(jī)構(gòu)已在微小型化尺寸效應(yīng).微細(xì)加工工藝.微型機(jī)械材料和微型結(jié)構(gòu)件.微型傳感器.微型執(zhí)行器.微型機(jī)構(gòu)測(cè)量技術(shù).微量流體控制和微系統(tǒng)集成控制以及應(yīng)用等方面取得不同程度的階段性成果.微型機(jī)械加工技術(shù)是微型機(jī)械發(fā)展的關(guān)鍵基礎(chǔ)技術(shù).其中包括微型機(jī)械設(shè)計(jì)微細(xì)加工技術(shù).微型機(jī)械組裝和封裝技術(shù).為系統(tǒng)的表征和測(cè)量技術(shù)及微系統(tǒng)集成技術(shù).

六，前沿關(guān)鍵技術(shù) 

    1.微系統(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù) 主要是微結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)庫(kù).有限元和邊界分析.CAD/CAM仿真和擬實(shí)技術(shù).微系統(tǒng)建模等.微小型化的尺寸效應(yīng)和微小型理論基礎(chǔ)研究也是設(shè)計(jì)研究不可缺少的課題.如:力的尺寸效應(yīng).微結(jié)構(gòu)表面效應(yīng).微觀摩擦機(jī)理.熱傳導(dǎo).誤差效應(yīng)和微構(gòu)件材料性能等. 

    2.微細(xì)加工技術(shù) 主要指高深度比多層微結(jié)構(gòu)的硅表面加工和體加工技術(shù).利用X射線光刻.電鑄的LIGA和利用紫外線的準(zhǔn)LIGA加工技術(shù),微結(jié)構(gòu)特種精密加工技術(shù)包括微火花加工.能束加工.立體光刻成形加工,特殊材料特別是功能材料微結(jié)構(gòu)的加工技術(shù),多種加工方法的結(jié)合,微系統(tǒng)的集成技術(shù),微細(xì)加工新工藝探索等.

    3.微型機(jī)械組裝和封裝技術(shù) 主要指沾接材料的粘接.硅玻璃靜電封接.硅硅鍵合技術(shù)和自對(duì)準(zhǔn)組裝技術(shù).具有三維可動(dòng)部件的封裝技術(shù).真空封裝技術(shù)等新封裝技術(shù)的探索.

    4.微系統(tǒng)的表征和測(cè)試技術(shù) 主要有結(jié)構(gòu)材料特性測(cè)試技術(shù).微小力學(xué).電學(xué)等物理量的測(cè)量技術(shù).微型器件和微型系統(tǒng)性能的表征和測(cè)試技術(shù).微型系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性測(cè)試技術(shù).微型器件和微型系統(tǒng)可靠性的測(cè)量與評(píng)價(jià)技術(shù).