微细加工

张浪龚英2011级机制一班微细加工概述微细加工的特点微细加工的方法技术微细加工发展方向和趋势微细加工（MicroMachining）◇微机械——微型机电系统（MicroElectro-Mechanicalsystems,MEMS，美国)，在日本称为微机械（micromachine），而在欧洲则称为微系统（Micro-system）。而微细加工技术是微机械的一个重要基础，是指加工尺度为微米级范围的加工方式。◇微细加工起源于半导体制造工艺，加工方式十分丰富，包含了微细机械加工、各种现代特种加工、高能束加工等方式。微细加工的特点1、体积小，精度高，重量轻其体积可达亚微米以下，尺寸精度达纳米级，重量可达纳克。目前已经制造出直径细如发丝的齿轮，有资料表明，科学家们已能在5平米内放置1000台微型发动机。2、性能稳定，可靠性好由于微机械体积小，几乎不受热膨胀、噪声等影响，具有较高的抗干扰性，可在较差的环境里稳定的工作。3、能耗低，灵敏度和工作效率高耗能远小于传统机械的十分之一4、多功能和智能化微机械集传感器、执行器、信号处理器和电路控制于一体，故而易于实现多能化和智能化5、适用于大批量生产，制造成本低微细加工工艺方法1.超微机械加工2.光刻加工3.LIGA技术4.封接技术5.分子装配技术一、超微机械加工□超微机械加工是指用精密金属切割机床和电火花、线切割等加工方法，制造毫米级尺寸以下微机械微零件，是一种三维实体加工技术，多是单件加工、单件装配，费用较高。微细切削加工适合所有金属、塑料、及工程陶瓷材料。切削方式有车削、铣削、钻削等。但其刀具和电极的定位安装十分困难。二、光刻技术□光刻技术是在一片平整的硅片上构建半导体MOS管和电路的基础，这其中包含有很多步骤与流程。首先要在硅片上涂上一层耐腐蚀的光刻胶，随后让强光通过一块刻有电路图案的镂空掩模板（MASK）照射在硅片上。被照射到的部分(如源区和漏区)光刻胶会发生变质，而构筑栅区的地方不会被照射到，所以光刻胶会仍旧粘连在上面。接下来就是用腐蚀性液体清洗硅片，变质的光刻胶被除去，露出下面的硅片，而栅区在光刻胶的保护下不会受到影响。随后就是粒子沉积、掩膜、刻线等操作，直到最后形成成品晶片（WAFER）。光刻技术常规光刻技术是采用波长为2000～4500埃的紫外光作为图像信息载体，以光致抗光刻技术蚀剂为中间（图像记录）媒介实现图形的变换、转移和处理，最终把图像信息传递到晶片(主要指硅片)或介质层上的一种工艺（图1）。在广义上，它包括光复印和刻蚀工艺两个主要方面。光刻技术①刻蚀工艺：利用化学或物理方法，将抗蚀剂薄层未掩蔽的晶片表面或介质层除去，从而在晶片表面或介质层上获得与抗蚀剂薄层图形完全一致的图形。集成电路各功能层是立体重叠的，因而光刻工艺总是多次反复进行。例如，大规模集成电路要经过约10次光刻才能完成各层图形的全部传递。在狭义上，光刻工艺仅指光复印工艺,即图1中从④到⑤或从③到⑤的工艺过程。光刻技术①光复印工艺：经曝光系统将预制在掩模版上的器件或电路图形按所要求的位置，精确传递到预涂在晶片表面或介质层上的光致抗蚀剂薄层上。光刻技术基本步骤1.气相成底模2.旋转烘胶3.软烘4.对准和曝光5.曝光后烘焙（PEB）6.显影7.坚膜烘焙8.显影检查三、LIGA技术□LIGA即光刻、电铸和注塑的缩写。是一种公认的全新三维立体微细加工技术。□LIGA工艺过程为：1、深层同步辐射X射线光刻，把从同步辐射源放射出的具有短波长和很高平行度的X射线作为曝光光源，可在最大厚度达500微米的光致抗蚀剂上生成曝光图形的三围实体。2、电铸成型，用曝光蚀刻的图形实体作为电铸用胎膜，用电沉积方法在胎膜上沉积金属以形成金属微机构零件。