偶看新闻小米mix介绍视频:聚合物微纳制造技术现状及展望
来源：百度文库 编辑：偶看新闻 时间：2024/04/27 08:25:48
微/纳米科学与技术是当今集机械工程、仪器科学与技术、光学工程、生物医学工程与微电子工程所产生的新兴、边缘、交叉前沿学科技术。微/纳米系统技术是以微机电系统为研究核心，以纳米机电系统为深入发展方向，并涉及相关微型化技术的国家战略高新技术[1]。微机电系统(Micro Electro Mechanical System, MEMS ) 和纳机电系统(Nano Electro Mechanical System, NEMS )是微米/纳米技术的重要组成部分，逐渐形成一个新的技术领域。MEMS已经在产业化道路上发展，NEMS还处于基础研究阶段[2]。
从微小化和集成化的角度，MEMS (或称微系统)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、通讯和电源等于一体的微型器件或系统。而NEMS(或称纳系统) 是90 年代末提出来的一个新概念，是继MEMS 后在系统特征尺寸和效应上具有纳米技术特点的一类超小型机电一体的系统，一般指特征尺寸在亚纳米到数百纳米，以纳米级结构所产生的新效应(量子效应、接口效应和纳米尺度效应) 为工作特征的器件和系统。图1给出了MEMS 和NEMS 的特征尺度、机电系统的尺度与相应的理论问题[2]。
图1 MEMS 和NEMS 的特征尺度、机电系统的尺度与相应的理论问题
1、微纳系统的意义、应用前景
由于微/纳机电系统是一门新兴的交叉和边缘学科，学科还处于技术发展阶段，在国内外尚未形成绝对的学科和技术优势；微/纳米技术还是一项支撑技术，它对应用背景有较强的依赖性，目前它的主要应用领域在惯导器件、军事侦察、通信和生物医学领域，以及微型飞机和纳米卫星等产品上。
（1）重要的理论意义和深远的社会影响
微/纳米系统技术是与其它广泛学科具有互动作用的重要的综合技术，涉及学科领域广泛。微/纳米系统技术是认识和改造微观世界的高新技术，微/纳米系统是结构集成化、功能智能化的产物。微/纳米系统表现出的智能化程度高、实现的功能趋于多样化。例如，微机电系统不仅涉及到微电子学、微机械学、微光学、微动力学、微流体学、微热力学、材料学、物理学、化学和生物学等广泛学科领域，而且会涉及从材料、设计、制造、控制、能源直到测试、集成、封装等一系列的技术环节。
微/纳米系统技术的发展以之为基础，反过来也将带动相关学科和技术的发展。世界上著名的大学，如美国麻省工学院、加州大学伯克利分校、卡麦基隆大学，以及圣地亚国家实验室等无不把发展微/纳米技术作为重要的研究方面。我国一些著名大学尽管研究方向侧重不一，但也无一例外地重点发展微/纳米技术，实现学科群跨越式发展。
（2）巨大的经济效益
微机电系统在美、欧、日等发达国家已经形成了一个新兴产业，仅美国微机电系统2005年的商业产值预计可达650亿美元。以控制汽车安全气囊展开的微加速度计为例，估计未来几年内，由分立组件构成的传统加速度计将全部被微加速度计所代替。传统加速度计的单件成本超过50美元，而基于MEMS技术的同类微加速度计的单件成本仅为5到10美元。相比之下，微加速度计更小、更轻、更可靠，功能更趋于完善。
（3）国防建设的要求[1]
