微细加工技术概述及其应用
微细加工技术
（b）
各向同性刻蚀
（a）各向同性刻蚀（搅拌）；（b）各向同性刻蚀（不搅拌）
2）各向异性刻蚀
各向异性刻蚀是指某个方向上的刻蚀速率远大于另 一方向。刻蚀速度与基底材料的结晶取向密切相关；硅 材料是一种各向异性材料，在3个晶面上表现出不同的性 质。对于特定的刻蚀剂，硅的[100]晶面的腐蚀速度最快， [110]晶面次之，[111]晶面的腐蚀速度最慢。硅各向异性 刻蚀在几何形状控制上具有许多优点，可以制作出许多 具有垂直侧壁的微机械零件。
随着微/纳米科学与技术的发展，以形状尺寸微小或操 作尺度极小为特征的微机械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。
一般认为，微机械依其特征尺寸可以划分为：小型机 械（1mm-10mm），微型机械（1um-1mm）以及纳米机 械（1nm-1um）。从广义来讲，微机械包括微小型机械 和纳米机械。
微细加工是由多项技术构成的一个技术群体，主要 包括：
（1）由IC工艺技术发展起来的硅微细加工技术；
（2）在特种加工和常规切削加工基础上发展形成的微 细制造技术；
（3）由上述两种技术集成的新方法，如LIGA、准 LIGA技术等。
微细加工与常规尺寸加工的区别：
（1）加工精度的表示方法不同：一般尺度加工，加工精 度常用相对精度表示，微细加工用绝对精度表示；
所谓牺牲层技术就是在微结构层中嵌入一层牺牲 材料，在后续工序中有选择地将这一层材料腐蚀掉 而不影响结构层本身。这种工艺的目的是使结构薄 膜与衬底材料分离，得到各种所需的表面微结构。 常用的衬底材料为单晶硅片，结构层材料沉积的多 晶硅、氮化硅等，牺牲层材料多为二氧化硅。
（2）加工机理存在很大的差异：微细加工中加工单位急 剧减小，必须考虑晶粒在加工中的作用；
微细加工技术在微电子器件制备中的应用研究
微细加工技术在微电子器件制备中的应用研究微电子器件制备是当今电子技术领域的热点研究方向之一。
微电子器件制备的核心就是微细加工技术，该技术主要以光刻、薄膜沉积、化学加工、离子注入、蚀刻等为基础。
这些微细加工技术在微电子制备中发挥着不可替代的作用，是现代信息和通信技术、计算机技术、医学和生物技术等方面的关键技术。
下面我们将从几个方面来探讨微细加工技术在微电子器件制备中的应用研究。
一、微电子器件制备的重要性微电子器件制备一直是电子技术领域的研究热点，已广泛应用于计算机、手机、数字化电视等高科技领域。
目前，在自动化控制、靶向治疗、生物芯片、智能传感等领域都有了广泛应用。
国家也将微电子产业作为发展战略，积极发展集成电路、显示器、微处理器等产业。
因此，微电子器件制备将在未来的高科技发展中扮演着越来越重要的角色。
二、微细加工技术的分类及应用1. 光刻技术：光刻技术是微细加工技术中的重要一环。
它的原理是将光照射到光刻胶上，形成图案，再通过蚀刻或其他化学反应形成图案，用于制作晶体管、太阳能电池、光子晶体器件等。
2. 薄膜沉积技术：薄膜沉积技术也是微电子器件制备中应用广泛的技术。
它主要包括化学气相沉积、物理气相沉积、电化学沉积等技术。
薄膜沉积技术的主要应用领域是微电子器件中的互连线的分离层等。
3. 化学加工技术：化学加工技术是用化学方法对微电子材料进行处理，以制备出微电子器件。
在化学加工技术中，蚀刻技术是最为常见的一种技术。
蚀刻技术主要是通过酸、碱等化学物质对材料进行腐蚀、溶解或者氧化等，然后按要求形成器件。
4. 离子注入技术：离子注入技术主要是将离子注入到半导体材料中去，以改变其电学性质和物理特性，进而形成微电子器件。
三、微细加工技术的研究方向1. 多维度控制技术在微电子器件制备中，需要对于个别的材料可实现严格的调控，比如要求薄膜良率高、晶圆表面平整度高等等。
因此，为提高整个加工过程的可控性，就要求多维度控制技术的发展，实现对于加工过程中每一环节的精细控制，比如对于温度、光照强度、反应时间等方面的控制。
微细电火花加工技术
微细电火花加工技术微细电火花加工技术是一种高精度加工方法，它通过利用电火花放电的瞬间高温和高压能量，将工件表面的金属材料溶解、熔化、蒸发和喷射等效应，实现对工件进行微细加工的一种技术。
微细电火花加工技术具有加工精度高、表面质量好、加工效率高等优点，在模具制造、航空航天、医疗器械等领域有着广泛的应用。
微细电火花加工技术的原理是利用电火花放电过程中产生的高温等效应来加工工件。
在微细电火花加工过程中，工件和电极通过一个电解液隔开，当施加足够的电压时，电极上会产生高频率的电火花放电。
电火花放电瞬间产生的高温和高压能量会使电解液中的金属离子快速聚集在工件表面，形成微小的气泡，同时气泡瞬间爆破产生的压力将工件表面的金属材料冲击下来。
通过不断重复这个过程，就可以实现对工件表面的微细加工。
微细电火花加工技术的加工精度非常高，可以达到亚微米级别。
这是因为在电火花放电过程中，由于高温和高压能量的局部聚集作用，使得工件表面的金属材料局部熔化和蒸发，从而实现微细加工。
