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考试范围：1，MEMS的定义应用。
2，光刻的过程，及相关工艺。
3，湿法刻蚀中的各向异性刻蚀工艺，及自终止技术。
4，CVD PVD工艺及其相关薄膜技术。
5，MEMS三大工艺：体加工，表面微加工，键合工艺。
相关过程和应用。
6，封装形式。
1.MEMS的概念，MEMS产品应用。
MEMS（Micro-Electro-Mechanical Systems）是指微型化的器件或器件组合，把电子功能与机械的、光学的或其他的功能形结合的综合集成系统，采用微型结构（集微型传感器、微型执行器、信号处理和控制电路、接口电路、通信系统以及电源），使之能在极小的空间内达到智能化的功效。
MEMS 是Micro Electro Mechanincal System 的缩写，即微机电系统，专指外形轮廓尺寸在毫米级以下，构成它的机械零件和半导体元器件尺寸在微米至纳米级，可对声、光、热、磁、压力、运动等自然信息进行感知、识别、控制和处理的微型机电装置。
微机电系统（MEMS）主要特点在于：（1）体积小、精度高、质量轻;(2)性能稳定、可靠性高；（3）能耗低，灵敏度和工作效率高；（4）多功能及智能化;（5）可以实现低成本大批量生产。
民用：MEMS对航空、航天、兵器、水下、汽车、信息、环境、生物工程、医疗等领域的发展正在产生重大影响，将使许多工业产品发生质的变化和飞跃。
军用：精确化、轻量化、低能耗是武器装备的主要发展趋势，这些特点均需以微型化为基础。
微型化的单元部件广泛应用于飞行器的导航和制导系统、通信设备、大气数据计算机、发动机监测与控制、“智能蒙皮”结构和灵巧武器中。
由硅微机械振动陀螺和硅加速度计构成的MEMS惯性测量装置已用于近程导弹，并显著提高导弹的精确打击能力。
微型化技术在武器装备上的另一个重要发展是微小型武器，如微型飞行器、微小型水下无人潜水器、微小型机器人和微小型侦察传感器等。
具体应用：打印机喷嘴——用于打印机；微加速度计和角速度计——应用于汽车安全气囊；微加工压力传感器——用于进气管绝对压力传感器；由硅微振动陀螺和硅加速度计构成的MEMS惯性测量装置——用于军品中的近程导弹。
第15卷第7期王海洋，等：TA1纯钛微型杯件软模微拉深成形工艺研究47NITHEESHWAR R K, et al. Variation of Force Due toCo-Efficient of Friction & Blank Diameter in Deep Drawing[J]. Materials Today: Proceedings, 2022, 68: 2189-2194.[28] FU M W, CHAN W L. A Review on the State-of-the-ArtMicroforming Technologies[J]. The International Jour-nal of Advanced Manufacturing Technology, 2013, 67(9): 2411-2437.[29] DEHGHANI F, SALIMI M. Analytical and Experimen-tal Analysis of the Formability of Copper-Stainless-Steel304L Clad Metal Sheets in Deep Drawing[J]. The In-ternational Journal of Advanced Manufacturing Tech-nology, 2016, 82(1): 163-177.[30] WANG Chuan-jie, XUE Shao-xi, CHEN Gang, et al.Investigation on Formability of Bipolar Plates during Flexible Micro Forming of Cu/Ni Clad Foils[J]. Journalof Manufacturing Processes, 2020, 53: 293-303.[31] MENG B, FU M W. Size Effect on Deformation Be-havior and Ductile Fracture in Microforming of Pure Copper Sheets Considering Free Surface Roughening[J].Materials & Design, 2015, 83: 400-412.[32] PENG Lin-fa, XU Zhu-tian, GAO Zhao-yang, et al. AConstitutive Model for Metal Plastic Deformation at Micro/Meso Scale with Consideration of Grain Orienta-tion and Its Evolution[J]. International Journal of Me-chanical Sciences, 2018, 138/139: 74-85.[33] ADZIMA F, BALAN T, MANACH P Y, et al. CrystalPlasticity and Phenomenological Approaches for the Simulation of Deformation Behavior in Thin Copper Alloy Sheets[J]. International Journal of Plasticity, 2017, 94: 171-191.