现代军事装备正朝着微型化、集成化、高精度方向发展，微机电系统充分适应了这一趋势，特别是在活动空间狭小，操作精度要求高，功能高度集成的航空航天等领域有广阔的应用潜力。各种微型加速度计、微型陀螺、微型惯性测量组合(MIMU)等惯性器件在航行器、机动车等姿态测控、制导等方面有良好的适用性，微型飞机( UAV)在未来战争中日益显示出特殊地位，成为最具发展潜力的现代作战武器之一；利用微机械数组进行机翼流体状态检测，并通过微致动来实现宏观飞行控制有望改变传统飞机的模式，并改善其机动性能；微型喷射技术可以有效地实现导弹、卫星等航空航天飞行器的飞行姿态控制和调整。在领海内布撒微型传感器形成动态监测网络系统，可以监测敌船活动。在核研究领域，核材料的用量和配比必须精确把握，微量泵、微型传感器等可发挥重要作用，还可用MEMS技术制作引信和开关等。
纳米技术的发展也将带动军事技术的变革。世界各主要军事大国相继制定了名目繁多的军用纳米技术开发计划。美国开发纳米技术的经费中有一半左右来自国防部系统。与传统武器相比，纳米武器具有许多不同的特点与超常性能武器装备系统超微型化、高度智能化；以神经系统为主要打击目标。成本低、体积小，可大量使用。
我国中长期发展规划中将重点发展探月等国家及国防重大工程，这些都需要微/纳米系统这一国家战略高新技术作为重要的支撑。
（4）应用前景
自80年代末美国首先出现直径为100µm的静电微电机以来，微机电系统研究迅猛发展，各种微驱动器、微传感器、微控制器以及微机器人相继问世，且各种机构趋于高度集成，形成相对完备的微机电系统，整个系统的尺寸缩小到几毫米甚至几百微米。微机电系统在国防、工业、航空航天、生物医学、精密仪表、通信、汽车、环保、生物工程和自动化等领域具有广阔应用前景。具体应用类型有:
1) 生物医学领域: 在此领域内已开发出对细胞进行操作的许多微机械, 如微对象的操作台、微夹钳等。还可利用植入式机器人对人体内脏和血管进行送药、诊断和手术等操作。
2) 流体控制领域: 利用微型阀、微型泵进行流量元素分析、微流量测量和控制。
3) 信息仪器领域: 利用扫描隧道显微镜STM可将
4) 航空航天领域: 利用微型传感器和微型仪器，监测石油输送情况。微型卫星和小卫星在此领域也完成了许多情报搜集工作。
5) 微机器人: 微机器人是微系统最典型的应用。在许多特殊场合, 在人难以接近或不能接近的空间中，微机器人完成人的工作, 如狭小空间中的机器人、电缆维修机器人等。
MEMS可能会引发微型化的第二次技术革命，并将给工业与消费产品带来革命性的变化，改变人们生活的视野。此外，主要应用于药物传递和快速诊断的聚合物MEMS，其市场增长也十分迅速[3]。(微机电系统的现状与展望)
纳米技术自20世纪90年代以来取得了飞速发展。目前，科学研究的前沿已经深人到单原子的探测和操纵中，制作具有特殊功能的人造分子和纳米器件已成为可能。近几年来，随着人们生活水平和对健康要求的不断提高，纳米科技发展的一个显著变化就是倾向于在生物及医学方面的应用，比如生物分子超灵敏检测、癌症早期诊断和治疗、药物的运输和缓式释放等。美国朗讯科技公司和英国牛津大学的科学家已经制造出一种可以开合的纳米镊，用它钳起分子或原子并组合起来以制造纳米机械。
2、微纳机电系统国内外研究现状和发展趋势
国际上微机电系统技术发展崛起于20世纪80年代末期，我国自20世纪90年代初便组织有关高校和研究所开始跟踪研究。美国国会已把微机电系统的研究作为21世纪重点发展的学科之一，美国国家基金会也拨巨资开始了微机电系统的研究，日本通产省自20世纪90年代开始正式启动了微机械研究计划。欧共体国家也在尤里卡计划中将微机电系统作为一个重要的研究内容，并在法、德两国组织实施。在我国，微机电系统的研究已经得到国家科技部、国家自然科学基金委员会、总装备部及国防科工委等国家部委及地方部门的重视。