此外，微细电火花加工技术还可以实现对工件表面的复杂形状、小孔和细槽等微细结构的加工，具有很高的灵活性。
微细电火花加工技术的应用非常广泛。
在模具制造领域，微细电火花加工技术可以用于制造高精度的模具零件，如模具芯、模具腔等。
在航空航天领域，微细电火花加工技术可以用于制造航空发动机的涡轮叶片、航天器的结构零件等。
在医疗器械领域，微细电火花加工技术可以用于制造高精度的医疗器械零件，如人工关节、牙科种植体等。
微细电火花加工技术虽然有很多优点，但也存在一些限制。
首先，由于加工过程中电火花放电会产生高温，工件表面容易产生热应力，从而导致表面质量下降。
其次，微细电火花加工技术只适用于导电材料的加工，对于非导电材料的加工效果不佳。
此外，微细电火花加工技术的加工效率相对较低，加工速度较慢。
微细电火花加工技术是一种高精度加工方法，具有广泛的应用前景。
随着科技的不断进步和发展，微细电火花加工技术将会进一步提高加工精度和效率，为各个领域的微细加工需求提供更好的解决方案。
微细加工工艺技术
微细加工工艺技术微细加工工艺技术是一种应用于微电子、光学、纳米学等领域的高精度加工技术，该技术能够实现对微细结构的精密加工。
在微细加工工艺技术中，常常采用的加工方法有激光刻蚀、化学蚀刻、光刻以及微电子束等。
激光刻蚀是一种应用激光照射，通过激光束的高能量将材料表面局部蚀刻的加工方法。
与传统的机械刻蚀相比，激光刻蚀具有高精度、高效率的优点。
在激光刻蚀中，光束的聚焦度和光斑直径是影响加工精度的重要参数。
化学蚀刻是一种利用特定的化学反应，在材料表面选择性地产生化学蚀刻产物，并将其去除的加工方法。
化学蚀刻通常需要制备特定的蚀刻溶液，通过控制溶液的浓度和温度，来影响化学反应的速率和选择性。
化学蚀刻可以实现微细结构的高精度加工，并被广泛应用于光学元件和微流控芯片等领域。
光刻是一种基于光化学反应的加工方法，通过光阻的选择性暴露和去除，来形成所需的图案结构。
在光刻过程中，首先在材料表面涂敷一层光刻胶，然后利用光刻机的紫外光照射和显影等步骤，实现图案的转移。
光刻具有高精度、高分辨率和高重复性的优点，是微细加工中不可或缺的工艺之一。
微电子束也是一种实现微细结构加工的重要方法。
微电子束利用高能电子束在材料表面定向照射，经过准直、聚焦和偏转等步骤，将电子束的能量转化为对材料的加工作用。
通过控制电子束的参数，如能量、聚焦度和扫描速度等，可以实现对微细结构的精密加工。
微电子束在高精度加工领域具有很大的应用潜力，尤其在微电子器件、光电器件以及半导体器件等方面，具有广阔的发展前景。
总的来说，微细加工工艺技术是一种实现高精度加工的重要方法，包括激光刻蚀、化学蚀刻、光刻和微电子束等。
这些加工方法在微电子、光学、纳米学等领域发挥着重要作用，推动了相关技术的进步和应用的发展。
未来随着科学技术的不断进步，微细加工工艺技术将继续发展壮大，为人类社会带来更多的科技成果和应用产品。
微细加工技术的研究与应用
微细加工技术的研究与应用随着科技的不断进步和工业的迅速发展，微细加工技术越来越受到人们的关注。
微细加工技术是指针对微细零件、组件和器件进行高精度加工、制造和装配的一种新型技术。
这种技术在汽车、电子、航空、医疗等领域有着广泛的应用前景。
一、微细加工技术的研究1.背景微细加工技术从20世纪90年代初期开始发展，主要是为满足电子器件和微机电系统（MEMS）制造的需要。
在此基础上，微细加工技术不断得到完善和升级，为其他领域的制造和加工提供了思路和方法。
2.研究内容微细加工技术的研究主要包括以下方面：（1）微细机械制造技术；（2）微细电子制造技术；（3）微细光学制造技术；（4）微细生物制造技术。
其中，微细机械制造技术是应用最为广泛的一项技术，主要针对微型零部件、机械组件和器件等进行加工和制造。
3.研究难点微细加工技术的研究面临着许多难点，其中最主要的难点是如何实现高精度加工。
微细零部件的尺寸通常都在数微米至数百微米之间，而传统加工技术所能达到的精度却远远不够。
因此，如何在微小尺度下进行高精度加工，是微细加工技术研究的核心问题。
二、微细加工技术的应用1.汽车制造领域汽车制造领域是微细加工技术应用的主要领域之一。
在汽车制造中，许多零部件的尺寸都很小，而且对加工精度要求很高。
例如，发动机的火花塞、气门、燃油喷嘴等部件；车身的紧固件、密封件和缝合件等，都需要采用微细加工技术进行加工和制造。
2.电子制造领域电子制造领域也是微细加工技术应用的重要领域之一。
在电子制造中，许多IC芯片、闪存和存储器等器件的结构都非常微小，需要采用微细加工技术进行精密加工和制造。
同时，电子制造领域还需要采用微细加工技术进行导电薄膜的制造、微型电极的加工等工作。
3.医疗领域医疗领域也是微细加工技术应用的一个新兴领域。
在医疗领域中，微细加工技术可以用于制造微型手术器械、医用传感器、微型分析芯片等器件，从而为医疗诊断和治疗提供了新的手段和方法。
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。
