約束刻蝕劑層微納加工儀器的設(shè)計(jì)與開發(fā).pdf

1、隨著科技的發(fā)展,現(xiàn)代制造日益趨向功能集成化、外形微小化和超精密化方向發(fā)展。面向精密微機(jī)電器件的微納加工技術(shù)已經(jīng)成為國內(nèi)外研究機(jī)構(gòu)的研究熱點(diǎn)。微納加工技術(shù)決定了微機(jī)電器件的加工精度和表面質(zhì)量,已成為衡量一個國家制造業(yè)水平的重要標(biāo)志之一。約束刻蝕劑層技術(shù)(CELT)是一種具有距離敏感性、無需掩模的化學(xué)刻蝕加工技術(shù),克服了傳統(tǒng)化學(xué)刻蝕的各向同性、加工深寬比差、掩模穩(wěn)定性差等缺點(diǎn),能用于復(fù)雜三維結(jié)構(gòu)的批量加工,在微納加工領(lǐng)域具有很大的發(fā)展?jié)撃堋?/p>

2、
　　本文針對CELT微納加工的工藝特點(diǎn),研發(fā)了一套用于CELT微納加工的儀器,并從提高加工精度和加工效率兩個角度出發(fā),對儀器的設(shè)計(jì)與開發(fā)展開了研究。本文的研究工作主要包含以下三個方面:
　　(1)CELT微納加工儀器的系統(tǒng)設(shè)計(jì)研究。分析了CELT微納加工的工藝需求,并以此為基礎(chǔ)對CELT微納加工儀器進(jìn)行設(shè)計(jì)。首先從提高儀器系統(tǒng)剛度的目的出發(fā),分別對大理石基座、宏動平臺和微動平臺進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)。然后從提高系統(tǒng)的可控性能出發(fā),

3、分別設(shè)計(jì)了機(jī)器視覺檢測系統(tǒng)和微力傳感裝置。最后通過測試實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了所設(shè)計(jì)儀器的優(yōu)秀性能。
　　(2)CELT微納加工儀器的加工精度研究。分析了CELT微納加工工藝流程中影響儀器加工精度的因素,分別從提高系統(tǒng)的定位精度和零點(diǎn)檢測精度兩個方面開展研究。零點(diǎn)檢測的精度是整體加工精度的基礎(chǔ),本文分析了零點(diǎn)檢測過程中影響檢測精度的因素,提出了一種基于數(shù)字鎖相放大器的零點(diǎn)檢測技術(shù),通過這種相敏濾波手段濾除所有異頻噪聲。加工過程開始后,系統(tǒng)的加工

4、精度主要依賴系統(tǒng)運(yùn)動平臺的定位精度。本文設(shè)計(jì)了一款基于柔性鉸鏈和壓電陶瓷驅(qū)動器的微位移平臺,對壓電陶瓷驅(qū)動器的磁滯特性進(jìn)行了數(shù)學(xué)建模,設(shè)計(jì)了PID+前饋的控制策略對平臺進(jìn)行控制。最后通過驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)測試系統(tǒng)精度,實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明零點(diǎn)檢測精度和平臺定位精度均達(dá)到納米級的精度。
　　(3)CELT微納加工儀器的加工效率研究。CELT微納加工中需要通過分層多次刻蝕的方式進(jìn)行大深寬比的微結(jié)構(gòu)加工,在一次加工中需要多次提升和回零的操作。本文針對這一