微系統(tǒng)技術(shù)的概念、應(yīng)用及發(fā)展論文

　　微系統(tǒng)技術(shù)簡(jiǎn)稱(chēng)MST，它的基本工藝技術(shù)是硅的腐蝕和鍵合。MST的前景是壯觀的，其工藝是從集成電路加工派生出的批量加工技術(shù)。預(yù)期，MST將會(huì)同集成電路一樣，通過(guò)新的而且便宜的產(chǎn)品來(lái)改變?nèi)藗兊纳?。以下是學(xué)習(xí)啦小編今天為大家精心準(zhǔn)備的：微系統(tǒng)技術(shù)的概念、應(yīng)用及發(fā)展相關(guān)論文。內(nèi)容僅供閱讀與參考!

　　微系統(tǒng)技術(shù)的概念、應(yīng)用及發(fā)展全文如下：

　　1. 背景

　　最近幾年里，在微機(jī)系統(tǒng)技術(shù)方面具有廣泛的研究，普遍認(rèn)為在未來(lái)的十年間微型單元的微機(jī)系統(tǒng)和增加對(duì)微型設(shè)備的應(yīng)用有很好的發(fā)展趨勢(shì)。分析家預(yù)測(cè)在未來(lái)的幾年間微系統(tǒng)技術(shù)在設(shè)備制造方面將產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響。

　　微系統(tǒng)技術(shù)還被作為微型機(jī)械電子系統(tǒng)技術(shù)。微型機(jī)械電子系統(tǒng)是用小型機(jī)械和電子結(jié)構(gòu)結(jié)合在一個(gè)系統(tǒng)上來(lái)命名的。微機(jī)系統(tǒng)技術(shù)是80年代出現(xiàn)的，在過(guò)去的十年里得到了很好的發(fā)展，并且被認(rèn)為將成為21世紀(jì)最終要的技術(shù)之一。微型化的優(yōu)點(diǎn)有很多，微電子的成功就很好地證明了這一點(diǎn)。

　　微型設(shè)備的小尺寸使得器械越來(lái)越小、越來(lái)越緊湊，并且便于攜帶，同時(shí)也能手動(dòng)操作。當(dāng)各種功能結(jié)合在一起時(shí)，設(shè)備的功能也增加了，比如：感應(yīng)器、揚(yáng)聲器和控制器被集成在同一微型設(shè)備上。由于它們有個(gè)高頻共振頻率，微型機(jī)械傳感器有個(gè)動(dòng)態(tài)范圍和快速響應(yīng)時(shí)間。在微小熱交換方面能夠更加快速、有效地發(fā)生，就像一個(gè)微型測(cè)量設(shè)備。

　　微型機(jī)械電子系統(tǒng)現(xiàn)在正處于產(chǎn)品即將進(jìn)入市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的發(fā)展階段。微型機(jī)械電子系統(tǒng)在全球市場(chǎng)的銷(xiāo)售額到2002年將達(dá)到3.8億，到2005年將達(dá)到5億。微系統(tǒng)技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域覆蓋了一個(gè)很廣的范圍，從電子學(xué)到光學(xué)，從化學(xué)到生物技術(shù)和醫(yī)療工程。

　　而且，微型機(jī)械電子系統(tǒng)是個(gè)類(lèi)似于集成電路批量制作的技術(shù)。硅晶體是個(gè)應(yīng)用很廣的材料。由于大批量生產(chǎn)屬性和高額材料費(fèi)用，硅晶體的一個(gè)缺點(diǎn)是昂貴的價(jià)格。

　　微機(jī)系統(tǒng)技術(shù)大范圍的發(fā)展依賴(lài)于能夠經(jīng)濟(jì)可靠地制造成型微小單元的加工系統(tǒng)。聚合體微小化技術(shù)，如，微成型技術(shù)就是一個(gè)低成本生產(chǎn)微小單元的微系統(tǒng)技術(shù)。

　　微成型作為注射成型的一個(gè)新分支，目前還處于幼年階段。它不只是測(cè)量某個(gè)東西，挑戰(zhàn)全新領(lǐng)域的專(zhuān)門(mén)技術(shù)。成型機(jī)械，設(shè)備(工具)，材料和工藝參數(shù)，以及成分的選取與檢測(cè)都需要特別的研究。