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
微细加工综述
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微细加工技术综述
1.3.3 微细线切割加工：
微细电火花线切割加工的基本原理是利用移动的 微细金属导线作电极, 对工件进行脉冲火花放电、切割 成形。 微细电火花线切割几乎可加工具有任何硬度的导 电金属材料, 且加工过程中不受宏观力的作用, 从而可 保证较好的加工精度与表面质量。广泛应用于微小齿 轮、微小花键、微小异形孔、以及半导体模具、钟表 模具等具有复杂形状的微小零件的加工。 台湾的Yunn - Shiuan Liao等开发了桌面式高精度多 功能微细电火花线切割机床, 用来加工复杂的三维微零 件。机床能够达到1μm的尺寸精度和Rmax=0.64μm的表 面粗糙度。
1986年原苏联基辅工学院用工业激光器在硬质合 金毛坯上打中心孔，孔径为0.6一1.omm，深度为 6mm； 英 国 学 者 Mark Heaten 采 用 受 激 准 分 子 激 光 在 PMMA 材料上加工出微小涡轮盘, 叶片数为31 。
激光束微细加工发展现状
2001年，德国学者Peter Heyl 研制了用于加工三维 结构的高精度激光加工机, 研究了陶瓷和硬金属的激 光加工工艺, 在WC/Co 材料上加工出微三维结构。平 均表面粗糙度达到Ra =0.16μm, 最大表面粗粗度可达 Rz=0.7μm, 所加工工件的表面粗糙度达到了高精度电 火花铣削的表面粗糙度。 瑞士某公司利用固体激光器给飞机涡轮叶片进行打 孔，可以加工直径从20腼到80腼的微孔，并且其直径 与深度之比可达1:80； 日本在厚1mm的氮化硅板上打出孔径0.Zmm的孔， 在0.05mm的陶瓷薄膜上加工出孔径 0.02mm的孔，而 在钦、白金、钨、钥等难以加工的材料上也进行了 有效的激光加工。
二、高能束流微细特种加工技术
微细加工技术
MEMS是Micro Electro Mechanical Systems的缩写。即 微机电系统，它是在微电子技术的基础上发展起来的，融合 了硅微加工、LIGA技术和精密机械加工等多种微加工技术， 并应用现代信息技术构成的微型系统。它包括感知和控制外 界信息(力、热、光、生、磁、化等)的传感器和执行器，以 及进行信号处理和控制的电路。 它是指可以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、甚至外围接口、通信电路 和电源等一体的微型器件或系统，其特征尺寸范围为1nm～ 10mm 美国：MEMS—Micro Electro-Mehanical System 欧洲：Micro System 日本：Micro Machine 其它：Micro & Ｎano 技术
SLA（立体光刻）工艺
液槽中盛满液态光固化树脂， 激光束在偏转镜作用下，能在液态 表面上扫描，扫描的轨迹及光线的 有无均由计算机控制，光点打到的 地方，液体就固化。当一层扫描完 成后，未被照射的地方仍是液态树 脂。然后升降台带动平台下降一层 高度，已成型的层面上又布满一层 树脂，刮平器将粘度较大的树脂液 面刮平，然后再进行下二层的扫描， 新固化的一层牢固地粘在前一层上， 如此重复直到整个零件制造完毕, 得 到 一 个 三 维 实 体 模 型 。
1.4 微制造中的材料去除技术
LIGA由 深层 同 步 X射线 光刻、电铸成形、塑注成形 组合而成。包括三个主要工 序（图1-4）： 1）以同步加速器放射的短 波长（＜1nm）X射线作为 曝光光源，在厚度达0.5mm 的光致抗蚀剂上生成曝光图 形的三维实体； 2）用曝光蚀刻图形实体作 电铸模具，生成铸型； 3）以生成的铸型作为模具， 加工出所需微型零件。
1.2 微细加工的发展历程
微细加工技术及其应用
总的说来，超精增亮可去除次级微观粗糙表面，次级粗糙表面的厚度在0～20μm之间，位于零件表面初级微观粗糙面的峰尖之间。而超精抛光则部分或整体去除初级微观粗糙表面，其值在10～40μm之间，当然这取决于零件材料表面的初始状态。
微细加工技术迄今能够加工的材料有退火及淬火钢、铜及铜合金、铸铁、Inconel镍合金（镍基合金）、钛金属、表面硬涂层处理前后的预处理（PVD、CVD、电镀）。
微细加工原理微细加工技术采用全自动方式对金属零件表面进行超精加工，通过一种机械化学作用来清除金属零件表面上1～40μm的材料，实现被加工表面粗糙度达到或者好于ISO标准的N1级的表面质量。微细加工技术主要应用于超精抛光和超精增亮这两个领域。超精抛光使传统的手工抛光工艺自动化；而超精增亮则生成新的表面拓扑结构。
Байду номын сангаас
微细加工技术及其应用?微细加工技术是由瑞士BinC公司发明的一种新型加工工艺，在2004年法国巴黎举办的国际表面处理展览会（SITS）和2004年在法国里昂举办的ALLIANCE展览会上荣获2项发明奖。微细加工工艺和设备拥有国际专利保护。微细加工技术结合了超精增亮和超精抛光两项革新技术，能够有选择性地保留表面的微观结构，以提高表面的摩擦和滑动性能（表面技术），以机械化和自动化取代传统的手工抛光，提高表面的美学功能。这种微细加工技术应用于切削刀具、冲压和锻造工具，航空、汽车、医疗器械、塑料注射模具等机械零件的表面处理，能够极大地改善零件表面的性能。