与其它学科的发展相比，我国微机电系统研究的起步时间与工业发达国家相距不远，但由于我国微电子领域以及基础学科的基础较弱，随着微机电系统逐步走向产业化，我国与国际先进水平的差距在迅速拉大。近来，随着微机电系统展现的诱人前景，以及作为一项国家战略高新技术的明确定位，各有关部门在制订中长期发展规划时均将其作为重点发展的领域。同时，由于微/纳米科学技术是一门新兴的边缘和交叉学科，学科还处于技术发展阶段，在国内外尚未形成绝对的学科和技术优势，微/纳米技术还是一项支撑技术，它对应用背景有较强的依赖性，目前它的主要应用在惯导器件、军事侦察、通信和生物医学等领域，以及微型飞机和纳米卫星等产品上。
2.1 微机电系统相关基础理论研究
作为微/纳米技术研究的重要内容，微机电系统(MEMS)以本身形状尺寸微小或操作尺度极小为特征，是当前微/纳米科技中最具产业化前景的高新技术。
当物体的尺寸缩小到微观领域时, 其力和运动原理、微观摩擦机理及许多物理效应都在发生明显变化, 如宏观领域中的结构内应力与应变之间的线性关系(虎克定律) 已不存在。摩擦表面的摩擦力主要是由于分子相互作用而引起的, 不再是由载荷引起。这部分的研究内容包括微力学、微机构学、微摩擦学、微光学、微电子学等[4]。
微机电系统建模也是MEMS 理论研究的重要组成部分，此时所需考虑的因素较多也较复杂。MEMS制作工艺的复杂性和昂贵使得设计者不能不更多地借助于仿真，而不是频繁地试验来优化设计。当前，一般通过IC设计过程中的MASK辅助设计软件LEDIT来完成掩膜版的制作，通过ANSYS完成对微结构力学、电学等单域或多域耦合分析。现已有多种MEMSCAD商用软件。MEMSCAD在与微尺寸效应及微工艺的结合方面较ANSYS更有优势，MEMSCAD另一个优点在于其对微流体分析功能方面明显高于其它仿真软件。
MEMS设计过程同时也应该包括MEMS工艺设计过程。这一方面要求MEMS设计者和工艺工程师密切配合，从结构设计和工艺的局部调整两个方面完成工艺设计；另一方面,也要求MEMS设计尽量选用已经存在的标准工艺。NEMS的特征尺度在亚纳米到数百纳米，设计、仿真在其研究中所起的作用尤为重要。在一些情况下，经典的理论和概念仍然可能提供设计和分析的适当基础。但在一般情况下，需要把量子力学和统计理论的概念引入纳米尺度的分析。例如，对于隧道效应等纳效应的计算和仿真需用到薛定谔方程；对碳纳米管齿轮制造过程的仿真需用到分子动力学(如图2) [2]。
图2 基于碳纳米管的齿轮、齿轮-齿条
随着科学技术的发展，微机电系统在向着多功能、高精度、小型化的方向发展。对于复杂的系统，新兴的数值方法——积分方程与快速算法能更有效处理大规模、多物理的数值仿真。
2.2 技术基础研究
微系统涉及的技术基础研究领域有微系统材料、微机械设计、微细加工、微系统能源、微组装、微封装、微测试和控制及集成等。
1) 微系统材料。微系统材料主要包括: 结构材料, 最广泛应用的是硅晶体； 功能材料, 如压电材料、超磁致材料、光敏材料等； 智能材料, 如形状记忆合等。
结构材料和功能材料。结构材料如金属、硅、半导体材料已使用, 但由于薄膜结构材料生产时产生的内应力、变形、静电力的变化, 成膜条件和热处理对材料机械性能, 诸如弹性极限、抗拉强度、韧性、杨氏模量、泊松比的影响等, 特别是在微观世界里, 正压力已失去了对摩擦力的支配作用, 与组件的特征长度的平方成正比的静电力和表面凝聚力所组成的表面力上升为主要作用力, 微机械中相对运动表面的摩擦磨损课题成为迫切需要解决的问题[5]。而功能材料的研究开发有助于发展具有新原理的微驱动器传感器如压、陶瓷、形状记忆合金驱动器等。文献[6]利用电流变体这种智慧电耦合材料, 它可在电场控制下在液态和固态之间进行快速可逆地转变, 文中就是利用它研制了蠕动机器人。因此, 新材料的研究开发及新材料的加工技术也是微机械的关键技术。
