微细电化学加工技术

基于FPGA的纳秒级微细电解加工脉冲电源的研制梁劲斐;于兆勤;郭钟宁【摘要】To the demand of micro electrochemical machining accuracy, a nanosecond power supply was developed which suitable for micro electrochemical machining. To utilize FPGA inside high-frequency clock to generate high-frequency pulse signal, acquire nanosecond pulse through amplify and chopping. The pulse frequency has wide range to regulate. For short-circuit protection, programming in FPGA to deal with sampling signal and output the feedback signal. When employed this power supply to carry out some experiments,verified the feasibility of the power supply.%针对微细电解加工的精度要求，研制出适合于微细电解加工的纳秒级脉冲电源。

利用FPGA内部的高频时钟产生出高频的脉冲信号，经放大和斩波后得到纳秒级脉冲，脉冲频率调节范围较宽。

采样信号经FPGA内部编程处理后输出反馈信号实现短路保护。

使用该电源进行相关的工艺试验，验证了电源的可行性。

【期刊名称】《机电工程技术》【年(卷),期】2013(000)009【总页数】4页(P87-90)【关键词】微细电解加工;FPGA;纳秒电源【作者】梁劲斐;于兆勤;郭钟宁【作者单位】广东工业大学，广东广州 510006;广东工业大学，广东广州 510006;广东工业大学，广东广州 510006【正文语种】中文【中图分类】TP230 前言随着微机电系统（Micro-Electro-Mechanical Systems，MEMS）的发展，微型复杂结构金属器件的应用范围越来越广，如生物医学和航空领域，因此微细加工技术成为现代工业的一个热点问题。

微机电系统综述摘要：微机电系统(MEMS)是在微电子技术的基础上兴起的一个多学科交叉的前沿领域，集中了当今科学技术发展的许多尖端成果，在汽车电子、航空航天、信息通讯、生物医学、自动控制、国防军工等领域应用前景广阔[1]。

本文介绍了微机电系统起源及研究发展的背景，综述了微机电系统所涉及的器件设计、制作材料、制作工艺、封装与测试等关键技术，介绍了微机电系统在微传感器、微执行器、微机器人、微飞行器、微动力能源系统、微型生物芯片等方面的典型应用，大量先进的MEMS器件有望在未来几十年中从实验室推向实用化和产业化。

关键词：MEMS；微机械加工；封装；测试；应用Abstract;Micro-electromechanical system(MEMS)，developed on the basis of microelectronics，is a scientific research frontier of multidiscipline and assimilates the most advanced achievements in current research and development．MEMS extends into various fields with wide application prospects，such as automotive electronics, aeronautics and astronautics，information communication, biomedicine，auto-control and defense industry，and so on．This paper introduces the basic theory research of MEMS development and its background.Summarizes the key technologies of MEMS such as device design，fabricating material, machining processes ,micro-packaging and testing．Further more，the typical applications and latest development in fields including micro-sensor，micro-actuator，micro-robot，micro air vehicle，micro-power energy system，micro biological chip are discussed．A plenty of advanced MEMS devices would be put into practicality and industrialization from laboratory in recent decades．Keywords:micro-electromechanical system; micro -machining; package; testing; usage1 引言微机电系统简称为MEMS（Micro-Electro-Mechanical System），是利用微米/纳米技术，以微细加工为基础，将微传感器、微执行器和电子电路、微能源等组合在一起的微机电器件、装置或系统。

铜湿法刻蚀工艺全文共四篇示例，供读者参考第一篇示例：铜湿法刻蚀工艺是一种常见的电化学加工方法，通常用于生产PCB（Printed Circuit Board，印刷电路板）和微电子器件。

