脉冲激光微加工技术在MEMS中的应用

介绍了脉冲激光微加工技术及其在微机电系统(MEMS)加工中的应用。脉冲激光微加工技术能够制作出三维微型结构并具有微米／亚微米加工精度，且适用于多种材料，与传统的微细加工技术(光刻、刻蚀、体硅和面硅加工技术等)相比具有其独到之处。阐述了基于激光烧蚀的脉冲激光直接微加工技术、激光-LIGA技术、激光辅助沉积与刻蚀技术以及MEMS的激光辅助操控及装配技术。     

脉冲激光MEMS加工技术

阐述了脉冲激光微加工技术及其在微机电系统(MEMS)加工中的应用。脉冲激光微加工技术能够制作出三维微型结构并具有微米／亚微米加工精度，且适用于多种材料，与传统的微细加工技术如光刻、刻蚀、体硅和面硅加工技术等相比具有其独到之处。进一步阐述了基于激光烧蚀的脉冲激光直接微加工技术、激光-LIGA技术、激光辅助沉积与刻蚀技术以及MEMS的激光辅助操控及装配技术。     

脉冲激光MEMS加工技术

阐述了脉冲激光微加工技术及其在微机电系统 (MEMS)加工中的应用。脉冲激光微加工技术能够制作出三维微型结构并具有微米 /亚微米加工精度 ,且适用于多种材料 ,与传统的微细加工技术如光刻、刻蚀、体硅和面硅加工技术等相比具有其独到之处。进一步阐述了基于激光烧蚀的脉冲激光直接微加工技术、激光 LIGA技术、激光辅助沉积与刻蚀技术以及MEMS的激光辅助操控及装配技术     

脉冲激光MEMS加工技术

阐述了脉冲激光微加工技术及其在微机电系统(MEMS)加工中的应用.脉冲激光微加工技术能够制作出三维微型结构并具有微米/亚微米加工精度,且适用于多种材料,与传统的微细加工技术如光刻、刻蚀、体硅和面硅加工技术等相比具有其独到之处.进一步阐述了基于激光烧蚀的脉冲激光直接微加工技术、激光-LIGA技术、激光辅助沉积与刻蚀技术以及MEMS的激光辅助操控及装配技术.     

飞秒激光微加工:激光精密加工领域的新前沿

飞秒激光微加工技术具有加工精度高、热效应小、损伤阈值低以及能够实现真正的三维微结构加工等优点,这些特性是传统的激光加工技术所无法取代的。首先回顾了激光微加工和超短脉冲激光技术的发展历史,然后介绍超短脉冲激光与金属和介质材料相互作用的机制,接着阐述了飞秒激光直写、干涉和投影制备等各种加工方法的原理,重点讨论飞秒激光在三维光子器件集成、微流体芯片制备及其在生化传感方面的应用等,最后展望了飞秒激光微加工领域所面临的机遇和挑战,指出了未来的研究方向。     

金属材料激光微焊接研究进展（特邀）

设备器件精密化、微型化是工业发展的重要趋势。在航空航天、动力电池、消费电子、生物医疗等应用领域中,零部件的日益微型化对微加工工艺提出了更高的要求。金属材料微焊接是微加工领域的重要需求之一,而激光具有能量密度高、热输入精确可控、焊接变形小等特点,是金属材料微焊接的重要技术手段。对金属材料激光微焊接技术展开了探讨,明确了其内涵,阐明了微尺度效应的影响,并总结了激光微焊接常见的缺陷及其质量控制方法,介绍了同种金属材料和异种金属材料激光微焊接的重要应用前景。最后,指出了金属材料激光微焊接技术存在的问题,并展望了未来的发展方向。     

体微加工技术在MEMS中的应用

微机电系统(MEMS)技术的基础是由微电子加工技术发展起来的微结构加工技术，包括表面微加工技术和体微加工技术。其中体微加工技术是微传感器、微执行器制造中最重要的加工技术。该文主要介绍以加工金属、聚合物以及陶瓷为主的LIGA技术，先进硅刻蚀技术(ASE)和石英晶体深槽湿法刻蚀技术。最后给出用LIGA技术和牺牲层技术制作微加速度传感器的例子。     