2) 微机械设计。微机械设计主要包括微机构设计、微系统建模与仿真、有限元分析、CAD/CAM、虚拟现实等以计算机为工具的设计方法。
3) 微细加工技术。MEMS 常要求高深宽比的三维微细结构加工。除从硅平面工艺发展了体硅工艺外，80 年代中后期在LIGA 加工、准LIGA 加工、小机械加工、微细电火花加工、超声波加工、等离子体加工、激光加工、离子束加工、电子束加工和快速成形等高深宽比三维微细加工方面也取得了进展。
LIGA 技术是X射线深层光刻、微电铸和微塑铸3 个工艺的组合[7]。LIGA技术可制造各种形状的微结构，结构高度可超过
小机械加工可以批量制作模数仅为0.02 左右的齿轮等微机械组件，以及其它工艺方法无法制造的复杂微结构器件。
准分子激光器的短波长辐射使非常小尺度的精确成像成为可能，而这正是微制造所要求的。准分子深度紫外光光刻，可用于制造分辨率接近0.2μm 的集成电路。德国美茵兹微技术研究所( IMM) 将准分子激光烧蚀与LIGA 技术结合的新加工工艺，用于准分子激光加工电镀模片初始三维结构的第一道工序。
微细EDM 利用微小工具电极与工件间的微量放电进行微细加工，这种方法能加工极硬的金属甚至半导体材料。与传统的EDM 相比,其技术关键是微小工具电极的制作和微量放电的控制。日本东京大学生产技术部开发了在线放电磨削(WEDG) 技术和特种放电电路,商品化的微细电火花加工机床可以加工出5μm 左右的细轴和微孔，还对微细电火花加工、装配和测试的一体化进行了研究。
4) 微系统能源。虽然微系统消耗能源极小，但微能源的研究明显落后于微系统的加工和集成技术研究。微能源的可靠性、微型同步性是一个急需解决的问题。
5) 微组装。从元器件到产品要经过微电子线路、微电子器件、M EMS、完整系统等四个层次的组装。微组装系统有基于扫描电子显微镜(SEM )和基于光学显微镜两种类型, 其中的多自由度操作器, 精密微位移工作台及吸附、装卡工具是微系统组装系统研制中的关键技术[9]。
6) 微封装。这是MEMS 的关键技术, 如真空封装、阻尼控制封装、多芯片封装、硅-玻璃的静电封接、硅-硅键合技术等。
7) 微测试。目前, 具有微米及亚微米测试精度的几何量及表面形貌测量技术已成熟。如具有0.01μm 分辨率的HP5582 双频激光干涉系统[10]。目前至未来一段时间内, 微观测试技术的重要研究内容是材料的微观机械性能测试, 微结构的力学性能测试、微系统或微单元件的运动和力学性能参数测试等。
8) 微系统的集成与控制。它包括系统设计、微传感器或微执行器与控制处理电路的集成。智能集成传感器作为微系统集成的典型产品，是传感器(包括物理、化学或生物传感器)、微结构、执行器、通讯系统的集成。完整的系统集成和控制技术包括处理信息、物质和能量的流动。
2. 3 微纳机电系统的发展
