微系統(tǒng)技術(shù)簡稱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將會同集成電路一樣，通過新的而且便宜的產(chǎn)品來改變?nèi)藗兊纳睢Ｒ韵率菍W(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)為在未來的十年間微型單元的微機(jī)系統(tǒng)和增加對微型設(shè)備的應(yīng)用有很好的發(fā)展趨勢。分析家預(yù)測在未來的幾年間微系統(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)合在一個系統(tǒng)上來命名的。微機(jī)系統(tǒng)技術(shù)是80年代出現(xiàn)的，在過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越小、越來越緊湊，并且便于攜帶，同時也能手動操作。當(dāng)各種功能結(jié)合在一起時，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。由于它們有個高頻共振頻率，微型機(jī)械傳感器有個動態(tài)范圍和快速響應(yīng)時間。在微小熱交換方面能夠更加快速、有效地發(fā)生，就像一個微型測量設(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)入市場競爭的發(fā)展階段。微型機(jī)械電子系統(tǒng)在全球市場的銷售額到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)是個類似于集成電路批量制作的技術(shù)。硅晶體是個應(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，硅晶體的一個缺點(diǎn)是昂貴的價格。

　　微機(jī)系統(tǒng)技術(shù)大范圍的發(fā)展依賴于能夠經(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新分支，目前還處于幼年階段。它不只是測量某個東西，挑戰(zhàn)全新領(lǐng)域的專門技術(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都需要特別的研究。

　　為了面對微型化的挑戰(zhàn)，Gintic開始著手通過一個整體程序發(fā)展聚合體的微型制造發(fā)展核心方面來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)計制造的。

　　3.1. 單元設(shè)計及材料選擇

　　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個微小鏡片的表面設(shè)計。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)是由一個螺桿式擠壓機(jī)構(gòu)和一個活塞機(jī)構(gòu)組成的傳統(tǒng)注射系統(tǒng)。通過利用螺桿式塑化系統(tǒng)，能夠用作利用精確脈沖信號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三分型面，一型腔能夠輕松自動移動的模具，如圖1.所示，微齒輪模具是一個能夠相互變換成型插件的整體模具。一個兩型腔插件能夠同時成型兩個同樣的齒輪單元。

　　微型(DOE)電火花線切割技術(shù)被用來成型插件的生產(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脂注入微型模具的過程。

　　3.3 通過實(shí)驗(yàn)方法來設(shè)計研究

　　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)計被用到研究中，在兩相關(guān)面上的因子設(shè)計影響每個因素的研究。它們在涉及很多過程參數(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)控對工藝優(yōu)化和工藝控制是很重要的。過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。

　　在微成型過程中，由于型腔尺寸太小，所以很難測試型腔的具體壓力。在目前的研究中，通過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間被監(jiān)控，同時也用來監(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算機(jī)顯示器上，同時這些信息作為數(shù)據(jù)文件被存儲到數(shù)據(jù)接受系統(tǒng)。

　　3.5 微單元特征和過程注射量研究

　　微單元檢驗(yàn)和特征在統(tǒng)計分析技術(shù)和顯微鏡技術(shù)的應(yīng)用中被完成。應(yīng)用設(shè)備包括一個并行測量儀，一個表面光潔測試儀，一個電子顯微鏡和一個光學(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照剪修紙，也在圖中展示了一個直徑為3毫米的塑料齒輪的微小照片。

　　在圖4中，一個齒頂圓直徑為1毫米的齒輪機(jī)構(gòu)被展示在畫面中。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)樹脂成型的鏡片組排列圖片。這些小圖片通過SEM展示了在兩個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

　　對于1毫米的微型齒輪軸結(jié)構(gòu)，一個兩水平因子的設(shè)計被用來研究四個過程參數(shù)，測定尺寸、熔化溫度、保壓時間和模具溫度。四個中心點(diǎn)被添加到為了做一個12運(yùn)動實(shí)驗(yàn)的八運(yùn)動設(shè)計中。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分析實(shí)驗(yàn)設(shè)計的響應(yīng)參數(shù)。

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

　　對齒輪直徑和零件重量的統(tǒng)計(DOE)分析結(jié)論作成一個直方圖，是為了預(yù)測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間和測定尺寸是兩個對零件質(zhì)量有很大影響的過程參數(shù)。從表中也可以看出測定尺寸和保壓時間的交互作用也會影響齒輪的直徑。

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

　　對于零件重量的統(tǒng)計分析結(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定尺寸的影響的。但是，除了測定尺寸之外，注射速度和模具溫度也會嚴(yán)重影響零件的重量。影響零件質(zhì)量的三個重要過程參數(shù)就是測定尺寸，注射速度和模具溫度。

　　在鏡片組成型過程中，低注射速度用來減少殘留應(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。這個溫度低于料筒溫度，因?yàn)橥ǔＤ＞邷囟鹊陀跐部谧⑸錅囟?。如果利用低速注射，在澆口處的溫降就會明顯，同時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，被指定為測定尺寸和保壓時間。優(yōu)化選擇研究在這兩個過程參數(shù)對齒輪成型的響應(yīng)表面進(jìn)行。

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

　　為了優(yōu)化選擇工藝，實(shí)驗(yàn)被用來檢驗(yàn)各種測定尺寸和保壓時間對零件尺寸的深層影響。數(shù)據(jù)接收監(jiān)控系統(tǒng)被用來監(jiān)控和優(yōu)化選擇微成型工藝。

　　圖11所示的是紀(jì)錄的在不同測定尺寸注射點(diǎn)的壓力曲線。從圖中可以看出，當(dāng)測定尺寸增大是，注射壓力也逐漸增大。當(dāng)測定尺寸小時，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。

　　既然測定尺寸和保壓時間之間有重大的干涉，測定尺寸的優(yōu)化選擇工藝受到保壓情形的影響。圖12所示的是保壓時間和測定尺寸在零件質(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立方毫米的測定尺寸，當(dāng)沒有保壓作用是，大約210立方毫米的型腔測定尺寸需要被填充。

　　4.4. 過程穩(wěn)定性和性能

　　一個穩(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程時間的綜合關(guān)系被作為模腔數(shù)量的一個功能來監(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，同時當(dāng)過程穩(wěn)定以后，保持在一個穩(wěn)定的狀態(tài)，就如圖14所示。對于微注射成型過程，過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)計分析工作是為了獲得過程信息而執(zhí)行的。對于成型過程，一個值1.33，通常被認(rèn)為是一個好的CP價值，是能夠被獲得的。

　　5. 結(jié)論

　　通過這項(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)出來了。

　　對于不同的產(chǎn)品設(shè)計和聚合物材料，為了能更好流動和填充，應(yīng)該利用不同模具運(yùn)動機(jī)構(gòu)。

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

　　測定尺寸是影響成型零件質(zhì)量最重要因素之一。測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成型點(diǎn)，所以在過程開始階段穩(wěn)定性是很差的，但是當(dāng)步驟已經(jīng)穩(wěn)定之后，一個好的工藝就會獲得。

　　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)域包括信息和專門的光學(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，同時對于微型機(jī)械電子系統(tǒng)來說，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)中開拓出一個廣闊的市場。