微機械加工技術在微傳感器中的應用分析

裘敏浩

（貴州電子信息職業技術學院，貴州 凱里 556000）

微機械加工技術在微傳感器中的應用分析

裘敏浩

（貴州電子信息職業技術學院，貴州 凱里 556000）

隨著科學技術的不斷發展，微傳感器因其微型化、智能化、低能耗和易集成的特點得到了廣泛應用。微機械加工技術在微傳感器的的制造工藝中得到了越來越多的應用。本文主要闡述了微機械加工技術在微傳感器中的應用。

為機械加工技術；微傳感器；應用

微機械加工又稱為微機電系統，是指可以批量制作的、集微型機構、微型傳感器、微型執行器以及信號燈處理和控制電路、甚至外圍接口、通訊電路和電源等于一體的微型器件或者系統。它的主要特點是體積小、重量輕、耗能低、準確度高并且能夠批量生產，從而降低成本。傳感器是可以將在橋梁上所受到力轉換成可以解讀的電信號，構成將現實中的集中力與電子設備之間的聯系，從而完成信號的處理。隨著人們生活水平不斷提高，對于各種具有多功能的小型設備的要求越來越高，同時在時代的發展潮流中，微傳感受到了越來越多的關注，隨著科學技術的不斷發展，微傳感已經成功的運用到許多的技術領域中。

1 微機械加工技術

微機械加工技術是微電子機械系統技術的核心，使用該技術可以制造出更為微小的結構。一般，微機械加工技術分為體微機械加工和表面微機械加工兩大類。體微機械加工技術主要是對單晶硅或者生有表面膜的體硅進行腐蝕，從而得到預期微型結構的一種加工技術。表面微機械加工技術主要是對沉積或生長在基片上的多層膜進行加工，得到各種微機械結構的一種加工技術。

（1）微機械加工的基礎技術。LIGA技術是微機械加工技術的基礎。LIGA技術的出現對微機械加工技術產生了非常重要的影響。在過去的十幾年中LIGA技術作為微機械的主要技術得到了廣泛的應用。LIGA不僅可以對金屬材料試件進行加工，而且也可以對非金屬材料的材料特別是陶瓷和塑料材料進行精密的加工。LIGA是一種三維的微機加工技術，其加工技術可以達到數百微米，同時加工的精度可以達到1μm。LIGA微機加工技術是以同步加速器為基礎，使用微機加工過程中衍射出來的X的光對試件的表面進行加工，同時在把實踐的圖形刻在逛敏聚合物層之上，通過表面的電場作用，遷移到所形成的模型之中，因此可以非常準確的形成所加工試件的結構。

（2）微放電加工技術。微放電加工技術運用的是對加工試件的阻力減到極小的過程，不僅可以對導電的金屬材料進行精密的加工，同時對于半導體材料進行加工，所以此技術在微機機械試件加工中運用很廣。除此之外微放電加工技術對銀鎢絲或者硬質合金絲電級在機床上成形等機床的關鍵問題有著非常有效的方法。

（3）體微機械加工技術。體微機械加工技術作為微機械技工技術的一個重要分支，在微機械加工技術工藝中起到了很大的作用。體微加工技術主要是利用專門的刻蝕技術刻蝕出三維微結構。刻蝕是一種對材料的某些部分進行有選擇地去除的工藝。腐蝕工藝在微機加工機械技術中占著重要的地位。腐蝕工藝的使用方法主要包括：濕法腐蝕和干法腐蝕。濕法腐蝕的原理是利用各種化學藥品通過化學反應，先將材料進行氧化，然后通過化學反應使被氧化的材料進行溶解。濕法腐蝕對外界環境的要求比較低，所以得到了很大的運用，其使用方法主要包括各向同性腐蝕和各項異性腐蝕兩大類。各向同性腐蝕中對試件的腐蝕的速度在各個方向是相同的，而且對腐蝕出各個樣式的圖形結構的有著很大的開發空間，其腐蝕的基本條件是硅表面必須有空穴，在HF—HNO3系統中，HNO3在化學反應過程中會使硅表面出現所需要的空穴；同時工作人員在使用各向異性的加工技術中應當注意各個方向上的腐蝕速度，同時可以人為的控制調節，不然腐蝕的速度加工過快時會對試件加工精度不夠準確，這將使得在一些精確度要求較高的技術的要求是非常的高的。對于控制腐蝕在各個方向上的速度是非常的重要的。腐蝕速度受到外界很多條件的約束，可以改變外界的影響因素來控制腐蝕的速度。

