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常用激光微加工技术

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常用激光微加工技术

  激光微加工技术具有非接触、有选择性加工、热影响区域小、高精度与高重复率、高的零件尺寸与形状的加工柔性等优点。实际上,激光微加工技术最大的特点是“直写”加工,简化了工艺,实现了微型机械的快速成型制造。此外,该方法没有诸如腐蚀等方法带来的环境污染问题,可谓“绿色制造”。在微机械制造中采用的激光微加工技术有两类:

  1) 材料去除微加工技术,如激光直写微加工、激光LIGA 等;

  2) 材料堆积微加工技术,如激光微细立体光刻、激光辅助沉积、激光选区烧结等。

  2.1 激光直写技术

  准分子激光波长短、聚焦光斑直径小、功率密度高,非常适合于微加工和半导体材料加工。在准分子激光微加工系统中,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,将准分子激光技术与数控技术相结合,综合激光光束扫描与X-Y 工作台的相对运动以及Z 方向的微进给,可以直接在基体材料上扫描刻写出微细图形,或加工出三维微细结构。目前采用准分子激光直写方式可加工出线宽为数微米的高深宽比微细结构。另外,利用准分子激光采取类似快速成型(RP)制造技术,采用逐层扫描的方式进行三维微加工的研究也已取得较好结果。

  2.2 激光LIGA 技术

  它采用准分子激光深层刻蚀代替载射线光刻,从而避开了高精密的载射线掩膜制作、套刻对准等技术难题,同时激光光源的经济性和使用的广泛性大大优于同步辐射载光源,从而大大降低 LIGA 工艺的制造成本,使LIGA技术得以广泛应用。尽管激光LIGA 技术在加工微构件高径比方面比载射线差,但对于一般的微构件加工完全可以接受。此外,激光LIGA 工艺不像载射线光刻需要化学腐蚀显影,而是“直写”刻蚀,不存在化学腐蚀的横向浸润腐蚀影响,因而加工边缘陡直,精度高,光刻性能优于同步载射线光刻。

  2.3 激光微立体光刻(mSL)技术

  它是立体光刻(SLA)工艺这一先进的快速成型技术应用到微制造领域中衍生出来的一种加工技术,因其加工的高精度与微型化,故称为微立体光刻(Microstere-olithography 或mSL)。同其他微加工技术相比,微立体光刻技术最大的特点是不受微型器件或系统结构形状的限制,可以加工包含自由曲面在内的任意三维结构,并且可以将不同的微部件一次成型,省去微装配环节,如图2所示。此外,该技术还有加工时间短、成本低、加工过程自动化等优点,为微机械批量化生产创造了有利条件。该技术的局限性在于两方面:

   精度较低,目前基于快速成型的微加工技术的最高水平方向的精度在1mm 左右,而垂直方向大约为3mm,显然这一精度无法同基于集成电路的硅微加工工艺相比。


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