微细加工3扩散
微细加工工艺方法
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微细加工方法
1.微细车削加工 2.微细铣削加工 3.微细钻削加工 4.微细冲压加工
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ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
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1、微细切削加工技术 2、微细电火花加工技术 3、微细电化学加工技术 4、高能束流微细特种加工技术（包 括微细 激光加 工技术 、电子 束加工 技术、 离子束 加工技 术） 5、LIGA技术 6、生长型微细加工技术
微细特种加工分类
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电火花加工的零件
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微型机械
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祝大家假期愉快！
Thanks
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微细加工和超微细加工以分离或结合原 子、分 子为加 工对象 ，以电 子束、 技工束 、粒子 束为加 工基础 ，采用 沉积、 刻蚀、 溅射、 蒸镀等 手段进 行各种 处。
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1、精度的表示方法
在微小尺寸加工时，由于加工尺寸 很小， 精度就 必须用 尺寸的 绝对值 来表示 ，即用 取出的 一块材 料的大 小来表 示，从 而引入 加工单 位尺寸 的概念 。 2、微观机理
以切削加工为例，从工件的角度来讲， 一般加 工和微 细加工 的最大 区别是 切屑的 大小。 一般为 金属材 料是由 微细的 晶粒组 成，晶 粒直径 为数微 米到数 百微米 。一般 加工时, 吃刀量 较大， 可以忽 略晶粒 的大小 ，而作 为一个 连续体 来看待 ，因此 可见一 般加工 和微细 加工的 机理是 不同的 。 3、加工特征
微细加工技术概述
1、电子束微细加工技术
电子束加工的原理
电子束加工是在真空条件下， 利用聚焦后能量密度极高(106～ 109W/cm2)的电子束，以极高的 速度冲击到工件表面极小的面 积上，在很短的时间(几分之一 微秒)内，其能量的大部分转变 为热能，使被冲击部分的工件 材料达到几千摄氏度以上的高 温，从而引起材料的局部熔化 和气化，被真空系统抽走。
微细加工的特点
微细加工作为精密加工领域中的一个极重要的关键技术， 目前有如下的几个特点： 1. 微细加工和超微细加工是多学科的制造系统工程； 2. 微细加工和超微细加工是多学科的综合高新技术； 3. 平面工艺是微细加工的工艺基础； 4. 微细加工技术和精密加工技术互补； 5. 微细加工和超微细加工与自动化技术联系紧密； 6.微细加工检测一体化。
所谓微细加工技术就是指能够制造微小尺寸零件 的加工技术的总称。 • 广义地讲，微细加工技术包含了各种传统精密加 工方法和与其原理截然不同的新方法，如微细切削 磨料加工、微细特种加工、半导体工艺等； • 狭义地讲，微细加工技术是在半导体集成电路制 造技术的基础上发展起来的，微细加工技术主要是 指半导体集成电路的微细制造技术，如气相沉积、 热氧化、光刻、离子束溅射、真空蒸镀等。
电子束切割
利用电子束在磁场中偏转的原理，使电子束在工 件内部偏转，还可以利用电子束加工弯孔和曲面。
电子束微细焊接
电子束焊接是利用电子束作为热源的一种焊接工艺，在 焊接不同的金属和高熔点金属方面显示了很大的优越性， 已成为工业生产中的重要特种工艺之一。 电子束焊接具有以下的工艺特点： (1)焊接深宽比高。 (2)焊接速度高，易于实现高速自动化。 (3)热变形小。 (4)焊缝物理性能好。 (5)工艺适应性强。 (6)焊接材料范围广。
微细加工中的尺度效应 整理
微细加工中的尺度效应在科技飞速发展的今天，人类对机械产品的性能有了许多更高的要求，在通讯、电予、航天、微系统技术、微机电系统等领域，产品微型化已成为人类所追求的同时也是工业界不可阻挡的一个发展方向。
这些微小精密产品的制造离不开微细加工技术。
而在微细加工中，尺度效应对加工的整个过程有着极大的影响。
同时，也正是尺度效应，使得加工后的微小精密零部件有着非常好的性能。
所以，尺度效应是微细加工过程中至关重要的可行性评估依据和理论基础。
在下面的论述中，将对微细加工中尺度效应的定义、对加工过程的影响以及它的重要意义与实际应用进行简要的阐述。
1.微细加工中的尺度效应的定义尺度效应是一个很广泛的概念，在不同的学科领域中有着相应的定义。
在机械工程领域，尺度效应主要体现在微细加工过程中。
如果对尺度效应做一个概括性质的定义，是指:在微细加工的过程中，由于被加工材料整体或局部尺寸的微小化，引起的成形机理、材料变形规律以及材料性能表现出不同于传统成形过程的现象。
2.微细加工中尺度效应的作用机理与影响在微细加工过程中，由于切削层厚度已经十分薄，尺寸与微观尺度相近，尺度效应对加工精度的影响是十分明显的。
