单元6微细加工技术一、微细加工技术概念1.微细加工技术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，如切削技术，磨料加工技术，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。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，因为微细加工技术和超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，光电子时代的关键技术之一。下图所示为几种常见的微型机器人。2.微细加工技术的起源：微细加工起源于半导体制造工艺，是指加工尺度在微米级的加工方式，在微机械研究领域中，它是微米级、亚微米级乃至纳米级微细加工的通称。微机械大致分为两大类：1）微机械电子系统（MEMS），侧重于用集成电路可兼容技术加工制造的元器件；2）微缩后的传统机械，如微型机床、微型汽车、微型飞机、微机器人等。3.微细加工方法目前使用的微细加工方法主要有以下几种。1）采用微型化的定形整体刀具或非定形磨料工具进行机械加工。2）采用电加工或在其基础上的复合加工。3）采用光、声等能量法加工。4）采用光化掩膜法加工。5）采用层积增生法加工。4.微细加工技术的特点微细加工与一般尺寸加工有许多不同，主要表现在如下几个方面。1）精度表示方法不同一般尺寸加工的精度用其加工误差与加工尺寸的比值来表示，即精度等级。2）加工机理不同在进行微细加工时，由于切屑很小，切削通常在晶粒内进行，而晶粒作为一个个不连续体而被切削，这与一般尺寸加工完全不同。3）加工特征不同一般尺寸加工以获得一定的尺寸、形状、位置精度为加工特征，而微细加工则以分离或结合分子或原子为特征，并常以能量束加工为基础，采用许多有别于传统机械加工的方法进行加工。二、几种常见的微细加工技术1.分子装配技术分子装配技术也可以成为分子操纵技术或原子操纵技术。是一种纳米级微细加工技术，是一种从物质的微观入手并以此为基础构造微结构、制造微机械的方法。分子装配技术是分子电子学的重要组成部分，在生物技术和生命科学中，也具有广阔的应用前景。目前分子装配技术在生命科学中的主要应用有：基因分析、染色体和细胞膜分析，蛋白质和核酸聚合分析，新物种产生等领域。2.微细铣削加工微细切削加工的主要方法有微细车削，微细磨削，微细钻孔等，均为微量切削，又可称之为极薄切削。3.掩膜微细电化学时刻加工技术在有掩膜电解蚀刻中，常用光刻胶在待加工材料上制成特定图案的遮蔽层，未被保护的材料在电解作用下逐渐腐蚀直到所需的深度。目前，微细结构的加工很多都采用化学刻蚀，但由于化学刻蚀的等方向性，就很难获得较直的加工侧壁和较大的深宽比，且加工速度也较慢。而有掩膜的微细电解加工通过控制电解液的流速和电流密度的分布能很好地克服化学刻蚀存在的缺点。掩膜法的优点是可以使用腐蚀性小的中性盐电解质，对环境污染小，适用面广，刻蚀速度快。4.电子束微加工技术电子束加工是近年来得到较大发展的一种新兴特种微细加工技术。子束微加工技术主要用于打孔、窄缝、焊接、和大规模集成电路的光刻化学加工，在微细精密加工、尤其是在微电子学领域中得到广泛应用。电子束微加工具有如下的特点：束径微小，可加工材料范围广，加工效率高，控制性能好，电子束加工温度容易控制，污染小等。5.激光微细加工技术激光作为一种新型光源，它和普通光源的区别在于发光的微观机制不同。普通光源的发光是以自发辐射为主，各个发光中心发出的光波无论方向、相位或者偏振态是各不相同的。激光的光发射则是以受激辐射为主，各个发光中心发出的光波都具有相同的频率、方向、偏振态和严格的相位关系。由于这种基本差别，激光强度或亮度高、单色性好、相干性好和方向性好这些突出优点。激光加工主要有以下特点：加工精度高；加工材料范围广泛；加工性能好；加工快、热影响区小、效率高。6.硅的体微加工技术硅的体微加工技术是指利用腐蚀工艺对块状硅进行准三维结构的微加工，以形成所需要的硅微结构，主要包括腐蚀和停止腐蚀两项关键技术。腐蚀又称蚀刻，是微加工中的重要工艺之一。它是指在需要的地方通过物理或化学的方法对原有材料的去除。主要有干法和湿法两种腐蚀方式。7.微细机械加工工艺对于工件的平面、内腔、孔或相对较大直径外圆的加工，由于