光生物芯片的激光微加工

光生物芯片将光学和微流体元件以及半导体光辐射装置结合起来。它可以广泛利用包括聚合物、玻璃和薄金属膜层等合适的材料来实现低成本装置。激光精细加工是一项能够实现这些材料的亚微米分辨率加工的可行的理想的加工技术。本文描述了利用激光微加工技术来实现一些光生物芯片和元件等。这些装置利用微流体和电动方法来实现微生物细胞的控制和表征。受激准分子激光微加工技术已经在制造复杂的微电极阵列和微流体沟道中得到了应用。为了实现垂直腔面发射LED和激光器的光能够在芯片中传输,准分子激光器也在制造片上微光学元件（例如微透镜和波导）中得到了应用。超快脉冲激光器已经成功应用于构造晶片级的半导体光发射器件中。在实现这些有源晶片的表面图形化和体加工时能够保持其功能不变。本文主要介绍了超快激光器和准分子激光器在实现结构制作方面为晶片反应室内提供环状光照明的用途。该工作中采用的激光微加工技术仅需要很少的后处理,因此可以使得这些元件能够满足光生物芯片从少量到大量的生产。     

数字化微混合反应器的研究

设计了一种数字化微混合反应器,对不同流体通过数字化微喷射生成微液滴,利用液滴间的碰撞和聚合实现试样与试剂间的微混合与反应。该微混合反应器由玻璃微流体器件拉制仪拉制的微管道进行粘接组合而成,内部无可动件,无需复杂的微加工技术,结构简单,制造成本低。进行了氢氧化钠溶液和酚酞溶液的混合反应实验,实验证明该混合反应器可以用于微混合反应。     

DEM技术研究

首次提出用ＤＥＭ（Ｄｅｅｐｅｔｃｈｉｎｇ，Ｅｌｅｃｔｒｏｆｏｒｍｉｎｇ，Ｍｉｃｒｏｒｅｐｌｉｃａｔｉｏｎ）技术进行非硅材料三维微机械加工，该技术吸收了体硅微加工技术和ＬＩＧＡ技术的优点，解决了ＬＩＧＡ技术的光源问题。目前利用该技术已获得了微复制模具雏形，其加工深度已达到１８０μｍ，深宽比大于２０。利用该技术可对非硅材料，如金属、塑料或陶瓷进行三维微加工。该技术的开发成功，可望成为一项全新的三维微加工技术。     

“飞秒激光微加工——打孔”的文献综述

飞秒激光微加工技术作为一种新兴的加工技术,具有非接触、效率高、加工精度高、热效应小、损伤阈值低以及能够实现真正的三维结构微加工等传统技术无法比拟的诸多优点,其应用领域相当广泛。文章描述了飞秒激光加工透明材料时,激光能量沉积在光学趋肤层,热效应极小的特性。指出了目前打孔普遍利用激光的直写技术,针孔掩模加工技术可以改善孔形的事实。最后展望了飞秒激光微加工的研究方向。     

微细金属粉末材料的激光快速微成型

快速成型技术 (RP)是一种基于离散 /堆积成型原理的新型数字化成型技术。采用激光熔化金属粉末材料直接制造金属零件是RP技术向RM (RapidManufacturing)发展的必然趋势 ,也是世界各国研究开发的热点。而利用微纳粉末金属材料进行微成型目前尚处于探索阶段。本文采用自行设计的激光精细烧结装置对粗、细粉末金属材料进行了对比烧结成形试验 ,分析了影响激光烧结微细金属粉末微成型的各种参数。结果表明 ,烧结金属细粉所需的功率远低于烧结粗粉所需的功率 ,成形精度好。通过对参数的优化 ,找到了最佳的成形工艺 ,成功制作出壁厚只有 10 0 μm左右的微小金属件     

金属粉末激光气化去除与烧结成形初探

激光选区烧结成形(SLS)技术是自下而上通过添加材料来成形的加成技术,它是不同于传统的自上而下的材料去除方式的机械加工方法.然而目前还没有一种将材料去除与加成相结合的激光加工成形技术.在研究激光与粉末材料相互作用时观察到粉末材料被气化的同时,激光光束周围的粉末被烧结的现象,利用这一现象探讨了激光气化烧结成形(LVS)的新方法,它既利用激光将粉末材料气化去除,同时又利用激光将粉末烧结加成在一起,形成所需的形状.该技术在制备、成形微型薄壁件时有独特的优势,薄壁的厚度由数个粉末颗粒组成,有望在激光烧结粉末微成形领域得到广泛应用.     