　　為了面對(duì)微型化的挑戰(zhàn)，Gintic開(kāi)始著手通過(guò)一個(gè)整體程序發(fā)展聚合體的微型制造發(fā)展核心方面來(lái)研究微成型流程的發(fā)展。

　　2. 目的

　　工程的目的是發(fā)展塑料微注射成型工藝技術(shù)，通過(guò)利用大量的新興高分子塑料高效率生產(chǎn)大量產(chǎn)品。

　　3. 方法論

　　微注射成型實(shí)驗(yàn)研究的是在最大注射量為1 毫升的微成型機(jī)械設(shè)備上進(jìn)行的。微單元是利用塑料工程技術(shù)設(shè)計(jì)制造的。

　　3.1. 單元設(shè)計(jì)及材料選擇

　　兩種微單元在工程中的研究指的是制件相關(guān)的最大體積的單元和微型設(shè)備，以及微小體積的微單元。

　　微型設(shè)備單元的研究是鏡片組排列頂部和底部的19個(gè)微小鏡片的表面設(shè)計(jì)。這種微鏡片組排列被廣泛利用到兩道激光束繼承光纖的工業(yè)上。選擇具有良好光學(xué)、機(jī)械和工藝性能的PC(聚碳酸酯)作為這種單元的聚合體材料。

　　一些微小單元的研究主要是一系列微齒輪的研究。微齒輪在手表，微型泵體，微型傳遞系統(tǒng)工業(yè)上具有很好的發(fā)展前景。三種直徑從1厘米到3厘米的微齒輪被運(yùn)用到微型單元的成型研究上。這三種微齒輪的聚合體材料是聚苯醛。

　　3.2. 微成型機(jī)械、微成型設(shè)備及仿真研究

　　目前研究的微注射成型機(jī)械是如圖(1)所示的由Battenfeld公司生產(chǎn)的微系統(tǒng)@R50.該成型機(jī)械的注射系統(tǒng)是由一個(gè)螺桿式擠壓機(jī)構(gòu)和一個(gè)活塞機(jī)構(gòu)組成的傳統(tǒng)注射系統(tǒng)。通過(guò)利用螺桿式塑化系統(tǒng)，能夠用作利用精確脈沖信號(hào)控制注射量精確度的小直徑泵體熔融注射。

　　兩種微成型分別為生產(chǎn)鏡片組排列和齒輪單元設(shè)計(jì)制造的。被用作兩種成型的成型基礎(chǔ)是具有工裝尺寸為120毫米*160毫米的同一性。微鏡片組排列模具是具有一個(gè)三分型面，一型腔能夠輕松自動(dòng)移動(dòng)的模具，如圖1.所示，微齒輪模具是一個(gè)能夠相互變換成型插件的整體模具。一個(gè)兩型腔插件能夠同時(shí)成型兩個(gè)同樣的齒輪單元。

　　微型(DOE)電火花線切割技術(shù)被用來(lái)成型插件的生產(chǎn)制造上。直徑為10微米的電極絲被用作電火花線切割加工像齒尖這樣單眼的電極材料。

　　模具填充方針是為了研究聚合體樹(shù)脂注入微型模具的過(guò)程。

　　3.3 通過(guò)實(shí)驗(yàn)方法來(lái)設(shè)計(jì)研究

　　在微注射成型工藝中，有很多特殊的工藝參數(shù)，這些參數(shù)控制著活塞的移動(dòng)和熔料筒的設(shè)定。這使得優(yōu)化選擇和設(shè)定工藝更難像傳統(tǒng)注射成型工藝那樣進(jìn)行。為了優(yōu)化選擇工藝，這些重要的工藝參數(shù)的影響結(jié)果必須在產(chǎn)品生產(chǎn)工藝中確定。目前，實(shí)驗(yàn)(DOE)電火花方法的設(shè)計(jì)研究被甬道微單元的成型工藝研究上。

