等，因此在较大的拉力下金属微弹簧可以产生更好的预期效果。目前微型平面弹 簧是采用 LIGA 技术生产，采用这种方法制作微弹簧，有较大高宽比、取材广泛、 具有大规模生产的潜力。但是微电铸件的机械性能还不能和常规金属零件相比， 实际力学特性与理想状态差距较大。通过前期开展的平面微型弹簧挤压技术的研 究，发现成形所需的载荷大，对模具以及挤压设备的要求很高，制备高质量的微 弹簧难度较大。

在这种背景下，针对 MEMS 系统用平面微弹簧研究现状，本文拟采用大塑性 变形强化坯料利用精密蚀刻（光刻+金属蚀刻）的方法制备出高强度的平面微型 弹簧。

由于材料本征尺寸效应，材料的塑性指标随着试样尺寸的减小而降低。为了 满足日益苛刻的使用要求，必须要保证微弹簧的使用性能。通过大塑性变形，能 够细化材料的晶粒尺寸，晶粒的细化能够同时提高材料的塑性、强度以及疲劳性 能。因此，通过累积叠轧、ECAP 等大塑性变形处理的坯料可以制备出高使用性 能的微弹簧。晶粒的细化对材料的耐腐蚀性能有很大的影响，原有的金属蚀刻工 艺就不适用于经过大塑性变形之后的金属蚀刻。因此，需要开展相关研究，以掌 握核心技术。

1.3 微弹簧的研究现状

1.4 精密蚀刻

蚀刻[15]通常所指的是光化学蚀刻（photochemical etching），试样表面经过 曝光显影后，再将需要刻蚀区域的保护膜洗去，放入腐蚀液中腐蚀后形成所需要 的成形效果。由于不受加工工具尺寸的限制，被广泛应用于加工精密的微型零件

精密蚀刻主要包括金属蚀刻加光刻是微纳米加工技术的一种。

1.4.1 金属蚀刻

金属蚀刻[16]是一种化学切削加工的方式，实质就是用化合物液体对金属或金 属化合物按一定工艺要求进行腐蚀。金属在蚀刻液中的蚀刻过程，最先在金属零 件表面发生晶粒的溶解，接着晶界上也发生溶解，由于在晶界和晶粒上的溶解速 度不同，大多数金属以及合金中的多晶体结构中，每个晶体几乎都有多个取向。 而不同的晶粒取向、晶粒密度及杂质都会和周围的母相金属形成微观和超微观原 电池。因此在腐蚀液中的金属因为这些原电池的存在使表面有电位差，负电位较 早被腐蚀，正电位得到短时间保护。从另一个方面来说，由于表面上的原子间距 是不断变化的，较宽的部分比较容易被溶解，直到有不平整的表面产生为止。接 着以不变的溶解速度切削堆积紧密的原子层，从而导致表面的几何形状也随着晶 粒的不断被溶解而持续变化。晶界上的刻蚀也进一步影响零件表面，晶界上的晶 格畸变和聚集的杂质加速的腐蚀，从而使整个晶粒受到凹坑状的蚀刻。晶粒尺寸 越小，经蚀刻后表面粗糙度越低。通常金属的化学腐蚀有四个步骤[18]：

（1）清洁处理：为了保证防腐涂层和金属表面均匀粘附必须将待腐蚀零件 表面的各种污渍清洁干净，这样也可以保证均匀的刻蚀速度。常用根据零件材料 和受污染程度选择不同的方法，主要有：有机溶剂清洁、碱性酸性化学清洁、超 声波清洁、点解清洁等。

（2）防腐处理：其目的是保护不需要腐蚀加工的表面，暴露出来的需要腐 蚀的金属表面完全暴露并用合适的腐蚀剂进行腐蚀。这一过程对防腐材料与金属 表面粘附的牢固程度要求非常高，要保证在整个腐蚀过程中防腐层不会脱落。防 腐处理主要有丝网印刷技术、照相化学技术、移印防蚀技术、图形电镀防蚀技术、 激光光刻防蚀技术等。