微细加工技术的发展与应用
微细加工技术的发展与应用随着科技的不断发展，微细加工技术成为现代工业中不可或缺的一部分。
微细加工技术是指对微小物体进行加工的技术，通常用于制造那些需要高精度或者微小尺寸的零件、设备和器件。
微细加工技术的应用范围非常广泛，包括微型机器人、光学器件、医疗器械、生物传感器等领域。
本文将探讨微细加工技术的发展历程、应用和未来发展趋势。
一、微细加工技术的发展历程微细加工技术源远流长。
在过去的几百年间，人们使用了各种手工工具和机械设备进行微细加工。
例如，19世纪英国人约瑟夫·温斯洛在1822年发明了摆线拖动齿轮切削机，实现了金属齿轮的精细加工。
这一技术被广泛应用于英国的纺织工业，并为工业革命的发展做出了贡献。
20世纪初，随着电气工程和电子学的发展，半导体器件的出现推动了微细加工技术的发展。
1947年，贝尔实验室的威廉·肖克利发明了第一个晶体管，奠定了现代电子工业的基础。
从此以后，微细加工技术得到了巨大的发展，出现了各种各样的微细加工工具和设备。
例如，扫描电子显微镜可以对微小物体进行高分辨率成像和表征，电子束光刻机可以用来制造半导体芯片、具有纳米尺度精度的纳米定位台可以用来进行精细的纳米加工等等。
二、微细加工技术的应用微细加工技术已经广泛应用于多个领域。
以下是一些例子：1. 光学器件光学器件包括激光器、光开关、波导器、光电探测器等。
微细加工技术可以提供高精度和可重复加工，适用于制造这些器件的需求。
例如，电子束光刻机已经被广泛应用于制造半导体激光器和光子晶体器件。
2. 医学器械微细加工技术可以用于制造医学器械，例如微型手术器械和医用传感器。
这些器械需要高精度和微小尺寸，以减少对患者的创伤和疼痛。
微细加工技术可以提供这些要求。
3. 生物传感器生物传感器利用生物体内的化学反应或者生物特性来检测生物分子和细胞。
微细加工技术可以用于制造这些传感器。
例如，电子束光刻机可以用来制造生物芯片，这些芯片可以用于生命科学研究和医学诊断。
微细加工技术的应用和趋势
改造 客观世 界 的一种 高 新技 术 。微机械 多 的小型 泵 的１ ０ ０ ０ 倍 ，而 且机 电一体 化 蚀 ，最 后把 光刻胶 去掉 就得 到 了想要 的
由于 具有 能够在 狭 小空 间 内进 行 作业 ， 的微 机械 不存 在信 号延 迟 问题 ，可进 行 图形 。光刻技 术在 微 电子 中 占有 很大 的 比重 ，比如微 电子应用 ３ ． １搬迁原子 １ ９ ９ ０ 年 ，美 国圣何塞Ｉ Ｂ Ｍ Ｎ尔马登研
而 受 到人们 的高 度重 视 ，被 列为 ２ １ 世 纪 和智 能结 构后 ，更 易于 实现 微机 械 的多 关键 技术 之首。 功能化和智能化 。
１ ． 微机械 的特征
１ ． ５ 适 于大批 量生 产 、制 造成 本低 究所科 学家用Ｓ Ｔ Ｍ 将镍表面 吸附的氙原子
５ 个氙 原子排成 Ｉ Ｂ Ｍ － ＝ 微 机 械 在 美 国 常 称 为 微 型 机 电系 廉。微机械采用与 半导体制造工艺类似的 逐一移动 ，最终 以３ 统 ；在 日本 称作 微机 器 ；而在 欧 洲则称 方法生产 ，可以象超大规模集成 电路芯片 个字母 。每个字母 高５ ｎ ｍ ，原子间的最短 作微 系统。
而 又 不扰乱 工作 环境 和对 象 的特 点 ，在 高速工作 。
航 空航 天 ，精密 仪器 ，生物 医学 等领域
１ ． ４ 多功能和 智 能化 。微 机械 最终 宽 来评 价 的，而线 宽 的获得跟 光刻 技术
有 着广 阔 的应用 潜 力 ，且是 实现 纳米技 要达 到集传 感 器 、执行 器和 电子控 制 电 有 很 大 的关 系 。 术 （Ｎ ａ ｎ ０ ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ ） 的重 要 环 节 ， 因 路为 一体 的 目标 ，特别 是应 用智 能材 料
激光微细加工技术的研究与应用
激光微细加工技术的研究与应用激光微细加工技术是一种应用非常广泛的前沿技术，能够在微纳尺度下对材料进行加工。
它具有高精度、高效率、高质量的特点，在现代工业中具有非常关键的应用价值。
本文将从激光微细加工技术的原理、发展历程以及应用领域等方面进行深入探究。
一、技术原理激光微细加工技术主要是通过激光在被加工物表面的作用下，使其产生化学反应、物理变化或消失等效应，实现对材料的加工。
其基本原理是通过激光束的聚焦，使光束与材料相互作用，产生较高的局部温度和压力，使物质发生蒸发、沉积、熔化、氧化等变化，从而实现对材料的加工。
二、技术发展历程激光微细加工技术的发展经历了几十年的漫长历程。
20世纪60年代，美国和苏联的科学家们开始在激光微细加工领域进行探索研究。
20世纪70年代，德国、日本、韩国等国家也开始了相关技术的研究。