传统的制造精度理论和分析方法将不再适用。
在加工过程中，尺度效应的作用并非仅仅是将传统加工在尺寸上简单缩小，其主要可以表现为两个方面。
（1）在物理学方面，当切削加工的尺寸减小到一定的程度进入纳米量级时，晶体周期性的边界条件将被破坏，非晶态纳米微粒的颗粒表面层附近原子密度减小，导致多个物理性质呈现新的小尺寸效应。
在微米量级或该量级以下时，金属材料的硬度值急剧上升，转剪应力---剪应变曲线、弯曲应力---应变曲线明显升高。
由此可见，制造中工件的受力与变形特征与传统构件情况是大不相同的。
这主要是由于尺寸的缩小使得切削过程中起主导作用的力发生了变化。
对于微细加工中的工件，随着线性尺寸的减小，其表面积与体积的减小程度是不同的。
实际上，随着尺寸减小，微构件表面积与体积之增大。
第36节微机械及其微细加工技术
➢ 光开关、波分复用器、集成化RF组件、打印喷头
娱乐消费类
➢ 游戏棒、虚拟现时眼镜、智能玩具
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3.6 微机械及其微细加工技术
微机电技术已经受到工业发达国家的 高度重视。从微机电发展的总体水平看， 许多关键技术已经突破，正处于从实验 室研究走向实用化、产业化阶段。
• 美国国家自然科学基金、先进研究计划、 国防部等投资1.4亿美元进行微机电系统 技术的研究。
精度高，重量轻，惯性小。
2.性能稳定，可靠性高。 微机械器件体积极小，封装后几乎
可以摆脱热膨胀、噪声和挠曲等因素的 影响，具有较高的抗干扰性，可以在比 较恶劣的环境下稳定工作。
8
3.6 微机械及其微细加工技术
3.能耗低，灵敏性和工作效率高（响应时 间短） 。 完成相同的工作，微机械所消耗的 能量仅为传统机械的十几或几十分之一， 却能以数十倍以上的速度运作。微机电 系统不存在信号延迟等问题，从而更适 合高速工作。
21
3.6 微机械及其微细加工技术
2. MEMS在医疗和生物技术领域的应用 生物细胞的典型尺寸为1～10um，生
物大分子的厚度为纳米量级，长度为微 米量级。微型器件尺寸也在这范围之内， 因而适合操作生物细胞和生物大分子。 另外，临床分析化验和基因分析遗传诊 断所需要的各种微泵、微阀、微镊子、 微沟槽、微器皿和微流量计等。
29
3.6 微机械及其微细技术加工
• 我国的微系统研究起步并不晚，目前从 事微机电系统研究的单位有60多个，主 要集中在高校、中科院及信息产业部的 研究所。已积累了一些基础技术，取得 了一些传感器和微执行器的研究经验和 科研成果，多数为实验室产品，商品化 工作刚刚起步，离产业化要求相距甚远。
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微细加工
1.精度表示方法
一般加工，其精度用误差尺寸与加工尺寸比值表示；微细加工，其精度用误 差尺寸绝对值表示。
在微细加工时，由于加工尺寸很小，引入了加工单位尺寸的概念。加工单位 尺寸简称加工单位，它表示去除材料的大小。例如，原子加工单位表示能去除一 个原子。显然，加工单位越小，可获得的精度就越高。
第三章 现代制造工程加工技术
SPM探针
介质中的分子 电化学作用区
偏置电压
电致刻蚀原理
第三章 现代制造工程加工技术
到目前为止，利用电脉 冲诱导氧化方法，已经在多 种半导体和金属（如Si，Cr， Nb，GaAs，Au和Ti等）表 面上，制备了所需的纳米结 构或器件。中国科学院分子 结构与纳米技术重点实验室 在氢钝化的p型Si（111）表 面上，利用此法刻蚀出了图 案清晰的中国科学院院徽。
第三章 现代制造工程加工技术
②微细加工刀具 微细切削加工一般采用单晶金刚石刀具。
各种单晶金刚石刀具
单晶金刚石铣刀刃形
第三章 现代制造工程加工技术
2. 微细车削加工
日本通产省工业技术院机械工程实验室（MEL）于1996年开发了世界上第 一台微型化的机床——微型车床。
世界第一台微细车床
车削轴的直径： 0.02mm
高的定位精度和重复定位精度，高平稳性的进给运动。
低热变形结构设计。
刀具的稳固夹持和高的安装精度。
高的主轴转速及动平衡。
稳固的床身构件并隔绝外界的振动干扰。
具有刀具破损检测的监控系统。
第三章 现代制造工程加工技术
C轴回转工作台 刀具 空气涡轮主轴 B轴回转工作台 X导轨 C 工件 Z导轨
B
空气油减振器
移动 完成
提取
放置
先进制造技术复习题
先进制造技术复习题一、填空题1．先进制造技术包含、和三个技术群。
2．制造系统是由制造过程及其所涉及、和组成的一个有机整体。
3．系统的可靠性预测要根据系统的组成形式分别按，和可靠度进行计算。
4．根据产品的信息来源，反求工程可分为，和。
5．先进制造工艺技术的特点除了保证优质、高效、低耗外，还应包括和。
6．微细加工中的三束加工是指，，。
7．超精密机床的关键部件包括：，，，其中机床的床身多采用制造。
8. 绿色制造技术是指在保证产品的功能、质量、成本的前提下，综合考虑和的现代制造模式。
9.及时制生产追求的目标为零，零，零，零。
最终目标是。
10．扫描隧道显微镜的两种工作模式为，。
11.超高速机床主轴的结构常采用交流伺服电动机内置式集成结构，这种主轴通常被称为。
12.快速原型制造常用的工艺方法，，，。
13.精益生产的体系结构中三大支柱是，和。