综观微/纳米系统技术的发展，微机电系统技术已由惯导器件为主向光微机电系统(OPTIC-MEMS )、生物微机电系统(BIO-MEMS) 、信息通信微机电系统(RF-MEMS)和能源动力微机电系统(Power-MEMS )柔性衬底等方面发展；由单一的器件制作技术向集成系统方向发展；由基本的工艺方法向规范化的制造系统发展；由微机电系统向与纳米技术结合的纳米微机电系统(Nano-MEMS)乃至纳机电系统(NEMS)发展。2003年人们发明了纳米马达，这正同1987年发明了微米马达一样，随之到来的是微机电系统的空前发展，纳米马达的发明标志着人们开始从认识纳米世界向改造纳米世界发展。
概括起来，目前国内微机电系统技术的应用，特别是在航天航空航海领域的应用，以下几个方面亟待发展。
（1）微机电系统设计工具：包括系统级设计与仿真、器件结构设计与优化、多物理场耦合分析、工艺版图设计与可视化，以及工艺和材料数据库等。
（2）微系统集成及其相关技术：微光机电系统，如硅微变形镜数组、光开关等；微型制导/导航系统，包括集成微型惯性测量组合( IMIMU )；水声MEMS技术，包括微传感器数组的动态网络监测系统；微型能源，包括长效微型电池；流体微机电系统，包括飞行器流动控制技术、微型智能结构的灵巧蒙皮技术等；射频微机电系统(RF-MEMS)，包括微型伪卫星定位系统、智能灰尘、相控阵雷达等。
（3）微系统制造及相关技术研究包括表面微细加工、体微细加工以及高纵深比厚胶微细加工工艺技术，聚合物基MEMS技术；微系统接口与控制电路设计技术，微电子电路以及相应的CMOS工艺集成制造技术等。
（4）微系统检测术：包括微弱信号检测技术，微器件新型检测技术，微系统制造过程高效工艺检测技术和微系统功能标定和性能检测技术等。
此外，仿生为微机电系统技术提供了新的发展源泉，需要发展仿生微型灵巧结构及其制造、自组装及仿生制造技术以及基于微型仿生机械的新概念武器等。
另一方面，纳米技术的应用前景和深远影响也迫使各国致力于在纳米研究领域占有一席之地。从
纳米机电系统是纳米技术的核心技术之一。它是微机电系统向更为微观领域的发展，是用纳米技术由微观向宏观构造系统的技术。原子、分子操纵、纳米加工、分子自组装等新技术的突破为纳米机电系统的设计、制作和装配提供了技术基础。纳米机电系统的研究、发展将推动纳米技术的进步和在军事与国民经济中的应用水平。
2000年前后，NEMS随着纳米技术的飞速发展已经初见端倪，相对于MEMS来说，NEMS具有更小的体积和更高的谐振频率及质量因子，在军事侦察、生物医疗等领域有着较好的应用前景。
纳米机电系统技术可应用在纳米信息系统和纳米攻击系统上。纳米信息系统是指以纳米技术为核心的信息传输、存储、处理和传感系统，包括微型间谍飞行器、袖珍遥控飞机、“间谍草”、高性能敌我识别器、报警传感器和纳米卫星等。纳米攻击系统是运用纳米技术制造的微型智能攻击武器，主要用于微机器人电子失能系统、昆虫平台、“蚂蚁雄兵”、“机器虫”；纳米技术应用于军用灵巧蒙皮的研制，可变革传统的飞行器和水下航行器的功能结构，大大提高其隐身等性能，并有望实现智能行进系统。
近期，纳机电系统的发展主要应集中在：纳米机电系统与纳米机械；生物医学纳米技术(Biomedical Nano-technology)，微/纳米尺度流体力学特性纳米机械、分子动力学以及分子装配技术，纳米尺度结构与力学行为。纳米微机电系统(Nano-MEMS)乃至纳米机电系统(NEMS)实现方法及技术典型纳米信息系统和纳米攻击系统原理与实现技术等。2.4 国内的基础性研究工作