责任编辑：蒋红晨精 密 成 形 工 程第15卷 第7期48 JOURNAL OF NETSHAPE FORMING ENGINEERING2023年7月收稿日期：2023–05–18 Received ：2023-05-18基金项目：国家重点研发计划（2022YFB4602502）；国家自然科学基金（42241149，52005199）；广东省自然科学基金面上资助项目（2021A1515011991）；湖北省揭榜项目（2021BEC010）；湖北省重点研发计划（2022BAA057）；武汉市基础研究知识创新项目（2022010801010203）；深圳市基础研究项目（JCYJ20200109150425085）；深圳市中央引导地方科技发展专项资金（2021Szvup158，2021Szvup159）；深圳市科技项目（JSGG20201103100001004） Fund ：The National Key Research and Development Program of China(2022YFB4602502); National Natural Science Foundation of China(42241149, 52005199); the Guangdong Basic and Applied Basic Research Foundation(2021A1515011991); the Science and Technology Reveal System Project of Hubei Province(2021BEC010); the Key Research and Development Program Fund of Hubei Province(2022BAA057); the Knowledge Innovation Program of Wuhan-Basic Research(2022010801010203); the Shenzhen Fundamental Research Program of China(JCYJ20200109150425085); the Free Exploration Basic Research Project of Local Science and Technology Development Funds Guided by the Central Government(2021Szvup158, 2021Szvup159); the Shenzhen Science and Technology Program of China(JSGG20201103100001004)作者简介：韩光超（1974—），男，博士，教授，主要研究方向为超声辅助微塑性成形工艺。
![塑性成形原理4[1]](https://img.taocdn.com/s1/m/c0c8c2d3240c844769eaeeab.png)
纳米材料微阵列超塑微成形机理与尺度效应王国峰;李优;刘奇;赵相禹【摘要】微成形技术是未来批量制造高精密微小零件的关键技术，但是，微小尺度下材料的塑性变形行为不仅表现出明显的尺度效应，而且零件尺度已经接近常规材料的晶粒尺寸，每个晶粒的形状、取向、变形特征对整体变形产生复杂的影响，难以保证微成形的工艺稳定性。
本项目采用纳米材料进行微成形，制造微阵列，零件内部包含大量的晶粒，可以排除晶粒复杂性的影响，而且纳米材料具有超塑性，在超塑状态下，变形抗力和摩擦力都明显降低，从而显著降低微成形工艺对模具性能的苛刻要求，提高工艺稳定性和成形精度。
目前，纳米材料超塑性微成形技术方面的研究极少，变形时纳米材料的力学行为、变形机理、尺度效应、位错演化、力学模型等关键问题还有待研究。
采用电沉积技术制备晶粒尺寸可控的纳米材料，将工艺实验研究、性能测试、组织分析、力学性能表征、数值模拟相结合，深入探究了纳米材料微阵列超塑性微成形机理和成形规律，以促进该技术的广泛应用。
%ABSTRACT:Micro-forming is a key technique for fabricating high-precision micro-part in large volume. However, plastic deformation at small scale has obvious size effects. The shape, orientation and deformation behavior of each grain have complicated influence on the micro-forming, since the scale of the parts approaches to the size of grain in common materi-als. Consequently, it is very hard to ensure the processing stability of micro-forming. In the current project, nanocrystalline materials were used to form micro-array. The influence of grain complexity could be eliminated since there were a lot of grains in the micro-part. In addition, nanocrystalline materials usually havesuperplasticity. Under this