14.敏捷制造的基本思想就是在“——”机制下，实现对市场需求作出反应的一种生产制造新模式。
15.虚拟制造技术是以、、为支持，在产品设计或制造系统的物理实现之前，就能使人体会或感受到未来产品的性能或者制造系统的状态，从而可以作出前瞻性的决策与优化实施方案。
16.并行工程的特征为，，，。
17.大规模集成电路的微细制作方法有，，，，。
18.优化设计的两个前提条件，。
19.常用的看板有，两种。
20.快速原型制造技术的熔丝沉积成形法通常采用的原材料是。
21.精密与超精密加工有色金属时，常用的刀具材料为。
22.FMS的机床配置形式通常有，和。
23.超精密机床导轨的主要形式有：，和24.制造业的生产方式沿着“→→ → → → ”的方向发展。
25.与传统制造技术比较，先进制造技术具有的特征是：，，，和。
26.从时间维的角度划分，产品设计的四个阶段分别为：，，，。
27.优化设计的三要素是：，，。
28.反求工程的主要影响因素包括：，，。
29.可靠性设计的三个常用指标为别是：（1）（2），（3）。
机械制造基础教材试题答案--华中科技大学出版
《机械制造基础》考试试卷一答案一.填空题（每题1分）1.圆周铣削有顺铣和逆铣两种方式。
2.M1432A型万能外圆磨床的典型加工方法有纵磨法磨外圆柱面，纵磨法磨小锥度长圆锥面，切入法磨大锥度短圆锥面, 内圆磨具磨内孔.3．滚削斜齿圆柱齿轮时需要哪几条传动链：主运动传动链，展成运动传动链, 附加运动传动链，垂直进给运动传动链.4．剃齿加工过程相当于一对斜齿轮副的啮合过程，能进行剃齿切削的必要条件是齿轮副的齿面间有相对滑移.5．计算机辅助工艺规程设计按其工作原理可分为派生式，生成式及知识基系统三大类型。
6．用于切削加工的FMS主要有加工系统, 运储系统，计算机控制系统，系统软件四部分组成。
7．铁碳合金的基本组织有铁素体，奥氏体，渗碳体, 珠光体，莱氏体五种.8．球墨铸铁常见的金属基体有铁素体, 铁素体+珠光体，珠光体三种.9．砂型铸造用的型砂应具备的主要性能有强度，透气性，耐火性,退让性。
10．塑料的成型方法有注射成形，挤出成形, 压制成形，吹塑成形，浇铸成形，滚塑成形。
11．量规按用途可分为工作量规，验收量规, 校对量规三种.12．常见的调整法装配的方法有可动调整法，误差抵消调整法，固定调整法。
二．判断题（判断下列陈述是否正确，不正确打“×”并改正，正确打“√”，每题1分)1．普通机床在进行切削加工时,主运动必定有且通常只有一个,而进给运动可能有一个或几个,也可能没有。
√2．砂轮的硬度是指组成砂轮的磨粒硬度。
×改正为：砂轮的硬度是指在磨削力作用下磨粒脱落的难易程度。
3．在插齿机上只能插削直齿圆柱齿轮.×改正为: 在插齿机上即可以插削直齿圆柱齿轮，也可以插削斜齿圆柱齿轮。
4．精密加工时,机床的精度一定高于被加工零件的精度。
×改正：精密加工时，机床的精度不一定高于被加工零件的精度。
5．金属的同素异构转变实质上也是一种结晶的过程，同样遵循金属结晶的基本规律，也可称为二次结晶。
微机电系统及微细加工技术
微机电系统及微细加工技术微机电系统（Micro-Electro-Mechanical Systems，MEMS）是一种将微米尺度的机械结构、电子元器件和微处理器集成在一起的技术。
它利用微细加工技术来制造微小的机械设备和传感器，以实现对物理量、化学量和生物量的检测、测量和控制。
微机电系统的核心是微细加工技术，它是一种将传统的集成电路制造技术与微机械加工技术相结合的新技术。
通过微细加工技术，可以在硅基材料上制造出微小的机械结构和电子元器件，从而实现微机电系统的功能。
微机电系统的制造过程包括多个步骤，其中最关键的是光刻、薄膜沉积和蚀刻。
光刻是将光敏树脂涂覆在硅基材料上，并利用光刻机将图形投射到光敏树脂上，然后利用化学蚀刻将暴露在光下的部分去除，形成所需的结构。
薄膜沉积是将金属或者绝缘材料沉积在硅基材料上，用于制作电极、传感器等部件。
蚀刻是通过化学反应将硅基材料腐蚀，从而形成微小的结构。
微机电系统具有多种应用领域。
在生物医学领域，微机电系统可以用于制造微型传感器，实现对生物体内生理参数的监测。
在环境监测领域，微机电系统可以用于制造微型气体传感器，实现对空气中有害气体的检测。
在信息技术领域，微机电系统可以用于制造微型显示器和微摄像头，实现信息显示和图像采集。
此外，微机电系统还可以应用于汽车行业、航空航天领域和工业控制领域等。
微机电系统在实际应用中面临着一些挑战。
首先，微机电系统的制造过程非常复杂，需要高度精确的设备和工艺控制，制造成本较高。
其次，微机电系统的性能和可靠性受到环境和温度的影响，需要进行合理的封装和温度补偿。
最后，微机电系统的集成度和功耗也是一个挑战，需要在保证性能的同时尽量减小尺寸和功耗。
微机电系统是一种基于微细加工技术的新型集成技术，具有广泛的应用前景。
随着微细加工技术的不断发展和改进，微机电系统将在多个领域发挥重要作用，为人们的生活和工作带来更多便利和创新。
先进制造技术试题库与答案
先进制造技术题库与答案一、填空题1.先进制造技术包含主体技术群、支撑技术群与制造技术环境三个技术群。
5.先进制造基础技术的特点除了保证优质、高效、低耗外,还应包括无污染。
6.微细加工中的三束加工就是指电子束, 离子束 , 激光束。
8、绿色制造技术就是指在保证产品的功能、质量、成本的前提下,综合考虑环境影响与资源效率的现代制造模式。
