《先进制造技术》教案第10课先进制造工艺技术（五）.docxVIP

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2024-03-13 发布于江苏
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《先进制造技术》教案第10课先进制造工艺技术（五）.docx

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课题

第十课先进制造工艺技术（五）

课时

2课时（90min）

教学目标

知识技能目标：

了解微机械及微细加工技术的定义和特点

（2）了解微细加工的加工工艺

（3）了解微细加工技术的应用和发展趋势

素质目标：

培养作为一名机械专业技术人员必须具备的刻苦专研和锲而不舍的学习精神，严谨的科学态度和积极向上的价值观，为未来的专业深造和工作奠定坚实的基础

教学重难点

教学重点：微机械及微细加工技术的定义和特点，微细加工的加工工艺，微细加工技术的应用

教学难点：微细加工的加工工艺

教学方法

案例分析法、问答法、讨论法、讲授法

教学用具

电脑、投影仪、多媒体课件、教材

教学过程

主要教学内容及步骤

考勤

【教师】使用APP进行签到

【学生】按照老师要求签到

问题导入

【教师】提出以下问题：

你知道什么是微细加工吗？

【学生】聆听、思考、举手回答

传授新知

【教师】通过大家的发言，引入新的知识点，讲解微型机械及微细加工技术的定义和特点、微细加工技术的加工工艺、微型机械的应用和微细加工技术的发展趋势等知识

4.1微细加工技术

4.1.1微型机械及其特征

1．微型机械的基本概念

微型机械（MicroMechanical）又称微电子机械系统（MicroElectro-MechanicalSystem，MEMS）或微机械（日本通用名称）或微系统（欧洲通用名称），是集微型机构、微传感器、微能源、微制动器、微执行器、信号处理、智能控制于一体的机电装置。微小的几何尺寸或操作尺寸、高度集成化、智能化是MEMS的显著特征。

微型机械按其尺寸可分为：1～10mm的微小型机械，1μm～1mm的微机械，以及1nm～1μm的纳米机械。制造微型机械常用的微细加工技术可分为：微米级微细加工（Micro-fabrication）、亚微米级微细加工（Sub-Micro-fabrication）和纳米级微细加工（Nano-Micro-fabrication）等。

2．微型机械的特征

概括起来，微型机械具有以下几个基本特征。

（1）体积小、精度高、重量轻

微型机械的体积可达到亚微米以下，尺寸精度达到纳米级，重量可至纳克。微型机械能在一个几毫米见方的硅芯片上完成线与面的集成、信号处理单元的集成、功能的集成，甚至能够完成整个微型计算机的集成。

（2）性能稳定、可靠性高

微型机械的体积很小，几乎不受热膨胀、噪声和挠曲等因素影响，具有较高的抗干扰性，可在较差的环境下稳定工作。

（3）能耗低、灵敏度和工作效率高

微型机械所消耗的能量远小于传统机械的十分之一，但却能以十倍以上的速度完成同样的工作。例如，5mm×5mm×0.7mm微型泵的流速是比其体积大得多的小型泵的1000倍。同时，机电一体化的微型机械不存在信号延迟问题，可进行高速工作，工作效率高。

（4）多功能化和智能化

微型机械集传感器、执行器、信号处理和电子控制电路于一体，在应用智能材料和智能结构后，更易于实现微型机械的多功能化和智能化。

（5）适于大批量生产，制造成本低

微型机械采用与半导体制造工艺类似的方法生产，可以像超大规模集成电路芯片一样进行大批量生产，制造成本较低。

4.1.2微细加工技术的加工工艺

【教师】提出问题：

你知道微型机械的制造过程是怎样的吗？

【学生】聆听、思考、举手回答

【教师】总结学生的回答，并讲解新知

微细加工起源于半导体制造工艺，是指加工尺度在微米级范围的加工方式。在微型机械研究领域中，微细加工是微米级、亚微米级乃至纳米级微型机械加工的通称。微细加工方式十分丰富，包含了各种现代特种加工、高能束加工等方式。微型机械的制造过程通常是多种加工方式的组合。目前，微细加工的主要加工工艺如下。

1．光刻加工

【教师】利用多媒体展示“光刻加工工艺示例”图片，并进行讲解

光刻加工是利用照相复印的方法将光刻掩模上的图形印刷在涂有光致抗蚀剂的薄膜或基材表面，然后进行选择性腐蚀，刻蚀出规定的图形。基材可以是各种金属、半导体和介质材料。光致抗蚀剂俗称光刻胶或感光剂，是一种经光照后能发生交联、分解或聚合等光学反应的高分子溶液。

光刻加工的一个典型工艺示例如图4-1所示，其工艺过程为：①氧化，使硅晶片表面形成一层SiO2氧化层；②涂胶，在SiO2氧化层表面涂上一层光致抗蚀剂，即光刻胶，厚度为1～5μm；③曝光，在光刻胶层面上加掩模，然后用紫外线等方法曝光；④显影，曝光部分通过显影而被溶解除去；⑤腐蚀，将加工对象浸入氢氟酸腐蚀液，使未被光刻胶覆盖的SiO2部分被腐蚀掉；⑥去胶，腐蚀结束后，光致抗蚀剂就完成了它的作用，此时要设法将这层无用的胶膜去除；⑦扩散，即向需要杂质的部分扩散杂质，以完成整个光刻加工过程。