80年代初，随着计算机技术和控制技术的快速发展，激光微细加工技术得到了迅速的发展。
90年代以来，随着激光技术和材料科学的不断进步，激光微细加工技术在制造业、材料科学、光学等领域得到了广泛应用。
三、技术应用领域激光微细加工技术具有非常广泛的应用领域，在现代工业、科技领域中得到了广泛的应用。
以下将从军事、航空航天、电子信息、生物医学等方面进行介绍。
1. 军事领域：激光微细加工技术在军事装备中得到了广泛应用，如激光导弹制导系统、光电防护系统、军事雷达成像系统等。
2. 航空航天领域：激光微细加工技术在航空航天领域中也得到了广泛应用，如航天器结构、焊接、修补、表面处理等方面。
3. 电子信息领域：激光微细加工技术在电子信息领域得到了广泛应用，如半导体制造、芯片刻蚀、电路打孔、塑胶雕刻等。
4. 生物医学领域：激光微细加工技术在生物医学领域中也得到了广泛应用，如激光治疗、眼科手术、组织切割、药物释放等方面。
四、技术瓶颈虽然激光微细加工技术得到了广泛的应用和发展，但是其仍然存在一些技术瓶颈，如：1. 能量损耗问题：光束在传输过程中会受到各种因素的影响，从而导致损耗。
微细加工技术概述
微细加工技术概述XxxxxxxxxxXxxxxxxxxxxx摘要:微细加工原指加工尺度约在微米级范围的加工方法，现代微细加工技术已经不仅仅局限于纯机械加工方面，电、磁、声等多种手段已经被广泛应用于微细加工，从微细加工的发展来看，美国和德国在世界处于领先的地位，日本发展最快，中国有很大差距。
本文从用电火花加工方法加工微凹坑和用微铣削方法加工微小零件两方面描述了微细加工技术的实际应用。
关键词：微细加工，超细加工论文1.微细加工技术简介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、科学技术等将产生巨大影响，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。
微细加工技术应满足下列功能：1）为达到很小的单位去除率（UR），需要各轴能实现足够小的微量移动，对于微细的机械加工和电加工工艺，微量移动应可小至几十个纳米，电加工的UR最小极限取决于脉冲放电的能量。
2）高灵敏的伺服进给系统，它要求低摩擦的传动系统和导轨主承系统以及高精度跟踪性能的伺服系。
3）高平稳性的进给运动，尽量减少由于制造和装配误差引起的各轴的运动误差。
4）高的定位精度和重复定位精度。
5）低热变形结构设计。
6）刀具的稳固夹持和高的重复夹持精度。
7）高的主轴转速及极低的动不平衡。
8）稳固的床身构件并隔绝外界的振动干扰。
9）具有刀具破损和微型钻头折断的敏感的监控系统。
2.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，如切削技术，磨料加工技术，电火花加工，电解加工，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，粒子束加工，光刻加工，电铸加工等。
微细加工技术在电子行业中的应用
微细加工技术在电子行业中的应用随着时代的进步和科技的发展，人们对电子设备的需求越来越高，使得电子行业得到了长足的发展。
而微细加工技术正是推动电子行业发展的重要力量之一。
什么是微细加工技术？微细加工技术是指通过各种生产加工技术和设备，对微小物体（如纳米级别的材料和器件）进行制造、加工、修补和检测的技术。
它的出现和发展可以追溯到上个世纪50年代初期，随着微电子学的兴起，这项技术也得到了快速的发展。
微细加工技术不仅能够制造出微型化的电子器件，而且可以使器件的尺寸更小、性能更强，从而提高其在各种应用场景中的竞争力。
现在，微细加工技术在电子行业中已经是不可或缺的一环。
1.晶圆加工晶圆加工是指将硅晶圆上的器件进行加工、制造和测试的过程。
在微细加工技术的帮助下，制造出来的晶圆制品可以更小、更精准，对于半导体行业来说能够使得生产成本更低、生产效率更高，并且器件的性能和可靠性更好。
2.光学元件制造现代的电子设备中很少能够不使用到光学元件，如LED、LCD以及激光器等。
微细加工技术可以制造出光学元件，使得这些设备的尺寸更小、成本更低，并且拥有更高的性能和效率。
3.微型电子元件制造微型电子元件是微细加工技术在电子行业中最常见的应用之一。
通过微细加工技术，可以制造出微型的内存条、存储器、微处理器等电子元件，这些微型设备在大量使用的情况下，具备更高的耐用性、性能优势和长期稳定性。
4.纳米技术纳米技术是一种微细加工技术的分支领域，它使得电子产品的尺寸达到了纳米级别。
对于纳米级别的制造、加工和检测，要求工艺控制能力越强、尺寸精度越高。
利用纳米技术，可以制造出更加精细的电子器件，具有优异的性能表现和更长久的耐久性。
微细加工技术在电子行业中的优势1.精度性高微细加工技术可以将设备的尺寸达到纳米级别，相较于常规生产设备，精度性大大提高。
2.高可靠性微细加工技术制造出来的设备具有更高的性能表现，同时也拥有更长久的耐久性，这使得它们在实际使用中具有更高的可靠性。