11、超高速机床主轴的结构常采用交流伺服电动机内置式集成结构,这种主轴通常被称为空气轴承主轴。
12、快速原型制造常用的工艺方法光固化成形,叠层实体制造,选择性激光烧结,熔融沉积制造。
15、虚拟制造技术就是以信息技术、仿真技术、虚拟现实技术为支持,在产品设计或制造系统的物理实现之前,就能使人体会或感受到未来产品的性能或者制造系统的状态,从而可以作出前瞻性的决策与优化实施方案。
17、大规模集成电路的微细制作方法有外延生长 , 氧化 , 光刻 , 选择扩散 , 真空镀膜。
18、优化设计的两个前提条件以数学规划为理论基础 , 以计算机为基础。
20、快速原型制造技术的熔丝沉积成形法通常采用的原材料就是热塑性材料。
27、优化设计的三要素就是: 目标函数 , 设计变量 , 约束条件。
31、绿色设计的主要内容包括 :绿色产品设计的材料选择与管理,产品的可拆卸性设计, 可维修设计,产品的可回收性设计,绿色产品的成本分析,与绿色产品设计数据库。
绿色产品设计的材料选择与管理;产品的可拆卸性设计;产品的可回收性设计。
35、LIGA技术的工艺过程分为:(1)深层同步辐射X射线光刻;(2) 电铸成型;(3)模铸成型。
36、微细加工工艺方法主要有:三束加工技术, 光刻加工,体刻蚀加工技术 ,面刻蚀加工技术,LIGA技术,牺牲层技术与外延生长技术。
37、工业机器人一般由机械系统,控制系统,驱动系统与智能系统等几个部分组成。
38、柔性制造系统的组成包括:加工系统,物流系统,信息控制系统与一套计算机控制系统。
《材料表面处理技术与工程实训》习题解答
《材料表面处理与工程实训》习题解答第1章材料表面处理的分类思考题1. 材料表面处理全面而确切的含意是什么？表面处理应该是指为满足特定的工程需求，使材料或零部件表面具有特殊的成分、结构和性能（或功能）的化学、物理方法与工艺，它以表面科学为理论基础，利用各种物理的、化学的、物理化学的、电化学的、冶金的以及机械的方法和技术，使材料表面得到我们所期望的成分、组织、性能或绚丽多彩的外观。
2. 举出您比较熟悉的一个产品对材料表面处理技术的需求。
提示：随着材料表面处理技术的发展，基材不再局限于金属材料而是包揽金属、有机、无机、复合等材料领域。
对材料表面性能的要求也从一般的装饰防护拓展到机、电、光、声、热、磁等多种特种功能和综合功能领域。
举出一例。
3. 在您所接触的日常生活用品中，哪一件制品的表面处理您最喜欢，为什么？您能说出它的表面是怎样处理的吗？提示：学习用品、通讯工具、交通工具等。
4. 在您所接触的日常生活用品中，有哪一件您认为如果能在表面处理上作一些改进，大家就会更喜欢它？您对它的改进有具体设想吗？提示：学习用品、通讯工具、交通工具等。
5. 什么是表面改性？什么是表面加工？二者有什么区别？表面改性——用机械、物理和化学的方法，改变材料表面的形貌、化学成分、相组成、微观结构、缺陷状态或应力状态。
1表面加工——通过物理化学方法使金属表面的形貌发生改变，但不改变金属表面的金相组织和化学成分，如：表面微细加工、抛光、蚀刻、整体包覆。
区别：表面加工不改变金属表面的金相组织和化学成分；表面改性改变金属表面的金相组织和化学成分。
第2章材料表面处理的理论基础思考题1.什么是清洁表面，什么是实际表面，二者具有怎样的研究意义？清洁表面是指不存在任何吸附、催化反应、杂质扩散等物理化学效应的表面。
这种清洁表面的化学组成与体内相同，但周期结构可以不同于体内。
在材料实际应用过程中，材料表面是要经过一定加工处理(切割、研磨、抛光等)，材料又在大气环境(也可能在低真空或高温)下使用。
微机械及其微细加工技术
材料 处理
或 改性
热激活（电子、光子、离子等） 混合沉积（电子、离子、光子束） 化学反应（电子、光子、离子等） 加能化学反应（电子、光子束、离子） 催化反应
加工方法
光刻、化学刻蚀、活性离子刻蚀、化学抛光 电解抛光、电解加工（刻蚀） 电子束加工、激光加工、热射线加工 扩散去除加工（融化） 熔化去除加工 离子溅射加工、光子直接去除加工（X射线） 用电场分离（STM加工、AFM加工） 化学镀、气相镀、氧化及氮化激活反应镀ARP 电镀、阳极氧化、电铸（电成型）、电泳成型 蒸发沉积、外延生长、分子束外延 烧结、发泡、离子渗氮 熔化镀、浸镀 溅射沉积、离子镀膜、离子束外延、离子束沉积 离子注入加工 STM加工
• 由于X射线的波长很短，能满足超大规模集成电路发展的需要，近年来得到 了广泛的重视。
第三节 微机械及其微细加工技术
3.外延技术
外延生长是微机械加工的重要手段之一，它的特点是生长的外延层能保持与衬底相 同的晶向，因而在外延层上可以进行各种横向与纵向的掺杂分布与腐蚀加工， 以制得各种形状。
外延形成埋藏的终止层
第三节 微机械及其微细加工技术
a) LIGA工艺得到的三个镍材料的微型齿轮， b) 组装后的电磁驱动微马达的SEM 照片，由
每个齿轮高100m
牺牲层和LIGA技术获得，转子直径为150m，
三个齿轮的直径分别为77m,100m和150m
LIGA工艺形成的微齿轮与微马达
第三节 微机械及其微细加工技术
▪ 微机械的 微细加工技术（Micromachining technology ）有以下特 点：
▪ 从加工对象上看，微细加工不但加工尺度极小，而且被加工 对象的整体尺寸也很微小；
1001027564
