大厚度硅结构高精度干法刻蚀技术研究

增大敏感结构厚度是提高微机电陀螺性能的一个途径。对大厚度敏感结构,在刻蚀过程中易出现"长草"、"缩口"和"屋檐"等典型缺陷,同时刻蚀后侧壁垂直度、刻蚀均匀性较差,严重影响其尺寸精度。研究了刻蚀/钝化比、刻蚀阶段钝化气体通入时间和反应气体流量等工艺参数对刻蚀形貌的影响,提出了一种分步刻蚀的方法,获得了侧壁垂直度89.95°与片内均匀性3.4%的刻蚀结果。     

侧喷式微型压电合成射流器制作及其振动测试

结合主动流动控制需求,针对研发的侧喷式微型压电合成射流器提出了一种加工工艺并进行了振动性能测试。主要的微加工工艺流程包括:采用体硅感应耦合等离子刻蚀技术加工喷口和腔体,硅-玻璃阳极键合,利用新的PZT刻蚀溶液对基于硅的PZT压电振膜图形化。引线键合并划片之后,对制作器件的压电振子进行了测试。结果表明,压电振子谐振频率为5kHz,中心处最大振幅为15.05μm,振动速率为472.2mm/s。压电振子的振幅和振动速率变化一致,同时受到驱动电压幅值和频率的影响。     

芯片式微型惯性传感器

由硅制造的能承受15000g的微型惯性传感器,有望将非制导炮弹变成”灵巧”制导炮弹,还可用于微型飞行器的自动驾驶仪中.然而,目前由硅制造的微机电系统(MEMS)角速率传感器的精度还低于用石英制造的类似传感器.在美国电气与电子工程师学会发起的于加州帕尔姆泉举行的定位与导航研讨会(PLANS)上,科研人员报告了MEMS的最新发展及其现在的技术状态.这些报告涉及下列内容:     

从双层到多层带有微结构的硅硅直接键合技术研究

通过理论分析和实验验证对多层带有微结构的硅硅直接键合技术进行了研究.采用的硅片表面活化处理方法是亲水湿法,采用的键合工艺流程是先将硅片在键合机中进行预键合,再使用退火炉进行高温退火.其中预键合参数对多层键合成功与否起到决定性的作用,为节约实验时间,针对3个主要预键合参数（温度、压力、时间）的选取进行了详细的正交实验分析.使用项目组自制的硅硅键合分析软件对键合片的红外图像进行处理分析,计算键合率.采用实验得到的最佳预键合工艺参数,多层键合的键合率达到了86.6527%.      

气浮陀螺空气轴承涡流力矩的有限元分析

气浮陀螺K0项漂移精度的控制一直是陀螺研制中的难点,而空气轴承涡流力矩是影响陀螺K0项漂移精度最主要因素。因此,本文根据气浮陀螺研制中的实际问题,结合机加工中空气轴承出现的误差形式,建立了空气轴承制造误差对涡流力矩影响的数学模型,并采用有限元方法分析了空气轴承制造误差对涡流力矩的影响规律,得出了浮子圆度误差和窄缝装配误差是引起涡流力矩最主要因素,并通过空气轴承结构参数与涡流力矩的灵敏度分析,得到了径向平均间隙和窄缝平均间隙结构参数的最优值。针对上述研究结论,提出了控制陀螺涡流力矩的技术方法,并通过试验验证了本文理论计算结果的正确性。     

轴承挡板的精密车削工艺

专用轴承挡板 (图 1)是我厂某产品的重要零件 ,材料为ＧＣｒ15,淬火硬度ＨＲＣ 61～ 65,Ｖ形槽工作面的粗糙度要求Ｒａ0 .2 0 μｍ ,同轴度要求 0 .0 1ｍｍ ,垂直度要求 0 .0 1ｍｍ ,定位孔公差Ｈ7。在使用中 ,轴承挡板的功能类似于推力轴承的套圈 ,环形Ｖ形槽是钢球的滚道。因为滚动体与轴承挡板Ｖ形槽表面在理论上是两点接触 ,所以这种结构转动时摩擦力很小 ,很灵活 ,能满足精密仪器仪表的特殊要求。图 1　轴承挡板Ｆｉｇ .1　Ｂｅａｒｉｎｇｂａｆｆｌｅ1　工艺过程和特点轴承挡板的主要工艺过程是 :备料→粗车毛坯→热处理 (淬火 ,回…     