我国的微机电系统研究工作起步于1989年。10 多年来，国家自然科学基金委员会、国家科技部、中国科学院、国家教育部、总装备部和地方立了10 余项与MEMS 相关的重点和重大课题以及若干面上课题，总投资约1 亿元人民币。目前，有教育部、中国科学院、电子工业部所属40 多个单位在开展MEMS 研究工作。如大连理工大学和中国科学院长春光学精密机械研究所、清华大学、中国科学院上海微系统研究所、香港理工大学、北京大学、上海交通大学、重庆大学、上海大学、中国科技大学、石家庄13 所、中国科学院电子所、中国科学院半导体所、哈尔滨49 所、南开大学、东南大学、复旦大学、西安交通大学、哈尔滨工业大学、广东工业大学、南京航空航天大学、北京航空航天大学、厦门大学、浙江大学、华中理工大学、中北大学、中国科学院高能物理研究所、中国科学院力学所、中国科学院物理所、成都23 所、沈阳仪器仪表研究所、华东师范大学等[8]。
在基础理论方面，开展了微运动学、微动力学、微摩擦学、微静力学、微管道流体力学、微传热学、换能理论和仿真等研究。
在材料方面，开展了微结构机械特性、形状记忆合金和压电材料的应用、薄膜材料的制备与特性等研究。
在工艺方面，开展了表面硅和体硅工艺、LIGA工艺、准LIGA工艺、激光LIGA 工艺、小机械加工工艺、放电加工工艺、化学三维成型工艺等研究。在元器件方面，开展了微齿轮、微弹簧、微针、微夹钳、静电微电机、压电微电机、电磁微电机、微泵、微阀门、微管道、微流量传感器、微压力传感器、微加速度传感器、微温度传感器、微气敏传感器、微生物传感器、微光电传感器、光纤传感器、微谐振器、微齿轮行星减速器、微光栅及微光学器件等研究。
在测试方面，开展了微机械运动参数测试仪、微静力矩测试仪、非接触式微扭矩测试仪、微摩擦实验台、微型干涉仪、显微立体成像系统等研究.在微系统方面，开展了微装配装置、生物细胞转基因微操作系统、微型光谱仪、基因芯片、微电泳芯片及细小管道微机器人等研究工作。
3. 聚合物微纳制造技术研究现状
聚合物是许多微纳米系统的基础材料，聚合物微纳系统是最有希望在近期实现实际应用的系统之一，聚合物微纳尺度制造科学与技术在微纳制造技术中占有及其重要的地位。聚合物微加工工艺除了LIGA 加工、准LIGA 加工、小机械加工、超声波加工、等离子体加工、激光加工、离子束加工、电子束加工和快速成形等工艺外，还包括注塑以及热压成型等。在此以热压成型及微注塑成型为例，对其制造工艺过程进行说明。
3.1 热压成型制造工艺
热压成形法(hot - embossing) [11] 成形微结构的主要工艺过程如下：在热压成型机上，将聚合物板材放置在带有微结构的模具上加热(略高于玻璃点转化温度Tg ) 使其软化，加压并保持一定的时间，然后在加压的条件下，将模具和芯片一起冷却至玻璃点转化温度之下脱模，就得到所需的微结构，在聚合物基片上制作出微通道。
由大连理工大学承担的“微流控芯片加工工艺与制造技术研究”在对聚合物微流控芯片的热压成形机理进行研究的基础上，用温度、压力、位置等制作工艺参数的变参数控制方法，实现了芯片微信道的精确复制和芯片热键合。为了适用大多数聚合物材料的微流控芯片的批量制作，课题组研制出了RYJ-II型热压成形机[12]。
3.2 微注塑成型制造工艺
随着微电子、微机械、微光学、介入医学等领域的发展，微型零件的需求量不断增加。微注射成形作为一种微成型工艺，具有制品材料、几何形状和尺寸适应性好、成本低、效率高，以及可连续化、自动化生产等一系列优点，因此越来越受到人们的重视，成为当前研究的热门课题[13,14]。