第!期"##!年$"月微细加工技术%&’()*+,(&’+-&).-/’0.)1)2345!6785，"##!99收稿日期："##:;#$;"<99作者简介：向小龙（$<!=>），男，工程师，主要从事电子工业专用设备及工艺的研究；彭志虹（$<!=>），女，工程师，主要从事机械加工工艺技术研究工作。
文章编号：$##?;="$?（"##!）#!;##!?;#"应用于扩散工艺中的闭管扩散技术向小龙，彭志虹，朱晓明，罗卫国，赵加宝，罗9亮（中国电子科技集团公司第四十八研究所，长沙@$#$$$）摘要：介绍了一种用于晶体硅太阳能电池A;B 结制造的闭管扩散技术，它主要是针对目前使用的开管扩散技术的不足而提出的，实践证明，该技术不仅扩散均匀性优，而且节源、节能、环保，同时它还可以运用于其它半导体材料的扩散掺杂工艺。
关9键9词：闭管扩散技术；扩散均匀性中图分类号：-.?#C5:999文献标识码：,!"引言目前在晶体硅太阳能电池核心工艺A;B 结制造过程中通常采用传统的开管、高温、掺杂源过量的扩散技术，其扩散装置如图$所示。
该技术的不足是：（$）热损耗大；（"）掺杂源消耗量大；（?）反应过程中副产物偏磷酸生成量大、且无法有效控制其排放方向，损伤设备；（@）工艺尾气如’D "、0’D 等如果处理不当，会危害操作者身体健康、污染环境；（C ）扩散质量易受外界环境变化的影响。
而闭管扩散技术正是为弥补开管扩散的诸多不足而提出的。
实践表明，（$）闭管扩散技术可以节省扩散掺杂源、工艺气体用量，并降低热损耗；（"）工艺过程几乎不受外界环境变化的影响；（?）单批次产量可提高$E ?、扩散的均匀性也有显著的提高；（@）消除了开管扩散技术中由于图$9开管扩散原理示意图尾气处理不当而存在的对操作者身体健康和环境的潜在威胁。
微细加工技术
微细加工概念 微细加工机理 微细加工方法 LIGA技术及准LIGA技术
微细加工技术应用 生物加工技术
6.1 微细加工技术概述
6.1.1 微细加工的概念
微细加工技术是指加工微小尺寸零件的生产加工技术。 从广义的角度来讲，微细加工包括各种传统精密加工方法和 与传统精密加工方法完全不同的方法，如切削加工，磨料加 工，电火花加工等。从狭义的角度来讲，微细加工主要是指 半导体集成电路制造技术。
6.2 微细加工机理
（4）晶界、空隙、裂纹（102 ～1）mm 它们的破坏是以缺陷 面为基础的晶粒破坏。 （5）缺口（1 mm 以上） 缺口空间的破坏是由于应力集中而 引起的破坏。
在微细切削去除 时，当应力作用的区 域在某个缺陷空间范 围内，则将以与该区 域相应的破坏方式而 破坏。图 6-1 为材料 微观缺陷分布情况。
较大，允许的切削深度 ap 较大。微细加工时，从强度和刚 度都不允许大的切削深度 ap，因此切屑很小。
6.1 微细加工技术概述
3. 加工特征 一般加工时，多以尺寸、形状、位置精度为加工特征。
精密和超精密加工也是如此，所用加工方法偏重于能够形成 工件的一定形状和尺寸。微细加工和超微细加工却以分离或 结合原子、分子为加工对象，以电子束、激光束、离子束为 加工基础，采用沉积、刻蚀、溅射、蒸镀等手段进行各种处 理。这是因为它们各自所加工的对象不同而造成的。
2021/8/21
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6.1 微细加工技术概述
微小尺寸加工与一般尺寸加工的不同点： 1. 精度的表示方法
在微小尺寸加工时，由于加工尺寸很小，精度就必须用 尺寸的绝对值来表示，即用去除的一块材料的大小表示，从 而引入加工单位尺寸的概念。加工单位就是去除的一块材料 的尺寸。 2. 微观机理
细微加工技术(精密加工) 68页PPT文档
第2节 微细加工的概念及其特点
二、微细加工的特点
1.微细加工和超微细加工是一个多学科的制造系统工 程； 2.微细加工和超微细加工是一门多学科的综合高新技 术；
加工方法包括分离、结合、变形三大类。采用传统和非传统加工工艺。
3.平面工艺是微细加工的工艺基础；
平面工艺是制作半导体基片、电子元件和电子线路及其连线、封装等一整套 制造工艺技术，现在正在发展立体工艺技术，如光刻-电铸-模铸复合成型技 术。
位错线 滑移方向
2019/8/7
第3节 微细加工机理 二、材料缺陷分布对其破坏方式的影响
螺型位错
晶体右边的上部点相对于 下部的距点向后错动一个原 子间距，即右边上部相对于 下部晶面发生错动。若将错 动区的原子用线连接起来， 则具有螺旋型特征。这种线 缺陷称螺型位错。
位错线 滑移方向
2019/8/7
2)极小尺度、极大尺度和极端功能。
微细加工技术是指制造微小尺寸零件的加工技术。指 1mm以下的微细尺寸零件，加工精度为0.01-0.001mm。
微细加工属于精密加工范畴。
超 微 细 加 工 ： 1µm 以 下 超 微 细 尺 寸 零 件 ， 加 工 精 度 为 0.1-0.01µm。
2019/8/7
2.微观机理；
一般尺寸—吃刀量较大，忽视晶粒大小作为连续体看； 微细加工—吃刀量小于材料晶粒直径，晶粒看作不连续体。
3.加工特征。
一般尺寸—尺寸、形状、位置精度为加工特征； 微细加工—分离或结合原子、分子为加工对象，以电子束、离子束、激光束 三束加工为基础，采用沉积、刻蚀、溅射、蒸镀等手段进行。
2019/8/7
2019/8/7
第3节 微细加工机理 二、材料缺陷分布对其破坏方式的影响
赵砚江先进制造技术考试题及答案