铜湿法刻蚀工艺是一种相对简单有效的方法，通过化学溶液中的化学反应去除不需要的金属部分，从而制作出精确的电路板。

在本文中，我将介绍铜湿法刻蚀工艺的原理、步骤和应用范围。

## 一、铜湿法刻蚀工艺的原理铜湿法刻蚀工艺是一种通过充满化学溶液的容器，在特定的电场下，通过阳极（被腐蚀的金属）和阴极（腐蚀金属离子在表面脱落的金属）之间的通电，使金属的离子在表面脱落的工艺。

在铜湿法刻蚀工艺中，主要通过氯化铜等化学溶液进行蚀刻，将铜电路板表面不需要的部分腐蚀掉，从而得到所需的电路板结构。

### 1.准备工作在进行铜湿法刻蚀前，首先需要准备好工作环境和设备，包括化学溶液、工作平台、电极等。

### 2.设计电路板根据设计要求，将需要制作的电路板布局设计在电路板上。

### 3.制作印刷膜将电路板图案通过印刷或是光刻的方法制作在电路板上。

### 4.蚀刻将电路板放入蚀刻槽中，通过施加恰当的电压和控制腐蚀时间来蚀刻电路板。

将蚀刻后的电路板进行清洗，去除残留的化学溶液和腐蚀产物。

对蚀刻后的电路板进行检验，确保电路板的质量和精度。

铜湿法刻蚀工艺广泛应用于PCB 制造、电子器件生产等领域。

其主要优点包括：蚀刻速度快、成本低、精度高。

铜湿法刻蚀工艺也存在一些缺点，如产生废液难处理、容易造成环境污染等问题。

随着环保意识的提高和新技术的不断应用，铜湿法刻蚀工艺仍然是一种重要的制造方法。

铜湿法刻蚀工艺在电子行业中扮演着重要的角色，为电路板的生产提供了有效的解决方案。

通过不断的研究和技术改进，铜湿法刻蚀工艺将继续发展，并为电子行业和科学研究提供更多的可能性。

第二篇示例：铜湿法刻蚀工艺是一种常用于半导体制造和微电子工艺中的一种工艺技术。

通过在铜表面涂覆有机感光胶，并在其表面曝光、去除和蚀刻来实现精密的图形制作。

化学机械研磨技术是一种新型的微加工技术，它通过化学反应和机械加工相结合的方式对材料进行微观加工。

该技术具有高效、精度高、加工范围广等优点，在微电子、光电子、生物医学等领域得到了广泛的应用。

一、的基本原理的基本原理是通过一种特殊的研磨液将材料表面化学反应，同时进行机械研磨，从而实现微米级别的加工。

该研磨液通常由氧化铝颗粒、硝酸等组成，其中氧化铝颗粒用于磨料，硝酸则用于溶解材料表面。

当该研磨液在材料表面进行化学反应时，其局部PH值升高，从而使材料表面发生溶解反应，同时氧化铝颗粒对材料表面进行慢速磨削。

这样，化学反应和机械磨削相结合，即完成了对材料表面的微观加工。

二、的优点相对于传统的微细加工技术，如激光加工和电化学加工等，具有许多独特的优点。

1、高效性具有高效性，其加工速度可以达到每分钟几百微米，而传统的微细加工技术则通常需要花费几十分钟或几个小时。

2、高精度具有高精度，其加工精度可以达到亚微米级别，通常可以对光学元件、微电子器件等进行精确加工。

3、加工范围广的加工范围非常广泛，可以对不同材料的表面进行加工，如硅、铝、玻璃、钢等。

4、光滑度高可以获得光滑度非常高的表面，这对许多应用领域非常重要，如光学镜片、生物材料表面等。

三、的应用已经在许多领域得到了广泛的应用，以下是其中的一些应用领域。

1、微电子器件制造现代微电子器件需要非常高精度的制造技术，在这方面，可以提供高效、高精度的加工手段，特别是对于半导体芯片的制造，它是一种非常有效的手段。

2、光学元件制造光学元件需要非常光滑、精确的表面，可以提供高效、高精度的表面制造手段，特别是对于光学透镜、反射镜等光学元件的制造。

3、生物医学可以用于在生物医学领域中加工许多生物材料，如人工骨骼、人工心脏瓣膜等，以及制造微型器件用于生物检测和诊断。

四、的发展趋势目前，正不断发展壮大，其发展趋势主要包括以下方面：1、追求更高的精度和效率随着科技的发展，人们对于精度和效率的要求越来越高，因此也在不断追求更高的精度和效率，以适应未来的需求。

第四章电化学加工1．从原理和机理上来分析，电化学加工有无可能发展成为“纳米级加工”或“原子级加工”技术？原则上要采用哪些措施才能实现？答：由于电化学加工从机理上看，是通过电极表面逐层地原子或分子的电子交换，使之在电解液中“阳极溶解”而被去除来实现加工的，可以控制微量、极薄层“切削”去除。

因此，电化学加工有可能发展成为纳米级加工或原子级的精密、微细加工。

但是真的要实现它，从技术上讲还有相当难度。

主要是由于电化学加工的实质是实现选择性阳极溶解或选择性阴极沉积，只要能把这种溶解或沉积的大小、方向控制到原子级上就可以了。

但是由于它们的影响因素太多，如温度、成分、浓度、材料性能、电流、电压等，故综合控制起来还很不容易。

2．为什么说电化学加工过程中的阳极溶解是氧化过程，而阴极沉积是还原过程？答：从电化学过程来说，凡是反应过程中原子失去电子成为正离子（溶入溶液）的，称为氧化，反之，溶液中的正离子得到电子成为中性原子（沉积在阴极上）的称为还原，即由正离子状态还原成为原来的中性原子状态。

例如在精炼电解铜的时候，在电源正极上纯度不高的铜板上的铜原子在电场的作用下，失去两个电子成为Cu2+正离子氧化而溶解入CuCl2 溶液，而溶液中的Cu2+正离子在阴极上，得到两个电子还原成为原子而沉积在阴极上。

3．原电池、微电池、干电池、蓄电池中的正极和负极，与电解加工中的阳极和阴极有何区别？两者的电流（或电子流）方向有何区别？答：原电池、微电池、干电池和蓄电池中的正极，一般都是较不活泼的金属或导电体，而其负极，则为较活泼的金属。

例如干电池，正极为不活泼的石墨（碳）棒，负极为活泼金属锌，蓄电池的正极是不活泼的铅。

金属与导电液体形成的微电池中的正极往往是不活泼的碳原子或杂质。

两种活泼程度不同的金属（导电体）在导电溶液中发生电化学反应能产生电位差，电位较正的称为“正极”，流出电流（流入电子流），电位较低的流入电流（流出电子流）。

电解加工时人为地外部加以电源，接电源正极称阳极，接电源负极的称阴极，阳极表面流出电流（流入电子流），阴极表面流入电流（流出电子流），两者的方向仍一致，见图4-1。