以微注塑成型为代表的聚合物微制造科学于技术的研发源于20世纪70年代，20世纪80年代，现代加工技术，尤其是微细加工技术不断发展，促进了微注塑成型机的成功研制和微型模具的制造，使得微注塑成型技术有了历史性的突破。1985年，世界上第一台专门用于加工微型塑件的注射装置Micromelt在德国问世后，其它国家紧随其后，先后开发出了各种不同类型的微注塑成型机，这为发展微注塑成型技术以及实际生产微小塑件都提供了强有力的支持和最有效的保证，微注塑成型技术进入了发展的黄金时期。
微注塑成型工艺是一门新兴先进制造技术，同传统的、常规的注射成型技术相比，其对成型材料、成型工艺及成型设备等方面都提出了不同要求[15]。
与传统注塑成型技术相比，微注塑成型技术对生产设备有许多特殊要求，主要表现为以下几个方面[16,17]：
(1) 高注塑速率：微注塑成型零件质量、体积微小，注塑过程要求在短时间内完成，以防止熔料凝固而导致零件欠注，因此成型时要求注塑速度高。传统的液压驱动式注塑机的注塑速度为
(2) 精密注塑量计量：微注塑成型零件的质量仅以毫克计量，因此微型注塑机需要具备精密计量注塑过程中一次注塑的控制单元，其质量控制精度要求达到毫克级，螺杆行程精度要达到微米级。而传统注塑机通常采用直线往复螺杆式注塑结构，注塑控制量误差相对较大，无法满足微注塑成型的微量控制要求，对零件成型质量的影响较大。
(3) 快速反应能力：微注塑成型过程中注塑量相当微小，相应注塑设备的螺杆/柱塞的移动行程也相当微小，因此要求微型注塑机的驱动单元必须具备相当快的反应速度，从而保证设备能在瞬间达到所需注塑压力。
(4) 顶出装置：制品的尺寸达到微米级，所以传统的顶出装置不再适用，必须重新设计顶出装置，如利用精密垫片脱膜、吸附脱模等；
(5) 模温控制系统：制品精度要求高，收缩变形小，所以加热冷却需均匀迅速，成型周期要短，因此必须设计快速模温控制系统。
进入20 世纪90 年代，欧洲、日本和美国的一些公司与科研机构合作开发了各类型专用微注射成型机(通常锁模力< 15 t)，目前国外主要设备供应厂商包括Arburg、Demag、Dr. Boy、Battenfeld、MCP、Babyplast、Nissei、Ettlinger、Ferromatik Milacron、Krauss Maffei、Juken、Nissei、Sumitomo和Fanuc等多家公司。在微注射成型机设计制造方面，目前国内还基本上为空白。
3.2.2 微注塑成型技术研究
目前，关于微注塑成型技术的研究还处于起步阶段。由于微型塑件其结构尺寸与体积极其微小，并且微注塑成型技术的研究涉及到许多相关技术领域，如微流变学、微传热学、微流体力学、聚合物的微观形态学等，加之各相关技术领域的理论与技术本身的研究也不够成熟，因此还没有形成能够指导微注塑成型的理论与方法，更不能简单地将传统的、宏观上的注塑成型理论与方法应用到微注塑成型中去。而随着微机械技术的迅猛发展，又迫切需要微型塑件或微注塑封装技术能在微机械系统中发挥重要作用，因此对微注塑成型技术的研究至关重要。其研究内容包括：
（1）微注塑成型基础理论研究；
（2）研究微注塑工艺参数对成型过程的影响；
（3）微注塑工艺参数及微注塑模具对高聚物制品质量的影响。
3.2.3 微注射模具设计
微型注塑模具作为微型塑件的成形工艺装备,其制造技术和发展水平,对微型塑件的成形质量至关重要。为了微注射成型工艺的进行，还需研究微型注塑制品模具的设计与制造技术、初步建立微注塑成型模具的设计准则、开发微型模具制造工艺。如：微注射成型模具的总体设计、浇注系统的设计、模具变温控制系统、脱模机构、排气系统等。
（1）微齿轮注射成型模具总体设计
为了使模具设计尽量简单，采用两板式单分型面标准模架，主流道在定模一侧，分流道和脱模机构设在动模一侧；其成型型腔采用镶块的形式装到动范本上。