赵砚江先进制造技术考试题及答案1、先进制造技术包含主体技术群支撑技术群与制造技术环境三个技术群。
2、先进制造基础技术的特点除了保证优质。
高效、低耗外,还应包括无污染。
3、微细加工中的三束加工就是指电子東离于漱光東。
4、绿色制造技术就是指在保证产品的功能、质量、成本的前提下，综合考虑环境影响与资源效率的现代制造模式。
5、超高速机床主轴的结构常采用交流何服电动机内置式集成结构，这种主轴通常被称为空气轴承主轴。
6、快速原型制造常用的工艺方法光固化威形，叠层实体制造，选择性邀光烧结，熔融沉积制造。
7、虚拟制造技术就是以信息技术仿真技术虚权现实技术为支持，在产品设计或制造系統的物理实现之前，就能使人体会或感受到未来产品的性能成者制造系统的状态,从而可以作出前瞻性的决策与优化实施方案。
8、大规模集成电路的微细制作方法有，外延生长化,光刻,选择扩散,真空镀膜。
9、优化设计的个前提条件以数学规划为理论基础,以计算机为基础。
10、快速原型制造技术的熔丝沉积成形法通常采用的原材料就是热塑性材料。
11、优化设计的三要素就是:目标函数,设计变量,约束条件。
12、绿色设计的主要内容包括:绿色产品设计的材料选择与管理，产品的可拆卸性设计,可维修设计,产品的可回收性设,绿色产品的成本分析，与绿色产品设计数据库，绿色产品设计的材料选择与管理，产品的可拆卸性设计，产品的可回收性设计。
13、LIGA技术的工艺过程分为:(1)深层同步辐射X射线光刻;(2)电铸成型;(3)模铸成型。
14、微细加工工艺方法主要有:三束加工技术,光刻加工,体刻蚀加工技术,面刻蚀加工技术,LIGA技术,牺牲层技术与外延生长技术。
15、工业机器人一般由机械系统,控制系统,与智能系统等几个部分组成。
16、柔性制造系统的组成包括:加工系统物流系统信息控制系与一套计算机控制系统。
17、我国工厂在(D)设计研制出电火花穿孔机床。
A、20世纪50年代中期B、20世纪50年代后期C、20世纪60年代中期D、20世纪60年代后期18、以下内容中那个不是线切割机床的主要工艺指标。
细微加工特点及应用前景
细微加工特点及应用前景机自1006班 40号 **[摘要]：微细加工技术是现代加工技术手段的新发展,是二十一世纪关键技术之一。
本文介绍了微机械与微细加工技术的发展过程、技术特点以及相关理论基础，并具体阐述了微细加工技术的应用、发展的意义、存在的问题及发展要求。
[关键字]：微细加工微机械微机电发展前景随着20世纪80年代后期微机械、微机机电系统(Micro Electro Mechanical System,MEMS)这一门新兴交叉学科的兴起,微细加工技术作为获得微机械、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。
1 细微加工的发展及特点1.1细微加工的发展过程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,另一个就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。
美国国家科学基金会在二十世纪八十年代就把MEMS作为一项重点研究领域制定了资助研究计划并投入了大量的资金,美国宇航局、国防部先进研究计划署等单位也都先后在航空航天、军事领域展开了研究。
日本从1991年起启动了一项为期10年、耗资250亿日元的微型机械大型研究计划,分别用于医疗和航空、原子能工业,并投资3 000万美元筹建了一座“微型机器人中心”。
在欧洲,德国自1988年开始微加工10年项目,并首创了L IGA(德文Lithographie (制版术) , Galvanoformung (电铸成形) , Abformung(注塑)三个词的缩写)工艺,制作出微机械和微光学元件系统;法国1993年启动了“微系统与技术”项目;瑞士在其钟表制造行业和小型精密机械工业的基础上投入了MEMS的开发工作;英国政府制订了纳米科学计划。
先进制造技术习题及解答
1. FMS由哪几部分组成2.简单说明扫描隧道显微镜工作原理。
3简要说明快速原型制造技术实现零件的成型过程。
4 ISO全面质量管理的内涵是什么？全面质量管理的内容由哪四个方面？问题补充：最佳答案1.加工系统、物流系统和控制系统2.扫描隧道显微镜(STM)的原理是用极尖的探针对被测表面进行扫描，探针和被测表面非常接近，在一定的电场作用下产生隧道电流。
探针和表面间距离的极微小变化将使隧道电流产生很大变化。
扫描时探针升降以保持隧道电流不变，因而可测出表面形貌高低。
3.（1）首先将CAD模型按一定厚度分层。
即将模型离散成一系列的二维层面。
（离散）（2）根据各层面的轮廓数据，进行层面工艺规划，生成数控代码。
（即层面信息处理或层面工艺规划）（3）由数控成型机接收控制指会，以平面加工的方式，按顺序（从下往上）加工各单元层面，并逐层粘接起来。
最后，得到与CAD模型相对应的三维实体。
（堆积成型）4.ISO是国际标准化组织，与全面质量管理是两码事。
全面质量管理的内涵：1）具有先进的系统管理的思想2）强调建立全面的有效的质量管理体系3）目的在于让顾客满意、社会受益。
全面质量管理的的内容：全面的、全过程的、全员参加的、多方法的质量管理。
四、名词：1、狭义：为机电产品的机械加工工艺过程广义：制造是涉与制造工业中产品设计、物料选择、生产计划、生产过程、质量保证、经营管理、市场销售和服务的一系列相关活动和工作的总称。