激光制备带热障涂层高温合金微孔工艺研究

高温合金多用作涡轮机等热端部件的材料,为降低部件工作温度通常需要在机体上制备大量的冷却微孔。激光加工技术适用性广,尤其能加工高硬度、高熔点材料,对于高温合金的微孔加工有独特优势。本文介绍了冷却微孔的实际应用,详细介绍了激光制备带热涂层高温合金的研究进展。分析并讨论了激光制孔热障涂层工艺的优势与不足,包括飞秒激光制备热障涂层高温合金,皮秒纳秒和毫秒激光器制备带热涂层高温合金等,最后总结了激光加工热障涂层微孔技术的问题与发展趋势。     

倒锥微孔阵列的激光微加工技术研究进展

激光微加工技术凭借其加工效率高、加工材料广泛、无物理损伤以及操控性强等优点在高精度机械部件的加工上有较好的应用前景,易加工出尺寸微小、数量庞大、高品质的倒锥微孔阵列.首先对激光加工微孔的工作原理和特点进行了介绍,综述了激光在加工微孔阵列、倒锥微孔以及倒锥微孔阵列的研究现状,详细介绍了准分子激光、飞秒激光、纳秒激光在加工...     

非线性激光制造的进展与应用（特邀）

超快激光是指脉冲宽度极窄的激光,其瞬时功率极高,与物质之间的相互作用呈现出非线性、非平衡、多尺度的状态。超快激光具有超快（脉冲持续时间短）、超强（瞬时功率高）、超精细（加工结构精细）等特点,由此实现的非线性激光制造技术可以打破传统微纳制造的局限,实现各类难加工材料和复杂微纳结构的超精细制造,精度可达亚微米至纳米量级,在微光学、生物医学、智能电子器件等前沿领域体现出了独特的应用价值。文中主要聚焦飞秒激光微纳加工技术前沿,简要概括了飞秒激光加工的特点;介绍了飞秒激光加工的主要技术手段,包括飞秒激光直写和飞秒激光并行加工;讨论了飞秒激光加工技术的前沿应用领域,如微纳光学器件、微流体器件、多功能结构化表面、生物医学工程等;最后,对飞秒激光加工制造技术未来的发展趋势和研究方向进行展望。     

微尺度下激光冲击金属材料的特性分析

为了提高微光机电系统产品的可靠性,采用微米尺度的激光冲击处理能够改善金属及金属薄膜材料的机械性能。而微米尺度的激光冲击处理与毫米尺度的激光冲击处理在理论分析、处理过程中的材料特性、适用理论等方面存在着较大的不同。对微尺度效应、材料的弹塑性理论、材料非线性进行了理论分析与探讨。对于等离子体的物理发展过程及空间结构,提出了旋转椭球体模型,这一结果对进一步研究、建立微尺度激光冲击强化等离子体三维模型奠定了理论基础。     

紫外激光加工陶瓷刀具表面微织构的实验研究

为了得到紫外激光在陶瓷刀具表面加工微织构的过程中,激光能量密度、扫描速率、扫描次数和频率对微沟槽尺寸的影响规律,采用单因素实验方法进行了紫外激光加工陶瓷刀具的工艺实验,确定了使用355nm波长紫外激光器在陶瓷刀具表面加工微织构的合理参量。结果表明,在陶瓷刀具上加工出合适微织构,可提高陶瓷刀具性能并延长寿命。     

镍基单晶高温合金水导激光钻孔工艺特性研究

为了探究不同激光功率及扫描速度下水导激光加工技术对镍基单晶高温合金加工微孔的影响规律及规律形成机理。使用自主研发的水导激光加工平台对镍基单晶高温合金CMSX-4在不同激光功率及扫描速度下进行1mm微孔的加工。然后采用白光干涉仪、扫描电子显微镜和Vision64软件获得微孔加工时间、孔径、圆度、锥度及重铸层厚度随不同激光功率及扫描速度的变化规律,并研究变化规律的形成机理。结果表明,加工时间、锥度及重铸层厚度与激光能量强度有关。随着激光能量强度的增大,加工时间缩短,锥度变小,重铸层厚度变小。孔径和圆度受激光能量强度及其在材料表面分布的影响。仅当激光能量作用范围控制在水束直径范围下时,孔径及圆度相应获得较好的加工质量。     

刻蚀辅助激光灰度改性技术制备硅基三维微结构

硅基三维微纳结构在红外成像与探测方面具有重要的应用价值。然而,受加工技术的限制,硅基复杂面型三维微纳结构的制备仍然是一个难题。本文提出了利用刻蚀辅助激光灰度改性技术制备硅基三维微纳结构。利用激光改性制备的硅的氧化层作为刻蚀掩膜,经过刻蚀实现灰度图形向衬底的转移。研究发现,氧化层的抗刻蚀能力可以通过激光加工参数进行调控,例如,激光功率和扫描间距。通过编程化设计的局部调控的抗刻蚀氧化层图形,刻蚀后实现了台阶状、斜面及曲面复杂三维微结构的可控制备。另外,验证了该技术在特殊面型硅基微光学器件制备中的可行性。