Спосіб виробництва мікромеханічних виробів

Изобретение относится к области микромеханики, а точнее к изготовлению микромеханических изделий. Наиболее близким техническим решением является способ изготовления микромеханических деталей, заключающийся в изготовлении микромеханических деталей на кремниевых пластинах методами, используемыми в микроэлектронике (фотолитография, селективное травление, эпитаксия и др.) и сборки микромеханических деталей в микромеханические изделия неразъемным способом (пайка, сварка, склеивание, клепка и др.). Способ имеет следующие недостатки: t. Тр удно изготавливать детали, имеющие сложную форму в 3-х измерениях. 2. Многие процессы, используемые в этом способе, дороги. Например, LIGA-процесс требует применения моющих ускорителей заряженных частиц. 3. Оборудование, используемое в этом способе, очень дорогое, требует больших чистых помещений и высококвалифицированного персонала для его обслуживания. 4. Технологические процессы разнородны по своей физической природе (нанесение фоторезиста, фотоэкспонирование, травление, удаление фоторезиста, вакуумное напыление, химическое осаждение и др.). Они требуют разных технологических условий и очень трудно объединяются в автоматические поточные линии. 5. Очень дорогими оказываются изготовление и сборка микромеханических изделий этим способом. Поэтому этим способом можно изготовить только дорогостоящие изделия. В основу изобретения поставлена задача по созданию такого способа производства микромеханических изделий, в котором изготовление микромеханических деталей, осуществляемое путем механической обработки на микромеханических станках, у которых размеры рабочей области больше габаритных размеров изготавливаемых микромеханических деталей не более чем в 2 раза, сборка микромеханических изделий, производимая неразъемным способом на микросборочных устройства х, размеры рабочей области которых больше габаритных размеров собираемых на них микромеханических изделий не более чем в 4 раза, механическая обработка микромеханических деталей, производимая на микромеханических станках во всем микронно-субмикронном диапазоне до линейных размеров изготавливаемой микромеханической детали, которые не меньше размеров молекулы обрабатываемого материала, обеспечивает согласование размеров обрабатываемой микромеханической детали (собираемого микромеханического изделия) со станком (микросборочным устройством), имеющим минимально возможные для данной детали (изделия) размеры рабочей области, повышает точность позиционирования рабочего органа инструмента относительно детали (собираемого изделия), минимизирует погрешность от зазоров в сочленениях узлов станка, связанные с их тепловым расширением, а также амплитуды их вибраций, позволяющее изготовление и сборку микромеханических изделий различных размеров во всем микронно-субмикронном диапазоне с высокой точностью изготовления (допускаемая при изготовлении погрешность от 0,01 % до 1,0%), массовым тиражом, из различных твердых материалов при низкой себестоимости производства, что может быть использовано при создании новых областей техники для реализации разнообразных функций. К их числу относится самопроизводство многих поколений микромеханических станков и микросборочных устройств, организованных в производственные линии, управляемые вычислительными системами, для выпуска широкого спектра микромеханических изделий во всем микронно-субмикронном диапазоне, не требующих больших производственных площадей, энергии и материалов. К числу новых микромеханических изделий, изготавливаемых на микромеханических станках и собираемых на микросборочных устройства х, относятся: - фильтры для тонкой фильтрации жидкости и газа, имеющие малые габаритные размеры и обеспечивающие большой расход жидкости или газа при малом перепаде давлений, допускающие фильтрацию на субмикронном уровне, т.е. задерживающие бактерии и даже вирусы. Так, например, фильтр для очистки воды при габаритных размерах 60*25*25 мм будет иметь производительность 1,25 литра в секунду при перепаде давлений 10000 Па (0,1 атм) и задерживать частицы до 5 мкм; - микромеханические вычислительные устройства устойчивые к высоким уровням радиации с объемом не более 1 куб.см; - средства отображения информации (табло, реклама и др.) с высокой разрешающей способностью и малым энергопотреблением; - организация новых те хнологических производств микроэлектронных изделий, требующих на порядок меньше производственных площадей, энергоресурсов и производительностью на порядок выше существующи х; - новые виды обоев со сменным изображением; - синтетические ткани с высоким влаго-поглощением; - аккумуляторы и конденсаторы с характеристиками на порядок выше существующи х; - биологические и медицинские приборы, датчики, инструменты для микрохирургии и микробиологии, позволяющие выполнять операции на субмикронном уровне и многие другие. Основным достоинством новых перечисленных выше изделий является то, что в большинстве своем они состоят из множества простых в изготовлении однотипных микромеханических деталей различных материалов и различных размеров микронно-субмикронного диапазона, при сборке которых создаются устройства субмикронного, микронного или макроуровней, обеспечивающие новые качественные показатели, значительно превосходящие существующие подобные по назначению изделия, причем себестоимость изготовления этих новых изделий, по сравнению с существующими технологиями макроуровня, на порядок ниже. Поставленная задача достигается использованием в способе производства микромеханических изделий доотличительных признаков' изготовление микромеханических деталей и их сборка неразъемным способом и следующих