惯性微系统封装集成技术研究进展

随着微机电系统(Micro Electro Mechanical System,MEMS)的器件圆片级封装技术、垂直互连转接板技术、新键合工艺技术等技术研究的出现,惯性微系统正在朝着三维封装集成架构发展,以满足微电子技术更高集成度、更小体积、更低功耗、更低成本的发展需求。介绍了MEMS惯性器件和MEMS惯性微系统三维集成技术,硅通孔(Through Silicon Via,TSV)三维互连技术和倒装芯片技术为惯性MEMS微系统三维集成一体化提供了设计空间,有效地降低了惯性MEMS三维集成模块的体积、质量,提高了集成度,符合未来惯性MEMS三维集成多功能融合趋势的需求。     

面向壁面剪应力测量的底层隔板微敏感结构设计与制造

 采用MEMS技术加工的底层隔板能够为壁面剪应力的测量提供新的手段。利用有限元法(FEM)建模仿真、正交实验设计以及各因素的极差分析,考查了微敏感结构宽度、厚度和凸出壁面高度对底层隔板固有频率和压阻灵敏度的影响规律,完成了底层隔板的结构优化设计。仿真结果显示:微敏感结构厚度对隔板固有频率和灵敏度影响最大,提升敏感结构高度能够有效提高压阻灵敏度,固有频率和压阻灵敏度受微敏感结构宽度变化影响很小。基于绝缘体上硅技术,利用电感耦合等离子体刻蚀工艺形成底层隔板结构,反应离子刻蚀工艺完成对敏感结构的释放,所加工底层隔板的整体尺寸为5.9 mm×10.1 mm×0.39 mm。底层隔板的动态特性测试表明样件固有频率为1 453.1 Hz,与有限元仿真结果的最大偏差为4.4%。     

滑移边界对空气轴承性能的影响研究

为增进滑移边界对空气轴承性能影响的认识,提高空气轴承设计的准确性,以波箔式动压轴承为研究对象,推导了滑移边界下无量纲形式的压缩性流体非定常Reynolds控制方程;采用有限差分法(Finite Difference Method,FDM)及Newton-Raphson方法,建立了相应的差分格式;讨论了滑移边界对波箔型轴承的压力分布、承载力及偏位角的影响;最后,对比分析考虑滑移边界下,结构参数相同的波箔轴承及刚性轴承性能对滑移边界的敏感度。结果表明,由于波箔轴承的弹性变形,波箔轴承对滑移边界的敏感程度远小于刚性轴承。     

微推进系统中微型喷嘴结构参数的实验研究

为了研究用于微小卫星姿态调整或轨道修正的微型喷嘴的结构参数对其推进性能的影响,采用微机电系统(MEMS)工艺加工了一系列不同结构参数的微型喷嘴,各结构参数包括半扩张角、喉口段长度、喉口宽度以及面积比.实验过程在大气环境下进行.实验发现了微型喷嘴具有与宏观尺寸喷嘴不同的性能特点,总结出了喷嘴性能随结构参数和运行工况的变化...     