微细加工
一、微细加工定义
从广义的角度来讲，微细加工是指所有制造
微小尺寸零件的加工技术。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。
二、加工成形原理
去除加工：车削、铣削、磨削、电火花加工
结合加工：
附着：电镀、气相沉积
注入：氧化、渗碳、离子注入 连接：焊接、粘接
变形加工：锻造、铸造、液晶定向
3.5.1.2
特点
具有极高的复制精度和重复精度。 适用范围广。尺寸可在很大范围内变化；可以使难 以加工的精密内型面变为易加工的外型面，因此可 广泛用于具有精密、复杂内型面零件的制造。 电铸制品性能的可控性强。通过改变金属种类、电 铸液配方和工艺参数，或采取使用添加剂等措施， 电铸制品的力学性能和物理性能可在很大范围内变 化。 成本低。设备投资较少，加工余量较小，废品可作 为阳极材料重新使用，铸模和电铸液也可重复使用。
铸层质量不稳定。易出现麻点、针孔、晶粒粗大、应力过 大等缺陷，致使铸层的物理特性和力学性能下降，严重时 可造成零件报废。过大的内应力也会使铸层变形、开裂。 铸层均匀性差。金属沉积速度一般正比于阴极表面的电流 密度，对于复杂型面的铸模，由于电场分布极不均匀，因 此电流密度在铸模表面各处不一致，造成不同位臵的沉积 厚度相差悬殊，从而影响零件性能，而且这种不均匀会随 沉积时间的延长而加剧，产生恶性循环，严重降低平均沉 积电流密度和沉积速度。 加工时间长。如欲获得1mm厚铸层，简单形状的工件需要 数小时，复杂工件可能要数十小时。 有限的铸种材料性能不能满足所有实际需要。
3.5.1
微细电铸
3.5.1.1 工艺 设计制造铸模：根据设计图样或采用实物复制的方法制造铸 模，常用的铸模材料有不锈钢、铝、钛、环氧树脂、有机玻 璃等。 导电层、分离层处理：对非金属铸模进行导电化处理，对金 属铸模表面进行分离层处理。 电沉积金属：将铸模放入电解槽，利用电化学沉积原理在铸 模上沉积金属。常见的电铸金属种类有镍、铜、铁等单金属 或镍钴、镍锰等合金。 脱模和背衬处理：在电铸层达到需要的厚度后，采用机械或 化学方法把沉积金属与铸模分离，并根据需求在非加工表面 加固背衬。
微细加工技术资料
1超微机械加工 2光刻加工 3LIGA技术与准LIGA技术 4封接技术 5分子装配技术
2.3.2微细加工工艺方法 1超微机械加工
• 超微机械加工是指用精密金属切割、线切 割等方法制造毫米级尺寸以下的微机械微 零件，是一种三维实体加工技术，多是单 件加工，单件装配，费用价高。
微型弹簧
2.3.2微细加工工艺方法 2光刻加工
2.3.1微机械及其特征
1、微机械概念及应用
微机械技术涉及电子、电气、机械、材料、制造、信息与自动控制，以 及物理、化学、光学、医学、生物技术等多种工程技术和科学，并集约 了当今科学技术的许多尖端成果。
放在手提箱 里的机械厂
2.3.1微机械及其特征
1、微机械的基本特征
• • • • •
微机械按其尺寸特征可以分为： 1~10mm的微小机械； 1um~1mm的微机械； 1nm~1um的纳米机械。 而制造微机械采用的微细加工，又可以进一 步分为微米级微细加工、亚微米级微细加工 和纳米级微细加工等。
2.3.2微细加工工艺方法 2光刻加工
2.3.2微细加工工艺方法 2光刻加工
2.3.2微细加工工艺方法 3LIGA技术与准LIGA技术
• LIGA是德文Lithographie，Galanoformung和Abformung三个词， 即光刻、电铸和注塑的缩写。 • LIGA工艺是一种基于X射线光刻技术的MEMS加工技术，主要包括X 光深度同步辐射光刻，电铸制模和注模复制三个工艺步骤。由于X射 线有非常高的平行度、极强的辐射强度、连续的光谱，使LIGA技术能 够制造出高宽比达到500、厚度大于1500 μ m、结构侧壁光滑且平行 度偏差在亚微米范围内的三维立体结构。这是其它微制造技术所无法 实现的。LIGA技术被视为微纳米制造技术中最有生命力、最有前途的 加工技术。利用LIGA技术，不仅可制造微纳尺度结构，而且还能加工 尺度为毫米级的MEMS结构。 • 由于LIGA技术需要极其昂贵的X射线光源和制作复杂的掩模板，使其 工艺成本非常高，限制该技术在工业上推广应用。于是出现了一类应 用低成本光刻光源和(或)掩模制造工艺而制造性能与LIGA技术相当的 新的加工技术，通称为准LIGA技术或LIGA-like技术。
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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2011 年春季学期研究生课程考核（读书报告、研究报告）考核科目:微细超精密机械加工技术原理及系统设计学生所在院（系）:机电工程学院学生所在学科:机械设计及理论学生姓名:杨嘉学号:10S008214学生类别:学术型考核结果阅卷人微细加工技术概述及其应用摘要微细加工原指加工尺度约在微米级范围的加工方法，现代微细加工技术已经不仅仅局限于纯机械加工方面，电、磁、声等多种手段已经被广泛应用于微细加工，从微细加工的发展来看，美国和德国在世界处于领先的地位，日本发展最快，中国有很大差距。