отличительных признаков, достаточных по всех случаях, на которые распространяется испрашиваемый объем правовой охраны, а именно изготовление микромеханических деталей путем механической обработки на микромеханических станках, у которых размеры рабочей области больше габаритных размеров изготавливаемых микромеханических деталей не более чем в 2 раза, размеры рабочей области микросборочных устройств больше габаритных размеров собираемых на них микромеханических изделий не более чем в 4 раза. благодаря использованию в предложенном способе производства микромеханических изделий изготовления микромеханических деталей путем механической обработки на микромеханических станках, у которых размеры рабочей области больше габаритных размеров изготавливаемых микромеханических деталей не более чем в 2 раза, сборки микромеханических деталей на микросборочных устройствах, размеры рабочей области которых больше габаритных размеров собираемых на них микромеханических изделий не более чем в 4 раза, обеспечивается изготовление из различных твердых материалов широкого спектра микромеханических деталей, изделий, требующи х высокой точности обработки и массового производства во всем микронно-субмикронном диапазоне. Предложенный способ производства микромеханических изделий состоит из изготовления механическим путем микромеханических деталей, на микромеханических станках различных размеров, выбранных таким образом, что каждую микромеханическую деталь изготавливают на стенке, имеющем размеры рабочей области не превышающие габаритных размеров детали более чем в 2 раза, сборки неразъемным способом, микромеханических изделий из изготовленных микромеханических деталей на микросборочных устройства х, выбранных таким образом, что каждое микромеханическое изделие собирают на микросборочном устройстве с размерами рабочей области не превышающими габаритных размеров собираемого на них изделия более чем в 4 раза. Заявляемый способ производства микромеханических изделий реализуют следующим образом. Перед изготовлением микромеханических деталей заготовки сортируют по габаритным размерам и по способам механической обработки. Для каждой детали составляют технологическую карту ее механической обработки. И в соответствии с этой картой и габаритными размерами заготовки выбирают микромеханические станка, выполняющие требуемые операции, причем размеры рабочей области каждого из этих микромеханических станков не превышают габаритных размеров изготавливаемых микромеханических деталей более чем в 2 раза, затем заготовку микромеханической детали обрабатывают на выбранных микромеханических станках в той последовательности, которая определена технологической картой. Микромеханические станки, на которых изготавливают микромеханические детали, имеют системы автоматического управления, автоматические средства загрузки, удаления стружки, съема детали, замены инструмента и перемещения изготавливаемой микромеханической детали по технологическому маршруту. В конце технологического маршрута обработки детали производят контрольные измерения на автоматических измерительных устройства х. Контроль за процессом изготовления микромеханической детали осуществляет вычислительная машина. Таким образом изготавливают микромеханические детали для микромеханических изделий во всем микронно-субмикронном диапазоне. Сборку микромеханических деталей, изготовленных различными видами механической обработки, производят неразъемным способом (пайка, сварка, склеивание, клепка и др.) на микросборочных устройствах, которые выбирают таким образом, чтобы размеры их рабочих областей превышали габаритные размеры собираемых на них микромеханических изделий не более чем в 4 раза. Также как и микромеханические станки микросборочные устройства снабжены автоматической системой управления, средствами подачи собираемых микромеханических деталей к микросборочным устройствам и средствам их перемещения по сборочной линии. Контроль за процессом сборки микромеханических изделий также осуществляет вычислительная машина. Примеры конкретного выполнения операций по предлагаемому способу производства микромеханических изделий приведены в таблице. Реализацию способа начинают с изготовления микромеханических станков, микромеханического инструмента и микросборочных устройств. Первое поколение этих устройств изготавливают на макромехзнических станках и сборочных устройствах. Второе поколение микромеханических станков и микросборочных устройств изготавливают с использованием микромеханических станков и микросборочного оборудования первого поколения, причем размеры микромеханических станков и микросборочных устройств второго поколения меньше размеров оборудования первого поколения. С помощью оборудования второго поколения изготавливают оборудование третьего поколения, размеры которого меньше размеров оборудования(второго поколения. Этот процесс продолжают до тех пор, пока . не будут изготовлены микромеханические станки и микросборочные устройства, обеспечивающие возможность изготовления микромеханических деталей и сборку микромеханических устройств во всем микронносубмикронном диапазоне, вплоть до линейных размеров микромеханических деталей, превышающих размеры молекул обрабатываемого материала. После этого на созданном оборудовании изготавливают необходимые микромеханйческие детали и собирают микромеханические изделия. Такой способ открывает возможность новых применений микромеханических устройств в различных областях техники за счет того, что получаемые микромеханические изделия имеют низкую себестоимость и могут использоваться в массовом количестве для создания микро- и макроизделий, обладающих качественно новыми полезными свойствами.