　　一部分因子的設(shè)計(jì)被用到研究中，在兩相關(guān)面上的因子設(shè)計(jì)影響每個(gè)因素的研究。它們?cè)谏婕昂芏噙^(guò)程參數(shù)在整體注射工藝中的初始階段起著很重要的作用。

　　3.4 過(guò)程監(jiān)控和最優(yōu)化選擇

　　在注射成型工藝中，重要的工藝參數(shù)的持續(xù)監(jiān)控對(duì)工藝優(yōu)化和工藝控制是很重要的。過(guò)程溫度和壓力被作為注射成型工藝的監(jiān)控參數(shù)，尤其是模具型腔溫度和型腔壓力。

　　在微成型過(guò)程中，由于型腔尺寸太小，所以很難測(cè)試型腔的具體壓力。在目前的研究中，通過(guò)注射活塞提供的注射壓力被監(jiān)控，以及注射壓力曲線和它的整體注射時(shí)間被監(jiān)控，同時(shí)也用來(lái)監(jiān)視和控制流程。

　　數(shù)據(jù)接受監(jiān)控系統(tǒng)是為了監(jiān)控注射壓力而設(shè)定的，如圖表2所示，數(shù)據(jù)分析在完成，并且這些信息顯示在計(jì)算機(jī)顯示器上，同時(shí)這些信息作為數(shù)據(jù)文件被存儲(chǔ)到數(shù)據(jù)接受系統(tǒng)。

　　3.5 微單元特征和過(guò)程注射量研究

　　微單元檢驗(yàn)和特征在統(tǒng)計(jì)分析技術(shù)和顯微鏡技術(shù)的應(yīng)用中被完成。應(yīng)用設(shè)備包括一個(gè)并行測(cè)量?jī)x，一個(gè)表面光潔測(cè)試儀，一個(gè)電子顯微鏡和一個(gè)光學(xué)顯微鏡。

　　工藝穩(wěn)定性和注射量研究在微成型工藝中進(jìn)行，制造單元在優(yōu)化工藝狀態(tài)中特別統(tǒng)計(jì)分析，從而得到工藝穩(wěn)定性信息。

　　4. 應(yīng)用

　　4.1. 注射成型微小單元

　　圖3所示的是成型塑料齒輪圖片對(duì)照剪修紙，也在圖中展示了一個(gè)直徑為3毫米的塑料齒輪的微小照片。

　　在圖4中，一個(gè)齒頂圓直徑為1毫米的齒輪機(jī)構(gòu)被展示在畫(huà)面中。從這些小圖片中可以刊出這些塑料零件有清晰的結(jié)構(gòu)精度和表面粗糙讀。這

　　些齒輪的齒性結(jié)構(gòu)的直徑范圍只有幾十微米，比人的頭發(fā)直徑還要小。

　　展示在圖5中的是用PC(聚碳酸酯)樹(shù)脂成型的鏡片組排列圖片。這些小圖片通過(guò)SEM展示了在兩個(gè)不同放大率的鏡片組主視面。

　　成型單元的重量、尺寸和表面質(zhì)量作為成型單元的質(zhì)量參數(shù)被檢查與分析。列在表格1中的是成型單元的一些物理特性。

　　4.2 工藝參數(shù)的影響因素

　　對(duì)于1毫米的微型齒輪軸結(jié)構(gòu)，一個(gè)兩水平因子的設(shè)計(jì)被用來(lái)研究四個(gè)過(guò)程參數(shù)，測(cè)定尺寸、熔化溫度、保壓時(shí)間和模具溫度。四個(gè)中心點(diǎn)被添加到為了做一個(gè)12運(yùn)動(dòng)實(shí)驗(yàn)的八運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì)中。分析工作是為了實(shí)驗(yàn)結(jié)果而產(chǎn)生的，成型齒輪的重量和只被用來(lái)分析實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的響應(yīng)參數(shù)。

　　零件重量和齒頂圓直徑的測(cè)量結(jié)果，作為過(guò)程狀態(tài)特征被列在圖6。從這圖中可觀察到過(guò)程中的重量和齒頂圓直徑的響應(yīng)依照一個(gè)相似的樣式，也就是，當(dāng)零件重量很小是，齒頂圓直徑也小。這就是說(shuō)：在成型過(guò)程中，齒輪齒頂段是最后被填充的部分，像是一個(gè)模具填充仿真結(jié)論。如圖7所示，齒輪齒頂端作為單元的最后填充部分，同時(shí)也是氣泡潛在的地方。