condition, the de-formation force and friction decrease obviously, which decreases the requirement on the mechanical properties of dies, and improves the processing stability and the forming precision. Currently, little work has been reported on the superplastic mi-cro-forming of nanocrystalline materials. Some key scientific issues remain to be resolved, such as the deformation behav-iors, deformation mechanism, scale effect, dislocation evolution and mechanical model of nanocrystalline materials during deformation. Electrodeposition technique was used to fabricate the nanocrystalline materials with controllable grain size. In order to realize the wide application of this technique, the superplastic micro-forming mechanism and rule of micro-array made of nanocrystalline material were investigated in depth through the combined methods of processing experiments, prop-erty measurement, microstructure analysis, characterization of mechanical property, and numerical simulation.【期刊名称】《精密成形工程》【年(卷),期】2015(000)003【总页数】7页(P1-6,61)【关键词】超塑性;超塑成形;塑性加工;微成形;纳米材料【作者】王国峰;李优;刘奇;赵相禹【作者单位】金属精密热加工国家级重点实验室，哈尔滨工业大学，哈尔滨150001;金属精密热加工国家级重点实验室，哈尔滨工业大学，哈尔滨150001;金属精密热加工国家级重点实验室，哈尔滨工业大学，哈尔滨150001;金属精密热加工国家级重点实验室，哈尔滨工业大学，哈尔滨150001【正文语种】中文【中图分类】TG113.26随着科学技术的发展，电子工业及精密机械等行业的飞速进步，产品的微型化在现代工业界中已经出现了不可阻挡的趋势。
MEMSMEMS是由微加工技术制备，特征结构在微米尺度（1um~0.1mm范围）的，集成有微传感器、微致动器、微电子信号处理与控制电路等部件的微型系统。
其中微传感器获取外部信息，微电子信号处理与控制电路处理信息并作出决策，微致动器执行决策。
∙MEMS的特点o MEMS系统器和器件的尺寸十分微小，通常在微米量级，微小的尺寸不仅使得MEMS能够工作在一些常规机电系统无法介入的微小空间场合，而且意味着系统具有微小的质量和消耗，微小的尺寸通常还为MEMS器件带来更高的灵敏度和更好的动态特性。
80[%]以上的MEMS采用硅微工艺进行制作，使其具有大批量生产模式，制造成本因而得以大大降低。
在单一芯片内实现机电集成也是MEMS独有的特点。
单片集成系统能够避免杂合系统中有各种连接所带来的电路寄生效应，因此可达到更高的性能并更加可靠，单片集成有利于节约成本。
组件装配特别困难，目前许多MEMS都是设计成不需要装配或者具有自装配功能的系统。
MEMS构件的加工绝对误差小，使用的材料也较为单一，三维加工能力明显不足。
∙MEMS的应用前景o MEMS技术的发展已经开辟了一个全新的技术领域和产业，基于MEMS技术制作的微传感器、微执行器、微型构件、微机械光学器件、真空微电子器件、电力电子器件等在航空、航天、汽车、生物医学、环境监控、军事以及几乎人们所接触到的所有领域中都有着十分广阔的应用前景。
MEMS技术正发展成为一个巨大的产业，就象近20年来微电子产业和计算机产业给人类带来的巨大变化一样，MEMS也正在孕育一场深刻的技术变革并对人类社会产生新一轮的影响。
目前MEMS市场的主导产品为压力传感器、加速度计、微陀螺仪、墨水喷咀和硬盘驱动头等。
大多数工业观察家预测，未来5年MEMS器件的销售额将呈迅速增长之势，年平均增加率约为18[%]，因此对对机械电子工程、精密机械及仪器、半导体物理等学科的发展提供了极好的机遇和严峻的挑战。
∙MEMS的发展史o MEMS所带来的第一轮商业化浪潮在20世纪70年代末80年代初，当时用大型蚀刻硅片结构和背蚀刻膜片制作压力传感器。
微机电系统中的塑性微成形技术
——零件微型化技术的探究
摘要：微机电系统（MEMS）是指可批量制作的，集微型机构、微型传感器、微型执行器以及信号处理和控制电路、直至接口、通信和电源等于一体的微型器件或系统。
在今天这个信息微型化的时代，微机电系统具有节省空间、节约能源、易于重组、便携轻巧等优点在民用和军用等诸多领域备受青睐，尤其是在医疗卫生、电信电子、工业、基因工程和国防等应用范畴的逐步扩大。
但是正是由于这些技术的兴起和广泛应用，增大了对微型零件的需求量，对微型零件的制造成本和效率提出了更高要求。
