《机械加工技术》课件第10章.ppt

思考题与习题10-1什么是特种加工？它与传统的切削加工有何不同？10-2试述电火花加工的原理和特点。10-3电子束加工、离子束加工和激光加工各自的适用范围如何？三者各有什么优缺点？10-4什么是微米制造及纳米制造？两者有何区别？10-5什么是光刻电铸？简述其基本原理。10-6试述Opitz系统的主要特点。10-7试述零件分类成组的方法。10.3.4微细加工工艺1.半导体加工技术（1）光刻加工技术。光刻加工是用照相复印的方法将光刻掩膜上的图形印制在涂有光致抗蚀剂（光刻胶）的薄膜或基材表面，然后进行选择性腐蚀，刻蚀出规律的图形。所用的基材有各种金属、半导体和介质材料。光致抗蚀剂是一类经光照后能发生交联、分解或聚合等光化学反应的高分子溶液。光刻加工工艺的基本过程通常包括涂胶、曝光、显影、坚膜、腐蚀、去胶等步骤。在制造大规模、超大规模集成电路等场合，需采用CAD技术，把集成电路设计和制造结合起来，即进行自动制版。光刻质量和光致抗蚀剂种类、光刻工艺及掩膜版质量直接相关。为了提高光刻分辨率，制造更高密度的集成电路，以及降低缺陷密度和提高生产率，人们提出了一系列的改进措施，主要有：在光掩膜制作上采用移相掩膜（PhaseShiftMasks）技术；在曝光工序上采用以激发深紫外波长的准分子激光器这一曝光光源，显著提高曝光分辨率；采用光致抗蚀剂化学增幅技术，提高辐照曝光的感光灵敏度；在刻蚀技术方面，为了实现0.1～0.01μm图形超精加工，人们加强了高能粒子束直接扫射成像技术的研究。（2）体微型机械加工技术。体微型机械加工是一种对硅衬底的某些部位用腐蚀技术有选择地除去一部分以形成微型机械结构的工艺，常用的主要有湿法腐蚀和干法腐蚀两种。湿法腐蚀是应用化学腐蚀的方法对硅片进行加工的技术，一般用各向同性化学腐蚀、各向异性化学腐蚀和电化学腐蚀。干法腐蚀是利用粒子轰击对材料的某些部位进行选择性腐蚀的方法，即采用等离子体腐蚀、离子束和溅射腐蚀、反应离子束腐蚀等工艺来腐蚀多晶硅膜、氧化硅膜、氮化硅膜以形成微型机械结构。目前，随着干法腐蚀技术的发展，已形成以干法为主，干、湿结合的刻蚀工艺。（3）表面微型机械加工技术。表面微型机械加工技术是在硅表面根据需要生长多层薄膜，如二氧化硅（SiO2）、多晶硅、氮化硅、磷硅玻璃膜层（PSG），采用选择性腐蚀技术，去除部分不需要的膜层，在硅平面上形成所需要的形状，甚至是可动部件。去除的部分膜层一般称为“牺牲层”，整个加工过程都在硅片表面层上进行，其核心技术是“牺牲层”技术。该技术的优点是：在制造过程中所使用的材料和工艺与常规集成电路生产有很强的兼容性，不必另外投资；再者，只要在制膜上略加改动，就可以用同样的方法制造出大量的不同结构。其最大的优势在于把机械结构和电子电路集成一起的能力，从而使微产品具有更好的性能和更高的稳定性。2.光刻电铸光刻电铸即LIGA（德文，LithographieGalvanoformingAbformung）工艺，利用X射线的深层光刻与电铸相结合，能够实现高深宽比的金属、塑料等多种材料的微细加工。与牺牲层腐蚀工艺结合，已制造出直径为微米级尺寸的金属齿轮以及微小的加速度计等。低成本的LIGA工艺和准LIGA的加工工艺也在研究中。LIGA技术是20世纪80年代初期德国卡尔斯鲁耳原子能研究中心为铀-235研制微型喷嘴结构的过程中产生的。该技术是一种由半导体光刻工艺派生出来的，采用光刻方法一次生成三维空间微型机械构件的方法，经过十几年的发展已趋成熟。图10-7用LIGA技术制造器件的过程LIGA技术的机理由深层X射线光刻、电铸成形及塑注成形三个工艺组成。它的主要工艺过程为：X光光刻掩膜板的制作、X光深光刻、光刻胶显影、电铸成形、塑模制作、塑模脱膜成形等。具体过程为：先用聚乙-甲基丙烯酸甲酯等作光致抗蚀剂涂在基板上，再在基板上盖上已刻好图形的金属掩膜，再用X线使光刻胶层曝光、显影，将未曝光部分溶解掉，制成抗蚀层的结构图形，再在抗蚀层结构图形的间隙处镀上镍、铜或金等金属至所需厚度，制成金属模，再以此模为母模注射塑料型芯，最后将型芯电镀成金属构件。图10-7所示为用LIGA技术制造器件的过程。3.集成电路（IC）技术这是一种发展十分迅速且较成熟的制作大规模电路的加工技术，在微型机械加工中使用较为普遍，是一种平面加工技术。但该技术的刻蚀深度只有数百纳米，且只限于制作硅材料的零、部件。4.超微型机械加工和电火花线切割加工精密微细切削加工适合所有金属材料、塑料