1 引言 ,of]J|  
/prYSRn8  
    1987 年美國科學(xué)家提出了微機(jī)電系統(tǒng)(mems)發(fā)展計(jì)劃，這標(biāo)志著人類對(duì)微機(jī)械的研究進(jìn)入到一個(gè)新的時(shí)代。目前，應(yīng)用于微機(jī)械的制造技術(shù)主要有半導(dǎo)體加工技術(shù)、微光刻電鑄模造(liga)工藝、超精密機(jī)械加工技術(shù)以及特種微加工技術(shù)等。其中，特種微加工方法是通過加工能量的直接作用，實(shí)現(xiàn)小至逐個(gè)分子或原子的去除加工。特種加工是利用電能、熱能、光能、聲能、化學(xué)能等能量形式進(jìn)行加工的，常用的方法有：電火花加工、超聲波加工、電子束加工、離子束加工、電解加工等等。近年來發(fā)展起來一種可實(shí)現(xiàn)微小加工的新方法：光成型法，包括立體光刻工藝、光掩膜層工藝等。其中利用激光進(jìn)行微加工顯示出巨大的應(yīng)用潛力和誘人的發(fā)展前景。
C
ZJV_0  
&R,9+c  
yYY Nu`  
2 常用激光微加工技術(shù) fxd0e;NAAh  
6g"C#&{@  
    激光微加工技術(shù)具有非接觸、有選擇性加工、熱影響區(qū)域小、高精度與高重復(fù)率、高的零件尺寸與形狀的加工柔性等優(yōu)點(diǎn)[1]。實(shí)際上，激光微加工技術(shù)最大的特點(diǎn)是“直寫”加工，簡化了工藝，實(shí)現(xiàn)了微型機(jī)械的快速成型制造。此外，該方法沒有諸如腐蝕等方法帶來的環(huán)境污染問題，可謂“綠色制造”。在微機(jī)械制造中采用的激光微加工技術(shù)有兩類：1) qNxB{0(D  
\7Qb229?  
    材料去除微加工技術(shù)，如激光直寫微加工、激光liga 等；2)材料堆積微加工技術(shù)，如激光微細(xì)立體光刻、激光輔助沉積、激光選區(qū)燒結(jié)等。 >^=gDJ\a  
A?8\Y{FQ  
2.1 激光直寫技術(shù) |f\D>Y%)  
?sXG17~Bm  
    準(zhǔn)分子激光波長短、聚焦光斑直徑小、功率密度高，非常適合于微加工和半導(dǎo)體材料加工。在準(zhǔn)分子激光微加工系統(tǒng)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蝕工件，將準(zhǔn)分子激光技術(shù)與數(shù)控技術(shù)相結(jié)合，綜合激光光束掃描與x-y 工作臺(tái)的相對(duì)運(yùn)動(dòng)以及z 方向的微進(jìn)給，可以直接在基體材料上掃描刻寫出微細(xì)圖形，或加工出三維微細(xì)結(jié)構(gòu)[2]。圖1 為準(zhǔn)分子激光加工出來的微型齒輪，最小齒輪直徑為50mm。目前采用準(zhǔn)分子激光直寫方式可加工出線寬為數(shù)微米的高深寬比微細(xì)結(jié)構(gòu)。另外，利用準(zhǔn)分子激光采取類似快速成型(rp)制造技術(shù)，采用逐層掃描的方式進(jìn)行三維微加工的研究也已取得較好結(jié)果[3]。 v>H=,.`0\  
Lu=O+{*8  
2.2 激光liga 技術(shù) ^z~~VBv  
jZd}OC<  
    它采用準(zhǔn)分子激光深層刻蝕代替載射線光刻，從而避開了高精密的載射線掩膜制作、套刻對(duì)準(zhǔn)等技術(shù)難題，同時(shí)激光光源的經(jīng)濟(jì)性和使用的廣泛性大大優(yōu)于同步輻射載光源，從而大大降低 liga 工藝的制造成本，使liga技術(shù)得以廣泛應(yīng)用。盡管激光liga 技術(shù)在加工微構(gòu)件高徑比方面比載射線差，但對(duì)于一般的微構(gòu)件加工完全可以接受。此外，激光liga 工藝不像載射線光刻需要化學(xué)腐蝕顯影，而是“直寫”刻蝕，不存在化學(xué)腐蝕的橫向浸 (u&`Ij9  
F}36IM9/:  
    潤腐蝕影響，因而加工邊緣陡直，精度高，光刻性能優(yōu)于同步載射線光刻[4]。 AOb]qc  
m|O1QM;T  
2.3 激光微立體光刻(msl)技術(shù) zXZir7NfM  
_Zc4=c,K  
    它是立體光刻(sla)工藝這一先進(jìn)的快速成型技術(shù)應(yīng)用到微制造領(lǐng)域中衍生出來的一種加工技術(shù)，因其加工的高精度與微型化，故稱為微立體光刻(microstere-olithography 或msl)[5]。同其他微加工技術(shù)相比，微立體光刻技術(shù)最大的特點(diǎn)是不受微型器件或系統(tǒng)結(jié)構(gòu)形狀的限制，可以加工包含自由曲面在內(nèi)的任意三維結(jié)構(gòu)，并且可以將不同的微部件一次成型，省去微裝配環(huán)節(jié)，如圖2所示。此外，該技術(shù)還有加工時(shí)間短、成本低、加工過程自動(dòng)化等優(yōu)點(diǎn)，為微機(jī)械批量化生產(chǎn)創(chuàng)造了有利條件。該技術(shù)的局限性在于兩方面：1) 精度較低，目前基于快速成型的微加工技術(shù)的最高水平方向的精度在1mm 左右，而垂直方向大約為3mm，顯然這一精度無法同基于集成電路的硅微加工工藝相比。2) 使用材料受到一定的限制，目前的樹脂材料在電性能、機(jī)械性能、熱性能方面與硅材料相比有一定差距。近年來，激光微立體光刻技術(shù)得到了大力研究與開發(fā)。在提高精度與效率方面有如下發(fā)展方向： MzkkcQLK  
M:n