微系統(tǒng)技術簡稱MST，它的基本工藝技術是硅的腐蝕和鍵合。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。預期，MST將會同集成電路一樣，通過新的而且便宜的產品來改變人們的生活。以下是學習啦小編今天為大家精心準備的：微系統(tǒng)技術的概念、應用及發(fā)展相關論文。內容僅供閱讀與參考!

　　微系統(tǒng)技術的概念、應用及發(fā)展全文如下：

　　1. 背景

　　最近幾年里，在微機系統(tǒng)技術方面具有廣泛的研究，普遍認為在未來的十年間微型單元的微機系統(tǒng)和增加對微型設備的應用有很好的發(fā)展趨勢。分析家預測在未來的幾年間微系統(tǒng)技術在設備制造方面將產生深遠的影響。

　　微系統(tǒng)技術還被作為微型機械電子系統(tǒng)技術。微型機械電子系統(tǒng)是用小型機械和電子結構結合在一個系統(tǒng)上來命名的。微機系統(tǒng)技術是80年代出現(xiàn)的，在過去的十年里得到了很好的發(fā)展，并且被認為將成為21世紀最終要的技術之一。微型化的優(yōu)點有很多，微電子的成功就很好地證明了這一點。

　　微型設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。當各種功能結合在一起時，設備的功能也增加了，比如：感應器、揚聲器和控制器被集成在同一微型設備上。由于它們有個高頻共振頻率，微型機械傳感器有個動態(tài)范圍和快速響應時間。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備。

　　微型機械電子系統(tǒng)現(xiàn)在正處于產品即將進入市場競爭的發(fā)展階段。微型機械電子系統(tǒng)在全球市場的銷售額到2002年將達到3.8億，到2005年將達到5億。微系統(tǒng)技術的應用領域覆蓋了一個很廣的范圍，從電子學到光學，從化學到生物技術和醫(yī)療工程。

　　而且，微型機械電子系統(tǒng)是個類似于集成電路批量制作的技術。硅晶體是個應用很廣的材料。由于大批量生產屬性和高額材料費用，硅晶體的一個缺點是昂貴的價格。

　　微機系統(tǒng)技術大范圍的發(fā)展依賴于能夠經濟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，如，微成型技術就是一個低成本生產微小單元的微系統(tǒng)技術。

　　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)全新領域的專門技術。成型機械，設備(工具)，材料和工藝參數，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，通過利用大量的新興高分子塑料高效率生產大量產品。

　　3. 方法論

　　微注射成型實驗研究的是在最大注射量為1 毫升的微成型機械設備上進行的。微單元是利用塑料工程技術設計制造的。

　　3.1. 單元設計及材料選擇

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

　　微型設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、機械和工藝性能的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. 微成型機械、微成型設備及仿真研究

　　目前研究的微注射成型機械是如圖(1)所示的由Battenfeld公司生產的微系統(tǒng)@R50.該成型機械的注射系統(tǒng)是由一個螺桿式擠壓機構和一個活塞機構組成的傳統(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鏡片組排列和齒輪單元設計制造的。被用作兩種成型的成型基礎是具有工裝尺寸為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)電火花線切割技術被用來成型插件的生產制造上。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 通過實驗方法來設計研究

　　在微注射成型工藝中，有很多特殊的工藝參數，這些參數控制著活塞的移動和熔料筒的設定。這使得優(yōu)化選擇和設定工藝更難像傳統(tǒng)注射成型工藝那樣進行。為了優(yōu)化選擇工藝，這些重要的工藝參數的影響結果必須在產品生產工藝中確定。目前，實驗(DOE)電火花方法的設計研究被甬道微單元的成型工藝研究上。

　　一部分因子的設計被用到研究中，在兩相關面上的因子設計影響每個因素的研究。它們在涉及很多過程參數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，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。

　　數據接受監(jiān)控系統(tǒng)是為了監(jiān)控注射壓力而設定的，如圖表2所示，數據分析在完成，并且這些信息顯示在計算機顯示器上，同時這些信息作為數據文件被存儲到數據接受系統(tǒng)。

　　3.5 微單元特征和過程注射量研究

　　微單元檢驗和特征在統(tǒng)計分析技術和顯微鏡技術的應用中被完成。應用設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顯微鏡。

　　工藝穩(wěn)定性和注射量研究在微成型工藝中進行，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毫米的齒輪機構被展示在畫面中。從這些小圖片中可以刊出這些塑料零件有清晰的結構精度和表面粗糙讀。這

　　些齒輪的齒性結構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、尺寸和表面質量作為成型單元的質量參數被檢查與分析。列在表格1中的是成型單元的一些物理特性。

　　4.2 工藝參數的影響因素

　　對于1毫米的微型齒輪軸結構，一個兩水平因子的設計被用來研究四個過程參數，測定尺寸、熔化溫度、保壓時間和模具溫度。四個中心點被添加到為了做一個12運動實驗的八運動設計中。分析工作是為了實驗結果而產生的，成型齒輪的重量和只被用來分析實驗設計的響應參數。

　　零件重量和齒頂圓直徑的測量結果，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依照一個相似的樣式，也就是，當零件重量很小是，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)分析結論作成一個直方圖，是為了預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量有很大影響的過程參數。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，部分因子的實驗設計是大致產生的。研究參數包括模具溫度，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重影響零件的重量。影響零件質量的三個重要過程參數就是測定尺寸，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力應變。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，因為通常模具溫度低于澆口注射溫度。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，從而導致斑點，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)化選擇研究已經在微注射成型工藝中進行。既然在齒輪零件質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對齒輪成型的響應表面進行。

　　圖10所示的是對于直徑為1毫米的齒輪軸結構的預計相應表面，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聯(lián)合功能的影響。

　　為了優(yōu)化選擇工藝，實驗被用來檢驗各種測定尺寸和保壓時間對零件尺寸的深層影響。數據接收監(jiān)控系統(tǒng)被用來監(jiān)控和優(yōu)化選擇微成型工藝。

　　圖11所示的是紀錄的在不同測定尺寸注射點的壓力曲線。從圖中可以看出，當測定尺寸增大是，注射壓力也逐漸增大。當測定尺寸小時，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)定工藝在大量生產具有固定質量的產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系被作為模腔數量的一個功能來監(jiān)控。

　　圖13和圖4所示的是聯(lián)合在成型細節(jié)中不同階段集合很多成型點的注射壓力紀錄。從中可以看出，注射壓力和綜合頭幾十個成型點是很不穩(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，通常被認為是一個好的CP價值，是能夠被獲得的。

　　5. 結論

　　通過這項工程，塑料微注射成型方法的性能已經在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毫克的微單元已經被成功生產出來了。

　　對于不同的產品設計和聚合物材料，為了能更好流動和填充，應該利用不同模具運動機構。

　　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系。

　　由于很多聚合物被用在每個成型點，所以在過程開始階段穩(wěn)定性是很差的，但是當步驟已經穩(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械電子系統(tǒng)中有很好的發(fā)展空間。希望微系統(tǒng)技術更快發(fā)展的領域包括信息和專門的光學數據交流，化學微反應技術，生物工程學，環(huán)境感應器，電子裝備和連接技術。

　　生物醫(yī)學分支是最大發(fā)展?jié)摿Φ念I域致意，同時對于微型機械電子系統(tǒng)來說，是重要的應用領域。

　　微成型性能和方法技術在發(fā)展這項工程中已經形成一定技術基礎，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。