　　對(duì)齒輪直徑和零件重量的統(tǒng)計(jì)(DOE)分析結(jié)論作成一個(gè)直方圖，是為了預(yù)測(cè)在消除重要性指令是它們之間的相互作用。從表中，可以清楚地知道保壓時(shí)間和測(cè)定尺寸是兩個(gè)對(duì)零件質(zhì)量有很大影響的過(guò)程參數(shù)。從表中也可以看出測(cè)定尺寸和保壓時(shí)間的交互作用也會(huì)影響齒輪的直徑。

　　對(duì)于微型鏡片組排列，部分因子的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)是大致產(chǎn)生的。研究參數(shù)包括模具溫度，塑化溫度，冷卻時(shí)間，注射速度，測(cè)定尺寸和保壓時(shí)間。

　　對(duì)于零件重量的統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果作為直方圖表被列在圖9。從直方圖中可發(fā)現(xiàn)，微型鏡片組的重量是受到測(cè)定尺寸的影響的。但是，除了測(cè)定尺寸之外，注射速度和模具溫度也會(huì)嚴(yán)重影響零件的重量。影響零件質(zhì)量的三個(gè)重要過(guò)程參數(shù)就是測(cè)定尺寸，注射速度和模具溫度。

　　在鏡片組成型過(guò)程中，低注射速度用來(lái)減少殘留應(yīng)力應(yīng)變。在(DOE)研究中柱塞的注射速度被指定為從20毫米每秒到50毫米每秒。既然微注射機(jī)的注射澆口一直延伸至沒(méi)有特別加熱的模具中，所以注射澆口的溫度介于模具溫度和料筒溫度之間。這個(gè)溫度低于料筒溫度，因?yàn)橥ǔＤ＞邷囟鹊陀跐部谧⑸錅囟取Ｈ绻玫退僮⑸?，在澆口處的溫降就?huì)明顯，同時(shí)塑化粘性也下降很多，從而導(dǎo)致斑點(diǎn)，零件的收縮和熱變形。在這種情況下，塑化溫度和模具溫度可起著一個(gè)重要的作用。

　　4.3 工藝監(jiān)控與優(yōu)化選擇

　　工藝優(yōu)化選擇研究已經(jīng)在微注射成型工藝中進(jìn)行。既然在齒輪零件質(zhì)量方面有重大影響的重要因素，被指定為測(cè)定尺寸和保壓時(shí)間。優(yōu)化選擇研究在這兩個(gè)過(guò)程參數(shù)對(duì)齒輪成型的響應(yīng)表面進(jìn)行。

　　圖10所示的是對(duì)于直徑為1毫米的齒輪軸結(jié)構(gòu)的預(yù)計(jì)相應(yīng)表面，以及測(cè)定尺寸和保壓時(shí)間作為變量。從圖中可看出，齒輪直徑不僅受到測(cè)定尺寸和保壓時(shí)間的影響，還受到這兩個(gè)工藝參數(shù)聯(lián)合功能的影響。

　　為了優(yōu)化選擇工藝，實(shí)驗(yàn)被用來(lái)檢驗(yàn)各種測(cè)定尺寸和保壓時(shí)間對(duì)零件尺寸的深層影響。數(shù)據(jù)接收監(jiān)控系統(tǒng)被用來(lái)監(jiān)控和優(yōu)化選擇微成型工藝。

　　圖11所示的是紀(jì)錄的在不同測(cè)定尺寸注射點(diǎn)的壓力曲線。從圖中可以看出，當(dāng)測(cè)定尺寸增大是，注射壓力也逐漸增大。當(dāng)測(cè)定尺寸小時(shí)，既然材料不夠填充型腔系統(tǒng)，那么保持壓力也不那么重要了。