3、注射，将电铸制成的金属微机构作为注射成型的模具，便可加工出所需的微型零件。LIGA技术四、封接技术□封接就是把分开制作的微机械部分在使用黏合剂的情况下连接在一起，封在壳中使其满足使用要求。封接技术影响到整个微系统的功能和尺寸，可以说是微机械系统的关键技术。五、分子装配技术□分子装配技术是指两种或两种以上分子依靠分子间相互作用结合在一起，形成复杂的、有组织的聚集体，保持一定的完整性，使它具有明确的微观结构和宏观特性，进行分子和原子的装配制作微机械，这是一种纳米级的微加工技术，是一种从物质的微观角度来构造、制作微机械的工艺方法。微细加工技术国外发展□在超精密加工技术领域起步最早和技术领先的国家是美国，其次是日本和欧洲的一些国家。美国超精密加工技术的发展得到了政府和军方的财政支持，近年，美国执行了“微米和纳米级技术国家关键技术计划，国防部陆、海、空三军组成了特别委员会，统一协调研究工作。□日本对超精密技术的发展也十分重视，70年代初，日本成立了超精密加工技术委员会，制定了技术发展规划，成为此项技术发展速度最快的国家。日本现有20多家超精密加工机床研制公司，重点开发民用产品所需的加工设备并力图使设备系列化，成批生产了多品种商品化的超精密加工机床。在超精密切削技术发展比较成熟后，日本已将褐色金属、陶瓷和半导体功能材料的超精密加工技术作为重要的研究开发项目。日本的研究创新意识强，不是单纯地模仿国外的做法，而是积极地利用外国技术并结合本国特点和生存环境，走出了一条自己的发展道路。微细加工技术国外发展□欧洲等国也将超精密加工技术的发展放在重要位置，60年代起英国开始研究超精密加工技术，克兰菲尔德大学精密工程研究所相继研制出能加工大型非球面反射镜的数控金刚石立式车床、加工大型非对称结构光学零件的数控超精密磨床、研制了脆性材料的超精密磨削工艺。现已成立了国家纳米技术战略委员会，正在执行国家纳米技术研究计划。德国和瑞士也有比较强的超精密加工能力。1992年后，欧洲实施了一系列的联合研究与发展计划，加强和推动超精密加工技术的发展。超精密车削、磨削和研磨是已经发展成熟并大量应用的加工技术。日本开发了外圆和平面等多种类型的研磨机，美国也研制成功了加工陀螺零件的球形研磨机。微细加工技术发展与趋势微细加工技术是精密加工技术的一个分支，面向微细加工的电加工技术,激光微孔加工、水射流微细微细加工技术是精密加工技术的一个分支，面向微细加工的加工技术,激光微孔加工、水射流微细切割技术等等在发展国民经济，振兴我国国防事业等发面都有非常重要的意义，这一领域的发展对未来的国民经济、科学技产生巨大影响，先进国家纷纷将之列为未来关键技术之一并扩大投资和加强基础研究与开发。所以我们有理由有必要加快这一领域的发展和开发进程。随着20世纪80年代后期微机械、微机电系统这一门新兴交叉学科的兴起,微细加工技术作为得微机械、微机电系统的必要手段,得到了快速的发展。微细加工技术起源于平面硅工艺,但随着半导体器件、集成电路、微型机械等技术的发展与需求,微细加工技术已经成为一门多学科交叉的制造系统工程和综合高新技术,广泛应用于医疗、生物工程、信息、航空航天、半导体工业、军事、汽车等领域,给国民经济、人民生活和国防、军事等带来了深远的影响,被列为21世纪关键技术之一。微细加工技术发展与趋势现代制造技术的发展有两大趋势:一：是向着自动化、柔性化、集成化、智能化等方向发展。二：是寻求固有制造技术的自身微细加工极限。随着微/纳米科学与技术的发展,以微小形状尺寸或极小操作尺度为特征的微机械已成为人们在微观领域认识和改造客观世界的一种高新技术。微机械由于具有能够在狭小空间内进行作业而又不扰乱工作环境和对象的特点,在航空航天、精密仪器、生物医疗等领域有着广阔的应用潜力,受到世界各国的高度重视。