本文从用电火花加工方法加工微凹坑和用微铣削方法加工微小零件两方面描述了微细加工技术的实际应用。
关键词：微细加工；电火花；微铣削1微细加工技术简介及国内外研究成果1.1微细加工技术的概念微细加工原指加工尺度约在微米级范围的加工方法。
在微机械研究领域中，从尺寸角度，微机械可分为1mm~10mm的微小机械，1μm~1mm的微机械，1nm~1μm的纳米机械，微细加工则是微米级精细加工、亚微米级微细加工、纳米级微细加工的通称。
广义上的微细加工，其方式十分丰富，几乎涉及现代特种加工、微型精密切削加工等多种方式，微机械制造过程又往往是多种加工方法的组合。
从基本加工类型看，微细加工可大致分为四类：分离加工——将材料的某一部分分离出去的加工方式，如分解、蒸发、溅射、切削、破碎等；接合加工——同种或不同材料的附和加工或相互结合加工方式，如蒸镀、淀积、生长等；变形加工——使材料形状发生改变的加工方式，如塑性变形加工、流体变形加工等；材料处理或改性和热处理或表面改性等。
微细加工技术曾广泛用于大规模集成电路的加工制作，正是借助于微细加工技术才使得众多的微电子器件及相关技术和产业蓬勃兴起。
目前，微细加工技术已逐渐被赋予更广泛的内容和更高的要求，已在特种新型器件、电子零件和电子装置、机械零件和装置、表面分析、材料改性等方面发挥日益重要的作用，特别是微机械研究和制作方面，微细加工技术已成为必不可少的基本环节。
现代微细加工技术已经不仅仅局限于纯机械加工方面，电、磁、声等多种手段已经被广泛应用于微细加工，微细超精密加工的主要方法如下：微细电火花加工技术的研究起步于20世纪60年代末，是在绝缘的工作液中通过工具电极和工件间脉冲火花放电产生的瞬时、局部高温来熔化和汽化蚀除金属的一种加工技术。
由于其在微细轴孔加工及微三维结构制作方面存在的巨大潜力和应用背景，得到了高度重视。
实现微细电火花加工的关键在于微小电极的制作、微小能量放电电源、工具电极的微量伺服进给、加工状态检测、系统控制及加工工艺方法等。
微细切削技术是一种由传统切削技术衍生出来的微细切削加工方法，主要包括微细车削、微细铣削、微细钻削、微细磨削、微冲压等。
微细车削是加工微小型回转类零件的主要手段，与宏观加工类似，也需要微细车床以及相应的检测与控制系统，但其对主轴的精度、刀具的硬度和微型化有很高的要求。
图1.1为用单晶金刚石刀头加工的微型丝杠。
微细钻削的关键是微细钻头的制备，目前借助于电火花线电极磨削可以稳定地制成直径为10um的钻头，最小的可达6.5um。
微细铣削可以实现任意形状微三维结构的加工，生产效率高，便于扩展功能，对于微机械的实用化开发很有价值.图1.1微细磨削是在小型精密磨削装置上进行的，能够从事外圆以及内孔的加工。
已制备的微细磨削装置，工件转速可达2 000 r／min，砂轮转速为3 500r／min，磨削采用手动走刀方式。
为防止工件变形或损坏，用显微镜和电视显示屏监视着砂轮与工件的接触状态。
微细磨削加工的微型齿轮轴，材料为硬质合金，轮齿表面粗糙度可达到Ra0.049 um。
微机械元件的加工很多情况下要完成三维形体的微细加工，需要采用不同的蚀刻技术。
蚀刻的基本原理是在被加工零件的表面贴上一定形状的掩膜，经蚀刻剂的淋洒并去除反应产物后，工件的裸露部分逐步被刻除，从而达到设计的形状和尺寸。
根据沿晶向的蚀刻速度分为等向蚀刻与异向蚀刻。
若工件被蚀刻的速度沿各个方向相等则为等向蚀刻，它可以用来制造任意横向几何形状的微型结构，高度一般仅为几微米。
所谓微细电解加工是指在微细加工范围内(1～l 000 nm)，利用金属阳极电化学溶解去除材料的制造技术，其中材料的去除是以离子溶解的形式进行的，在电解加工中通过控制电流的大小和电流通过的时间，控制工件的去除速度和去除量，从而得到高精度、微小尺寸零件的加工方法。
加工间隙的大小直接影响微细电解加工的成形精度与加工效果，通过降低加工电压、提高脉冲频率和降低电解液浓度，电解微细加工间隙可控制在10um以下。
图1.2是用幅值为2 V、脉宽为3S、频率为33 MHz的脉冲电源在镍片上加工深为5um的螺旋槽，使用的电解液为0．2 mol／L的HCL溶液，其加工间隙为600nm，表粗糙度度100 nm。
图1.21.2微细加工技术的研究现状从国际上微细加工技术的研究与发展看，主要形成了以美国为代表的硅基MEMS 制造技术，以德国为代表的LIGA 制造技术和以日本为代表的传统加工方法的微细化等主要流派。
他们的研究与应用情况基本上代表了国际微细加工的水平和方向。
在美国，以Moore公司和Precitech公司为代表，专门从事超精密加工技术研究和装备生产；在欧洲，英国Cranfield大学的超精密工程中心(CUPE)是世界著名的超精密加工技术研究单位之一；日本对超精密加工技术的研究相对美、英、德来说起步较晚，却是当今世界发展最快的国家。