传统的微型零件制造工艺，如IC工艺和LIGA技术等，无法满足实际生产中对加工材料的种类和生产效率的需要，从而促进了微型零件制造新工艺的发展，微塑性成形技术就是其中最重要的加工工艺之一。
MEMS发展的目标在于，通过微型化、集成化来探索新原理、新功能的元件和系统，开辟一个新技术领域和产业。
而塑性微成形技术为其技术发展、产品加工提供了最重要的技术保障，在实际生产中还能提高生产效率、降低生产成本。
关键词:MEMS 微成形微型零件
MEMS中塑性微成形技术发展现状
微机电系统是一种体积非常小、质量非常轻的机电一体化产品，其量度以微米为单位。
主要包含微型传感器、执行器和相应的处理电路三部分。
它源于硅微细加工技术，是微电子、材料、机械、化学、传感器、自动控制等多学科交叉的产物。
它具有以下几个基本特点，微型化、智能化、多功能、高集成度。
它是通过系统的微型化、集成化来探索具有新原理、新功能的元件。
微机电系统涉及航空航天、信息通信、生物化学、医疗、自动控制、消费电子以及兵器等应用领域。
近年来更是成为炙手可热的学习专业和投资产业。
微机电系统一般是由类似于生产半导体的技术如表面微加工、体型微加工等技术制造的。
但是微机电系统的发展需要微型技术的同步甚至超前发展，所以传统的IC工艺和LIGA技术就已经不再适用。
相比之下，塑性加工非常适合批量生产低成本、高精度的微型零件,因此, 近年来结合塑性加工方法的微成形技术得到了很大发展。
另一方面与传统的塑性成形工艺相比，微塑性成形中微型零件的几何尺寸等可以按比例缩小，而有一些材料参数却保持不变，如材料的微观晶粒度和表面粗糙度等，从而导致材料的塑性变形性能发生改变。
零件微型化
零件微型化并非传统意义下宏观零件的简单几缩小, 其主要特
点是随着尺寸的减小, 表面效应和尺度效应成为影响微成形成功与
否的主要因素之一。
因为, 首先随着零件尺寸的微型化, 其表面积与体积之比迅速增大, 微构件的力学特性和所受表面力的相对关系等
都发生了改变, 工模具之间的表面效应必须予以考虑,而且表面力作用将起主导作用；其次, 构件材料本身的物理性质及其对环境变化的响应将有很大的改变, 不能象传统成形工艺一样视材料为各向同性的均匀连续体, 因为材料外形尺寸与晶粒尺度之比相差不大；再有, 由于尺度效应以及制造工艺造成的工具间的几何误差都对摩擦和润滑剂的分布有一定的影响。
所以零件微型化需要在几何尺寸减小的情况下按照实际要求解决表面效应和尺寸效应显现的一些问题，保证微型零件能在微机电系统中正常的工作。
微塑性成形研究
当被加工对象尺寸微小化并达到微米层次后,实际上已超出了常用于宏观机械和塑性加工传统理论的适用范围。
所有涉及微塑性成形的理论, 也就是工模具、工艺、材料和机床设备4 方面, 已不能简单地利用相似性理论从宏观尺度下进行参数变换得到, 都需要重新考虑：
(1)工模具微塑性成形研究主要集中在工模具设计、材料、制造、表面质量和精度等方面。
目前模具设计基本上依据传统的设计思路, 同时兼顾表面效应和尺度效应, 还必须根据模具材料和微成形方法选用相应的工具。
由于微型化和模具材料的变化, 微模具的加工制造方法也发生了根本性的改变。
(2)工艺和传统塑性成形一样, 微成形工艺方面的研究包括成形工艺、工件精度、摩擦、回弹和模拟等。
研究较多的微塑性成形方法有微挤压、微弯曲、微压印、微钣金、微拉深、微冲压、微锻、微轧制
和微无模成形工艺。
为了提高成形过程中的材料温度, 降低流动应力和提高韧性, 经常将激光应用到微塑性成形工艺中,为了研究微成形
工艺参数, 必须量化尺度效应对工艺参数的影响, 最基本的方法就
是采用相似定理, 前提是保持应力和应变状态( 各自的速率) 的不变。
( 3) 材料方面微塑性加工的材料选择范围比较广, 除了与传统
塑性加工一样的常规金属和合金等材料, 还研究了不少微成形性良
好的合金。
合金超塑性很好。
另外该合金具有良好的微成形性, 尤其适用于具有微筋等突起的零件另外, 由于微成形与微系统和微电子
技术是紧密相连的, 微成形材料可以采用微电子材料。
( 4) 机床设备方面成形机床设备也是微成形研究的一个重要方面, 由于微塑性成形的特殊性,使得所需的机床设备都发生了变化,
与其相关的测试仪器和测试方法也与传统塑性加工的迥然不同。
塑性微成型的研究展望
随着微系统应用范围的扩大, 微成形的发展潜力也会越来越大。
但是在微成形理论方面还需要有所突破, 也就是在微成形的加工模具、工艺、材料和机床设备4 方面以及相关的技术问题进行研究。
首先继续对微成形模具设计制造、材料进行研究, 建立微模具设计理论, 研制经济实用的模具制造方法和适用的微模具材料。
其次, 对微成形工艺的研究不能停止, 针对不同的工艺必须建立不同的摩擦模型,选
择合适的润滑剂, 同时采用合适的实验方法量化尺度效应对工艺参
数的影响;建立适用与微塑性加工的有限元单元和有限元分析模型，
并扩展有限元模拟到三维微成形模拟, 研制微成形过程模拟软件;结合先进成形方法开发新的微成形方法, 例如微无模成形是很有发展前景的工艺方法。
再次, 对材料在微型化以后的各种特性都必须进行深入研究, 如材料模型、晶粒尺度对微成形质量的影响、塑性、韧性和成形极限等建立多尺度耦合的材料本构模型; 研制成形材料的制备和坯料下料方法。
总结
通过对塑性微成形技术的学习，我对微成形技术及其应用有了一些了解，由于我是通信工程专业的学生，微成形技术对电子电信类的微型零件加工有着至关重要的作用，所以本文主要介绍了微成形技术在微机电系统中微型零件的加工方法及研究方向。
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