　　既然測(cè)定尺寸和保壓時(shí)間之間有重大的干涉，測(cè)定尺寸的優(yōu)化選擇工藝受到保壓情形的影響。圖12所示的是保壓時(shí)間和測(cè)定尺寸在零件質(zhì)量方面的相互作用現(xiàn)象。在保壓作用下，型腔可以填充大約190立方毫米的測(cè)定尺寸，當(dāng)沒(méi)有保壓作用是，大約210立方毫米的型腔測(cè)定尺寸需要被填充。

　　4.4. 過(guò)程穩(wěn)定性和性能

　　一個(gè)穩(wěn)定工藝在大量生產(chǎn)具有固定質(zhì)量的產(chǎn)品中是一個(gè)重要的先決條件。工藝穩(wěn)定性研究在利用微鏡片組列成型的工程中完成。零件重量和注射壓力以及它們與過(guò)程時(shí)間的綜合關(guān)系被作為模腔數(shù)量的一個(gè)功能來(lái)監(jiān)控。

　　圖13和圖4所示的是聯(lián)合在成型細(xì)節(jié)中不同階段集合很多成型點(diǎn)的注射壓力紀(jì)錄。從中可以看出，注射壓力和綜合頭幾十個(gè)成型點(diǎn)是很不穩(wěn)定的，如圖13所示。

　　隨著工藝的繼續(xù)，注射壓力變得更加均衡，同時(shí)當(dāng)過(guò)程穩(wěn)定以后，保持在一個(gè)穩(wěn)定的狀態(tài)，就如圖14所示。對(duì)于微注射成型過(guò)程，過(guò)程性能的研究在工藝穩(wěn)定后完成。收集樣品被研究，并且統(tǒng)計(jì)分析工作是為了獲得過(guò)程信息而執(zhí)行的。對(duì)于成型過(guò)程，一個(gè)值1.33，通常被認(rèn)為是一個(gè)好的CP價(jià)值，是能夠被獲得的。

　　5. 結(jié)論

　　通過(guò)這項(xiàng)工程，塑料微注射成型方法的性能已經(jīng)在Gintic被確定。下面所列的是一些重要的成就和工程發(fā)現(xiàn)。

　　原材料是工程塑料重量小于0.6毫克的微單元已經(jīng)被成功生產(chǎn)出來(lái)了。

　　對(duì)于不同的產(chǎn)品設(shè)計(jì)和聚合物材料，為了能更好流動(dòng)和填充，應(yīng)該利用不同模具運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)。

　　工藝監(jiān)控系統(tǒng)對(duì)微注射成型方法是非常有用處的。一個(gè)監(jiān)控系統(tǒng)顯現(xiàn)微注射成型的整個(gè)工藝，并使得工藝參數(shù)更敏感，更容易優(yōu)化選擇和控制。

　　測(cè)定尺寸是影響成型零件質(zhì)量最重要因素之一。測(cè)定尺寸和保壓之間具有重要的相互作用關(guān)系。

　　由于很多聚合物被用在每個(gè)成型點(diǎn)，所以在過(guò)程開(kāi)始階段穩(wěn)定性是很差的，但是當(dāng)步驟已經(jīng)穩(wěn)定之后，一個(gè)好的工藝就會(huì)獲得。

　　6. 在工業(yè)中的重要性

　　微注射成型方法在微型機(jī)械電子系統(tǒng)中有很好的發(fā)展空間。希望微系統(tǒng)技術(shù)更快發(fā)展的領(lǐng)域包括信息和專(zhuān)門(mén)的光學(xué)數(shù)據(jù)交流，化學(xué)微反應(yīng)技術(shù)，生物工程學(xué)，環(huán)境感應(yīng)器，電子裝備和連接技術(shù)。

　　生物醫(yī)學(xué)分支是最大發(fā)展?jié)摿Φ念I(lǐng)域致意，同時(shí)對(duì)于微型機(jī)械電子系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，是重要的應(yīng)用領(lǐng)域。

　　微成型性能和方法技術(shù)在發(fā)展這項(xiàng)工程中已經(jīng)形成一定技術(shù)基礎(chǔ)，并且將在以后微制造工業(yè)在本地的制造工業(yè)中開(kāi)拓出一個(gè)廣闊的市場(chǎng)。