Helitronic Micro——磨削微型刀具的能手

无论是在医学技术、电子、汽车引擎,还是航空领域,微观技术的改革是无止境的。在最小工件的精密制造时(例如注射器磨具、齿轮、心轴、接触器以及其他很多方面),微型刀具是必须的。因此,瓦尔特设计了Helitronic Micro机床。高精度Helitronic Micro使用了特殊设计的混凝土床身。机床具有最适宜的     

基于微细电火花加工的微冲裁技术研究

在自主研制的微细电火花-微冲裁复合加工机床上,通过WEDG技术、微细电火花三维铣削技术和微细电火花反拷贝加工技术在线加工出微模具,并在机床上实现了在线对中冲裁。最终在T2紫铜、H62黄铜、304不锈钢和3J21弹性合金上冲裁得到最大尺寸在微米量级的微型落料件,经显微照片观测与测量,落料件尺寸与质量均比较理想,并且在冲裁千件后微模具未见明显损伤,证明了微冲裁工艺的可行性。     

基于微型铣床的非硅材料中间尺度微细切削加工技术研究

在综合考虑各项因素的基础上,研制了一台能够满足三维形貌加工要求的微型铣床,并进行了平面、微槽、微型齿轮、半凹球以及四面体微透镜阵列等各种典型微小特征的铣削工艺试验,体现了该铣床的加工精度和加工能力,证实了微型铣床加工技术的可行性。     

微米与纳米级加工技术

论述了微细刻蚀、LIGA、微细特种加工、纳米切削和基于扫描探针技术等微米、纳米级加工技术的原理、特点和发展     

微尺度线电极电解加工

微尺度线电极电解是近期出现的一种新加工方法,采用钨丝作为线电极,在加工过程中电极无损耗,通过控制工具电极轨迹可实现微细结构加工。建立了微尺度线电极电解加工模型;通过微尺度线电极叠加微幅振动,促进了加工间隙中电解液更新;针对加工电压、脉冲宽度、脉冲周期和加工速度等影响微尺度线电极电解加工精度的因素进行了参数对比试验,并对加工参数进行了分析和优化。采用电化学腐蚀原理进行微米尺度线电极的在线制作,在线制得直径10 μm和2 μm的线电极,实现了切缝宽度为20 μm以下的复杂微细结构以及切缝宽度为8 μm以下的微螺旋结构。     

电极摇动对微细电火花加工微孔深径比的影响

微细电火花具备加工任何导电材料和大深径比微孔的能力。但是随着孔深度的增加,气泡和加工屑很难排出孔外,导致频繁的非正常放电,从而使得电火花常规放电状态下微孔的深径比有限,然而电极摇动可以为电火花狭小放电间隙提供一个非均匀的流场,提高了排屑能力,这有助于提高微孔的深径比。着重研究微孔加工在去离子水和油两种介质下,电极摇动参数和电参数对微孔深径比的影响。试验结果表明:电火花常规放电状态下微孔的深径比随着摇动半径和电容的增加而增加,摇动速度对微孔深径比则没有明显的影响,这为实际生产中加工大深径比微孔提供了参考依据。     

微型涡喷发动机燃烧室优化与试验研究

在微型涡喷发动机甩油盘式折流燃烧室自主设计的过程中,遇到由高转速向设计转速过渡时发动机骤熄的问题。通过对骤熄原因逐个排查并结合Fluent软件对不同转速下燃烧室流场的数值计算结果进行研究,最终查明问题缘由并开展针对性的优化。试验显示优化后的火焰筒成功解决燃烧室骤熄的问题,发动机各项性能达标。结果显示解决发动机骤熄的关键因素在于:维持头部多涡流场结构不变,主燃区进气量约32%,头部多采用密集并且直径小于2mm的小射流孔以及沿火焰筒轴向渐进式小气量供气。     

微型飞行器航时优化

 针对微型飞行器(MAV)低雷诺数条件下续航时间不足的问题,推导了适用于电动推进飞行器的航时计算公式,并提出为实现航时优化的动力系统规划方法。通过初步实验,验证了航时优化理论的正确性,通过规划延长了航时。     

微光机电系统制造工艺综述

重点阐述了微光机电系统(MOEMS)的基本制造工艺:硅微机械加工技术和LIGA技术,并介绍了几种典型的工艺应用。最后对其发展进行了展望。