（2）浇注系统的设计
浇注系统由主流道、分流道、浇口和冷料穴四部分组成，其中重点是浇口的设计。
（3）变模温控制系统
虽然微注射制品的体积小、重量轻，但流动阻力大，成型周期长，同时在注射成型时因模壁温度低于玻璃化转变温度，因此热由模壁带走导致塑料凝固形成冷凝层，从而导致充填不足，为此成型时所需的模温需要达到一定高温，帮助熔体流动，但高模温又使冷却周期增长。因此考虑采用变模温控制系统，在注射之前先将模温升高到可完全充填的温度，然后再注射成型，充填完成后再将模具温度降到凝固温度以下。
（4）脱模机构的设计
常规的推杆推出结构直接将推杆顶在制件的非重要面上，开模到一定距离时，注射机推出装置推动推杆将制品顶出。微构件注射模具脱模机构设计的难点在于型腔和型芯太小，不宜分开加工，只能设计成一个整体整合到一块小金属板上，这导致推杆不能直接顶在制件上，造成脱模困难。
（5）排气系统的设计
注射成型模具的排气系统一般是通过在分型面上开设排气槽的方法排气，但与传统排气槽的尺寸相比，微构件型腔尺寸过小，不能保证排气效果。采用抽真空排气系统能得到很好的排气效果，注射之前先对型腔进行预抽真空处理，然后伴随注射过程继续对型腔进行抽真空，以保证良好的排气效果。
微注塑模具的型腔需采用精密加工技术进行加工，除传统的微细电火花、慢走丝线切割等切削加工外，对局部微小尺寸用LIGA (包括光刻、电铸和塑铸三个主要工艺环节)加工技术进行加工。一般说来，采用UV-LIGA技术完成微型腔的加工，然后采用电火花放电加工方法完成流道和排气系统的加工，最后对分型面进行抛光和清洗等后续处理。
微注射成型制品非常微小或者其微结构用肉眼都无法观察，因此其质量检测必须借助于仪器仪表，如用显微立体视觉系统测量微小物体尺寸及面积精度；用原子力显微镜测量微型腔表面性质等。
在聚合物微纳制造科学与技术领域，大连理工大学精密与特种加工教育部重点实验室在国内率先开展了微注塑成型机理及模具的研究。他们国家自然科学基金等项目的资助下，在进口微型注塑机上，开展了微注塑过程的流变、传热、充模等基础问题的研究[18-20]。中南大学在微纳构件注塑成型工艺等方面，也进行了一系列研究[21,22]。哈尔滨工业大学也进口了微型注塑机，开展微注塑成型工艺的研究。这些单位的研究[23]，目前主要局限于材料在微注塑过程中的流变行为及传热特性等，较少涉及微注塑设备、控制等重要方面。
4. 展望
微米纳米技术是一门新兴的、多学科交叉的研究领域，汇集了电子、机械、材料、制造、检测，以及物理、化学和生物等不同学科新生长出来的微小和微观领域的科学技术群体，是科学技术创新思维的结果，极富挑战性。对微米纳米技术要采用创新的研究方法、多学科的综合集成、运用先进的检测和工艺手段以及不同的制造范例。在实际工作中要重视微米纳米技术相互之间的关联性，把微米纳米技术工作紧密结合起来开展，这有利于创新、有利于赢得机遇。同时研究设计工作必须与制造技术紧密相联系，这有利于微米纳米技术的结合，有利于它们相互促进。
MEMS/NEMS 可能会引发微型化的第二次技术革命，并将给工业与消费产品带来革命性的变化，改变人们生活的视野。针对关键零部件开发具有批量生产能力的微制造方法，在原有微加工方法的基础上，开发出可生产性能优良的微零件的更有效的新方法，并能实现批量生产，如微注塑、微挤出等。聚合物是许多微纳米系统的基础材料，聚合物微纳系统是最有希望在近期实现实际应用的系统之一，聚合物微纳尺度制造科学与技术在微纳制造技术中占有及其重要的地位。