（4）表面微機械加工技術。其優勢就是表面微機機械加工技術在加工試件的表面上制造并成功使用更加小的微傳感器，同時與現有的IC技術有著非常好的兼容性。對現有的IC技術得到最大的發揮，對微機的控制技術有著非常高的控制技術。由于微機技術的發展潛力變大，所以得到了非常大的重視，在科技的發展過程中，微機技術的發展是史無前例的，同時它的涉及面是非常的廣，這里以多晶硅為核心材料的表面微機械加工技術進行解釋說明。多晶硅是表面微機械加工技術是一種非常使用的一種表面微機械加工技術，不僅可以對具有良好導電性和機械性的多晶硅有著非常精密的加工技術要求。還可以對多晶硅的沉淀技術有著非常廣的運用。多晶硅的沉積方法有：低壓化學氣相沉積法、分子束沉積法等采用不同的方法對微機加工的性能有著不同的要求，同時對加工的外界環境要求也有著很大的不同，技術人員應當給予更多的重視。在不同的溫度和不用的壓強下，硅烷分解得到的產物不同，其中包括無定形硅、部分結晶和多晶硅 等。

2 采用微機械加工技術在微傳感器中的實例

由于微機械加工技術可以批量的生產微傳感器從而降低成本，使得微機械加工技術在微傳感器的生產中得到了非常普遍的應用。

（1）石英加速度傳感器。石英加速度傳感器是由法國的LETI制造，通過微機械加工制作的石英加速度傳感器具有典型的設計外觀和尺寸。由于石英加速度傳感器具有體積小、重量輕、精度高、長期穩定性高的特點，使得石英加速度傳感器得到了非常廣泛的使用。其中石英加速度傳感器的厚度是125μm，梁寬5μm和8μm之間，梁長為2mm，質量塊為2mm×2mm，探測器的間隙是50μm，線圈的材料選擇金作為材料，厚度為3.5μm。

（2）熱紅外人體傳感器。熱紅外人體傳感器特別像貓的眼睛，能夠在不開燈的晚上監視安裝周圍的動情，人只要在距離傳感器一米內，就能準確的感知人的存在，并且可以串聯防盜系統進行報警，對需要看護的建筑或者是人不方便看護的物品起到保護作用。不同的傳感器它的工作電壓不同，一般電壓在180～250V之間；頻率為50HZ；負載功率為15～200W之間不等。熱紅外人體感應器的使用范圍非常的廣泛，主要適用于過道的樓梯、公共的走廊等一些只需要短時間照明的公共場所，同時可以串接到防盜報警器。

（3）角度傳感器。顧名思義，角度傳感器是用來檢測角度的。角度傳感器的肢體上有一個孔，可以配合樂高的軸。當角度傳感器連接到RCX上時，軸每轉過1/16圈時，角度傳感器就會計數一次。往一個方向轉動時，計數器會隨著增加，轉動角度改變時，計數器會相應的減小。初始位置的角度和計數對后續的技術有著很大的影響，傳感器最重要的部分包括兩個扭轉桿支撐的懸浮可動多晶硅結構形成的微機械擺。角度傳感器的工藝是：在有著SiO2絕緣層的硅片上用LPCVD法沉積一層多晶硅，并將其設為電極使用，然后再次沉淀一層SiO2為輔助層，同時也稱作為犧牲層，然后沉積一層比較厚的多晶硅做懸浮結構，在EPIPLOY上濺射沉積AI膜層形成鍵合區，用HF蒸汽將犧牲層腐蝕掉，從而得到預期的結構。

（4）光纖傳感器。光纖傳感器是隨著光導纖維實用化和光通信技術的發展形成的一門嶄新的技術。光纖傳感器與傳統的傳感器不同，它具有靈敏度高、抗電磁干擾能力強、耐腐蝕、絕緣性好、結構簡單、體積小、耗電少以及便于實現遙測等優點。

通常光纖傳感器可以分為兩大類，一類是利用光導纖維本身的某種敏感特性或者功能特性制成的傳感器稱為功能型傳感器；另一類是光纖僅僅起到傳輸光波的作用，必須在光纖端面或者是中間加裝其他敏感元件才能夠構成傳感器，稱為傳光型傳感器。不管是功能型傳感器還是傳光型傳感器，它們的工作原理都是利用被測量的變化調制傳輸光光波的某一參數，使其隨之變化，然后對已調制的光信號進行檢測，從而得到被測量。由于光纖傳感器的可以測量多種物理量，因此光纖傳感器具有非常廣闊的發展前景。

3 結語

微傳感器因具有微型化、智能化、低能耗、易結成的特點而越來越受到青睞。微機械加工指可以批量制作的、集微型機構、微型傳感器、微型執行器以及信號燈處理和控制電路、甚至外圍接口、通訊電路和電源等于一體的微型器件或者系統。微技術為電子機械系統技術的核心，它具有體積小、重量輕、耗能低、準確度高并且能夠批量生產，從而降低成本的特點而被廣泛應用在微傳感器的生產中。目前我國的微機械加工技術與國際上的水平仍有很大的差距，因此要花費更多的時間和資金來研究微機械加工技術，從而取得跟好的成果。

[1]鄭志霞,薛建國,陳軍.基于MEMS加速度微傳感器制作工藝及測試[J].莆田學院學報.2007(5).

[2]榮烈潤.微機械加工技術的現狀及其發展趨勢(上)[J].機電一體化.2007(5).

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TP212

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1671-0711（2016）11（下）-0087-02