2、按照人们所需的目的，运用知识和技能，利用客观物资工具，将原材料物化为人类所需产品的工程技术。
即：使原材料成为产品而使用的一系列技术的总称。
3、在传统制造技术基础上不断吸收机械.电子.信息.材料.能源和现代管理等方面的成果,并将其综合应用于产品设计.制造.检测.管理.销售.使用.服务的制造全过程,以实现优质.高效.低耗.清洁.灵活的生产,提高对动态多变的市场的适应能力和竞争能力的制造技术总称,也是取得理想技术经济效果的制造技术的总称.4、是制造过程所涉与的硬件（物料、设备、工具、能源等）、软件（制造理论、工艺、信息等）、人员所组成的具有特定功能的有机整体。
微细加工技术
微型机床
放在手提箱 里的机械厂
二、微细加工的特点
微细加工技术是指加工微小尺寸零件的生产加工技 术。从广义的角度来讲，微细加工包括各种传统精 从广义的角度来讲， 密加工方法和与传统精密加工方法完全不同的方法， 密加工方法和与传统精密加工方法完全不同的方法， 切削技术 磨料加工技术，电火花加工， 技术， 如切削技术，磨料加工技术，电火花加工，电解加 化学加工，超声波加工，微波加工，等离子体 工，化学加工，超声波加工，微波加工，等离子体 加工，外延生产，激光加工，电子束加工， 加工，外延生产，激光加工，电子束加工，粒子束 加工，光刻加工，电铸加工等。从狭义的角度来讲， 加工，光刻加工，电铸加工等。从狭义的角度来讲， 微细加工主要是指半导体集成电路制造技术， 微细加工主要是指半导体集成电路制造技术，因为 微细加工和超微细加工是在半导体集成电路制造技 术的基础上发展的， 术的基础上发展的，特别是大规模集成电路和计算 机技术的技术基础，是信息时代微电子时代， 机技术的技术基础，是信息时代微电子时代，光电 子时代的关键技术之一适当的溶剂里，将应去
除的光刻胶膜溶除干净，以获得刻蚀时所需要的光 刻胶膜的保护图形。显影液的选择原则是： 对需要去除的那部分胶膜溶解得快，溶解度大 对需要保留的那部分胶膜溶解度极小 同时，要求显影液内所含有害的杂质少，毒性小。 显影时间随胶膜的种类、膜厚、显影液种类、显影 温度和操作方法不同而异，一般由实验确定。
7、去胶
去胶就是在SiO2或其他薄膜上的图形刻蚀出 来后，把覆盖在基片上的胶膜去除干净。
四、微细加工技术的发展与趋势
加工方法的多样化 加工材料单纯的硅向各种类型的材料发展 提高微细加工的经济性 加快微细加工的机理研究
微型弹簧
扑翼式微飞行器
微细加工技术
LIGA 技术首先由德国卡尔斯鲁厄核物理研究所提出来,LIGA 是lithographie(制版术)、 galvanoformung(电铸成形)、abformung(微注塑)这3个德文单词的缩写,被公认为是一种全新 的三维立体微细加工技术。
1. 技术原理与工艺过程 图所示为典型的LIGA 工艺过程,主要包括以下内容。 (1)深层同步辐射X光曝光 (2)显影 (3)电铸 (4)塑铸(铸模)
先进制造技术
微细加工与纳米制造技术
1.1 硅基微细加工技术
单晶硅是微机械采用最广泛的材料,硅基微细加工技术是微结构制造中的一种常用技术。 硅基微细加工技术主要指以硅材料为基础制作各种微机械零部件的加工技术,总体上可 分为体加工与面加工两大类。体加工主要指各种硅刻蚀(腐蚀)技术,而面加工则指各种薄膜制 备技术。这些技术在实际应用过程中还要借助于集成电路加工工艺,如光刻、扩散、离子注入、 外延和淀积等技术。
离子束加工出的2刃、4刃和6刃微细端铣刀
微细加工与纳米制造技术
日本FANUC公司和有关大学合作研 制的车床型超精密铣床,在世界上首次用 切削方法实现了自由曲面的微细加工。这 种超精密切削加工技术使用切削刀具,可 对包括金属在内的各种可切削材料进行微 细加工,也可利用CAD/CAM 技术实现三 维数控加工,具有生产率高、相对精度高 的优点。
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n ND 2
ND 2
2
ni2
p NA 2
NA 2
2
ni2
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3.3 费克定律的分析解
1、恒定表面浓度扩散
在整个扩散过程中，杂质不断进入硅中，而表面杂质浓度
NS 始终保持不变。 边界条件 1 边界条件 2
N（0 , t ）= NS N（∞, t ）= 0
初始条件
恒定表面浓度扩散的主要特点
（1）杂质表面浓度 NS 由该种杂质在扩散温度下的固溶度所 决定。当扩散温度不变时，表面杂质浓度维持不变；
（2）扩散的时间越长，扩散温度越高，则扩散进入硅片内 单位面积的杂质总量（称为 杂质剂量 QT）就越多；
20（20/4/39 ）扩散时间越长，扩散温度越高，则杂质扩散得越深。
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对于替位式杂质，不同带电状态的空位将产生不同的扩散 系数，实际的扩散系数 D 是所有不同带电状态空位的扩散系数 的加权总和，即
2
3
4
DD0
nD ni
nni
ni
D3nni
D4
2
3
4
pD ni
npi
D2npi
D3npi
D4
其中
D 0D 0 0ex p k E T a 0 , D D 0 ex p k E T a , ......