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[3]，长32mm、宽25mm、高30.5mm，重量为100g，主轴电机额定功率为1.5W，转速10000r/min。
用该机床切削黄铜，沿进给方向的表面粗糙度值为Rz1.5μm，加工工件的圆度为2.5μm，最小外圆直径为60μm。
切削试验中的功率消耗仅为普通车床的1/500。
MEL 开发的微细铣床，长170mm、宽170mm、高102mm，主轴用功率为36W 的无刷直流伺服电机，转速约为15600r/min。
此外，日本FANUC 公司和电气通信大学合作研制的车床型超精密铣床，在世界上首例用切削方法实现了自由曲面的微细加工。
日本东京大学Masuzawa T等人在电火花反拷加工的基础上利用线状电极替代反拷模块研制成功的线电极电火花磨WEDG(Wn ElectricDischarge Grinding)技术成功地解决了微细电极的制作，使微细电火花加工进入了实用化阶段，成为微细加工领域的热点。
图l为wEDG加工微型轴的原理，线电极沿着导向器中的槽以5～10 mm／min的低速滑动，就能加工出圆柱形的轴。
日本东京大学生产技术研究所利用WEDG技术，制作微冲压加工的冲头和冲模，然后进行微细冲压加工，在50 p．m厚的聚酰胺塑料上冲出宽度为40um的非圆截面微孔。
前苏联在20世纪60年代就生产出带磨料的超声波钻孔机床。
在美国，利用工具旋转同时作轴向振动进行孔加工已取得了较好的效果。
日本已经制成新型UMT27三坐标数控超声旋转加工机，功率450W，工作频率20kHz，可在玻璃上加工孔径<φ1.6mm、深150mm 的深小孔，其圆度可达0.005mm，圆柱度为0.02mm。
英国申请了电火花超声复合穿孔的专利，该装置主要用于加工在导电基体上有非导电层的零件。
1996年，日本东京大学在超声加工机床上，利用电火花线切割工艺在线加工出微细工具，并成功地利用超声加工技术在石英玻璃上加工出直径为<φ15μm的微孔。
1998年又成功地加工出直径为<φ5μm 的微孔。
我国的超精密加工技术起步晚于国外，微细结构表面及微小元件超精密加工技术的研究才刚刚起步，近年来，我经过政府和研究部门的努力，在超精密加工技术的研究领域已经取得了很大进步，在某些单项关键技术的研发方面甚至已经达到了国际先进水平。
中科院长春光机所进行了光学零件的超精密研抛技术方面的研究，实现了离轴非球面的加工；哈尔滨工业大学在金刚石超精密切削、微纳米切削加工机理、金刚石刀具晶体定向和刃磨、刀具磨损破损机制、脆性材料超精密加工时的去除机制等方面开展了卓有成效的研究工作；清华大学在集成电路超精密加工设备、磁盘加工及检测设备、微位移工作台、超精密砂带磨削和研抛、非圆截面超精密切削等方面进行了深入研究；国防科技大学自主研发了离子束和磁流变抛光技术，在抛光工艺与装备的研究方面取得了长足进展，可以稳定实现L／50以上精度的光学加工；天津大学微纳制造技术工程中心引进了美国Nanoform350型超精密机床，开展了自由曲面加工技术，将柱面坐标系应用于加工技术，并实现自由曲面的超精密加工。
2..微细加工技术应用实例2.1用微细加工方法加工摩擦副表面微凹坑由摩擦学理论可知，摩擦副表面阵列微凹坑中储存的润滑油可在表面间产生流体润滑膜，可充分利用两相对运动表面挤压和流体动力的联合作用改善润滑状况，在这种结构中规则微凹坑的表面形貌对流体润滑有着非常重要的影响。
基于近年来摩擦学理论在微细加工领域的基础研究和实际应用状况，确定阵列微凹坑结构参数为：单个结构截面形状为正方形、菱形、圆形；微凹坑边长(直径)200—500um 之间，深度100um左右；成阵列分布时，微凹坑尺寸与间距成一定比例；表面粗糙度要求Ral．6um左右。
由微凹坑截面形状，确定工具电极单体为正方形、菱形、圆形等微凸起形状，并呈阵列排布；为了便于制作，并留有较大加工损耗余量，电极凸起高度设计为3．0 mm，远大于微凹坑深度，可进行多次加工试验。
微凸起工具电极单体细长，实际加工时存在超声振动，因此需有足够的强度、良好的刚度及耐磨性，微细电加工时还须具备良好的导电性。
综合材料特性及电极工作要求，选用调质45钢作为工具电极材料。
图2.1所示为正方形微凸起工具电极外形，后尾部螺纹与机床连接。
首先车削微凸起工具电极基本外形，包括外形锥体、阶梯端部及螺纹部分；再用电火花线切割加工出两个对称平面作为夹持部，以方便工具电极的安装锁紧；最后采用AGIECUTCHALLENGE ECUT 2F精密低速走丝线切割机，选用直径0．10 mm镀锌铜丝，加工图1b所示微凸起工具头，加工电参数：放电电流13 A，加工速度8．6 mm／min，电极丝张力4 N，冲液压力0．02 MPa。
先在一个方向进行“方波轨迹”微细线切割加工，切割图2.1的微凸起宽度：0．40 mm，深度：3．00 mm，间距：0．60 mm，一个方向加工完毕，将工件旋转90。
，再次进行“方波轨迹”线切割加工，完成正方形微凸起的加工。
加工结果见图2.2.图2.2图2.3所示为微细超声电解复合加工示意图。