3.2 扩散的原子模型
杂质原子在半导体中进行扩散的方式有两种。以硅中的扩 散为例，O、Au、Cu、Fe、Ni、Zn、Mg 等不易与硅原子键合 的杂质原子，从半导体晶格的间隙中挤进去，即所谓 “填隙式” 扩散；而 P、As、Sb、B、Al、Ga、In 等容易与硅原子键合的 杂质原子，则主要代替硅原子而占据格点的位置，再依靠周围 空的格点（即 空位）进行扩散 ，即所谓 “替位式” 扩散。填 隙式扩散的速度比替位式扩散快得多。
N ( ,t) 0
N (x,0) 0, x 0
这时扩散方程的解为中心在 x = 0 处的 高斯分布
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N(x,t)
QT
x2
e 4Dt
Dt
恒定杂质总量扩散的主要特点
（1）在整个扩散过程中，杂质总量 QT 保持不变； （2）扩散时间越长，扩散温度越高，则杂质扩散得越深； （3）扩散时间越长，扩散温度越高，表面浓度 NS 越低，即 表面杂质浓度可控。
N(x,t) J
t
x
假定杂质扩散系数 D 是与杂质浓度 N 无关的常数，则可得到杂
质的 扩散方程
N(x,t) 2N(x,t) t D x2
上式又称为 费克第二定律。
针对不同边界条件和初始条件可求出方程的解，得出杂质 浓度 N ( x , t ) 的分布，即 N 与 x 和 t 的关系。
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N（x , 0 ）= 0
由上述边界条件与初始条件可求出扩散方程的解，即恒定
表面浓度扩散的杂质分布情况，为 余误差函数分布，
N (x ,t) N S 1 20 2x D te 2 d N S e rfc 2x D t
式中，erfc 代表余误差函数； 2020/4/9
D t 称为特征扩散长度。
第3章 扩 散
“扩散” 是一种基本的掺杂技术。通过扩散可将一定种类 和数量的杂质掺入硅片或其它晶体中，以改变其电学性质。掺 杂可形成 PN 结、双极晶体管的基区、发射区、隔离区和隐埋 区、MOS 晶体管的源区、漏区和阱区 ，以及扩散电阻、互连 引线、多晶硅电极等。
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在硅中掺入少量 Ⅲ 族元素可获得 P 型半导体，掺入少量Ⅴ 族元素可获得 N 型半导体。掺杂的浓度范围为 1014 ~ 1021cm-3， 而硅的原子密度是 5×1022cm-3，所以掺杂浓度为 1017cm-3 时， 相当于在硅中仅掺入了百万分之几的杂质。
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3、两步扩散
恒定表面浓度扩散适宜于制作高表面杂质浓度的浅结，但 是难以制作低表面浓度的结。而恒定杂质总量扩散则需要事先 在硅片中引入一定量的杂质。
为了同时满足对表面浓度、杂质总量以及结深等的要求， 实际生产中常采用两步扩散工艺：
第一步称为预扩散 或 预淀积，在较低的温度下，采用恒定 表面浓度扩散方式在硅片表面扩散一薄层杂质原子，目的在于 确定进入硅片的杂质总量；
掺杂技术的种类
扩散 离子注入 中子嬗变
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3.1 一维费克扩散方程
本质上，扩散是微观粒子作不规则热运动的统计结果。这 种运动总是由粒子浓度较高的地方向着浓度较低的地方进行， 从而使得粒子的分布逐渐趋于均匀。浓度差越大，温度越高， 扩散就越快。
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在一维情况下，单位时间内垂直扩散通过单位面积的粒子 数，即扩散粒子的流密度 J ( x , t ) ，与粒子的浓度梯度成正比， 即 费克第一定律，
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2、恒定杂质总量扩散
扩散开始时，表面放入一定量的杂质源，而在以后的扩散
过程中不再有杂质加入。假定扩散开始时硅片表面极薄一层内
单位面积的杂质总量为 QT ，杂质的扩散长度远大于该层厚度，
则杂质的初始分布可取为 函数，扩散方程的初始条件和边界
条件为
0 N ( x, t)dx Q T
第二步称为 主扩散 或 再分布 或 推进扩散 ，在较高的温度 下，采用恒定杂质总量扩散方式，让淀积在表面的杂质继续往 硅片中扩散，目的在于控制扩散深度和表面浓度。
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例如，双极晶体管中基区的硼扩散 ，一般采用两步扩散。 因硼在硅中的固溶度随温度变化较小，一般在 1020cm-3 以上， 而通常要求基区的表面浓度在 1018cm-3，因此必须采用第二步 再分布来得到较低的表面浓度。
Ea0 、Ea- 等代表 扩散激活能，D00、D0- 等代表与温度无关的 常数，取决于晶格振动频率和晶格几何结构。
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DD0
n ni
D
nni 2
D2
nni 3
D3
nni 4
D4
2
3
4
pD ni
npi
D2npi
D3npi
D4
式中，ni 代表 扩散温度下 的本征载流子浓度；n 与 p 分别代表 扩散温度下 的电子与空穴浓度，可由下式求得
J(x,t)DN(x,t) x
式中，负号表示扩散由高浓度处向着低浓度处进行。比例系数 D 称为粒子的 扩散系数，取决于粒子种类和扩散温度。典型的 扩散温度为 900℃~1200℃。D 的大小直接表征着该种粒子扩散 的快慢。
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将费克第一定律
代入 连续性方程
J(x,t)DN(x,t) x