微細加工技術(shù)的發(fā)展及應(yīng)用(共4頁)

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上微細加工技術(shù)的發(fā)展與研究摘要:微細加工技術(shù)是現(xiàn)代加工技術(shù)手段的新發(fā)展,是二十一世紀關(guān)鍵技術(shù)之一。本文介紹了微細加工技術(shù)的國內(nèi)外發(fā)展情況、技術(shù)特點以及相關(guān)理論基礎(chǔ)。并具體闡述了微細加工技術(shù)的應(yīng)用以及發(fā)展的意義。關(guān)鍵詞:微細加工；微機械；微機電；微電子Development and Research of MicoManufacturing TechnologyAbstract:Micromanufacturing technology is the new developmentofmethod formanufacture technology today, and

2、also is one of the key technology in twenty-one century. The developing process at home and aboard, technical features and the base of correlation theory of theMicro machine andMicroManufacturingTechnology are introduced on this paper.And the application, development significance also expounded in p

3、aper.Key words:micromanufacturing; micromachine; micro electromechanic; micro electron1.引言：隨著20世紀80年代后期微機械、微機電系統(tǒng)(MicroElectroMechanicalSystem,MEMS)這一門新興交叉學科的興起,微細加工技術(shù)作為獲得微機械、微機電系統(tǒng)的必要手段,得到了快速的發(fā)展。微細加工技術(shù)起源于平面硅工藝,但隨著半導體器件、集成電路、微型機械等技術(shù)的發(fā)展與需求,微細加工技術(shù)已經(jīng)成為一門多學科交叉的制造系統(tǒng)工程和綜合高新技術(shù),廣泛應(yīng)用于醫(yī)療、生物工程、信息、航空航天、半導體工業(yè)、軍事、汽

4、車等領(lǐng)域,給國民經(jīng)濟、人民生活和國防、軍事等帶來了深遠的影響,被列為21世紀關(guān)鍵技術(shù)之一。2.微細加工和超精密加工在國外的發(fā)展情況： 在超精密加工技術(shù)領(lǐng)域起步最早和技術(shù)領(lǐng)先的國家是美國，其次是日本和歐洲的一些國家。美國超精密加工技術(shù)的發(fā)展得到了政府和軍方的財政支持，近年，美國執(zhí)行了"微米和納米級技術(shù)"國家關(guān)鍵技術(shù)計劃，國防部陸、海、空三軍組成了特別委員會，統(tǒng)一協(xié)調(diào)研究工作。美國至少有30多個廠家和研究單位研制和生產(chǎn)各種超精密加工機床，國家勞倫斯.利佛摩爾實驗室、聯(lián)合碳化物公司、摩爾公司、杜邦公司等在國際上均久負盛名。美國最早研制了能加工硬脆材料的6軸數(shù)控超精密研磨拋光機；聯(lián)

5、合碳化物公司開發(fā)了直徑為800mm的非球面光學零件的超精密加工機床；勞倫斯.利佛摩爾實驗室還開發(fā)了能加工陶瓷、硬質(zhì)合金、玻璃和塑料等難加工材料的超精密切削機床，在半導體工業(yè)、航空工業(yè)和醫(yī)療器械工業(yè)中投入使用；珀金-埃爾默等公司用超精密加工技術(shù)加工各種軍用紅外零部件。 日本對超精密技術(shù)的發(fā)展也十分重視，70年代初，日本成立了超精密加工技術(shù)委員會，制定了技術(shù)發(fā)展規(guī)劃，成為此項技術(shù)發(fā)展速度最快的國家。日本現(xiàn)有20多家超精密加工機床研制公司，重點開發(fā)民用產(chǎn)品所需的加工設(shè)備并力圖使設(shè)備系列化，成批生產(chǎn)了多品種商品化的超精密加工機床。在超精密切削技術(shù)發(fā)展比較成熟后，日本已將黑色金屬、陶瓷和半導體功能材料的

6、超精密加工技術(shù)作為重要的研究開發(fā)項目。日本的研究創(chuàng)新意識強，不是單純地模仿國外的做法，而是積極地利用外國技術(shù)并結(jié)合本國特點和生存環(huán)境，走出了一條自己的發(fā)展道路。 歐洲等國也將超精密加工技術(shù)的發(fā)展放在重要位置，60年代起英國開始研究超精密加工技術(shù)，克蘭菲爾德大學精密工程研究所相繼研制出能加工大型非球面反射鏡的數(shù)控金剛石立式車床、加工大型非對稱結(jié)構(gòu)光學零件的數(shù)控超精密磨床、研制了脆性材料的超精密磨削工藝。現(xiàn)已成立了國家納米技術(shù)戰(zhàn)略委員會，正在執(zhí)行國家納米技術(shù)研究計劃。德國和瑞士也有比較強的超精密加工能力。1992年后，歐洲實施了一系列的聯(lián)合研究與發(fā)展計劃，加強和推動超精密加工技術(shù)的發(fā)展。超精密車削

7、、磨削和研磨是已經(jīng)發(fā)展成熟并大量應(yīng)用的加工技術(shù)。日本開發(fā)了外圓和平面等多種類型的研磨機，美國也研制成功了加工陀螺零件的球形研磨機。另外，國外還大力發(fā)展了超精密拋光技術(shù)，以獲得高的表面質(zhì)量。美、日、英等國投入了大量資金和人力開發(fā)了離子束拋光工藝，以加工高精度的光學器件。美國還研制了邊拋光邊測量的離子束拋光機，拋光非球面鏡的精度達/50。納米級制造技術(shù)是超精密加工技術(shù)的頂峰，其研究需要有雄厚的技術(shù)基礎(chǔ)和豐厚的物質(zhì)條件，美國、日本和英國正在進行一些研究項目，包括聚焦電子束曝光、準分子激光蝕刻和掃描隧道顯微鏡納米加工技術(shù)等。聚焦電子束曝光可通過計算機控制繪制出任意形狀的圖形，而且不損傷材料。準分子激光

8、束通過與被加工材料表面起直接反應(yīng)進行蝕刻，沒有對加工部位的照射損傷和放電破壞，可達到納米級的蝕刻精度。掃描隧道顯微鏡技術(shù)是利用掃描隧道顯微鏡探針的尖端俘獲單個原子或單個分子，并向被加工表面?zhèn)鬏?，或者從被加工表面剝離單個或成團的原子和分子，從而形成所需的納米級結(jié)構(gòu)。美國和日本都已掌握了此項技術(shù)，在金屬晶體或非金屬晶體表面制造出了單個原子寬的線條和圖形。該技術(shù)的顯著優(yōu)點是可適應(yīng)多種加工環(huán)境，在高真空中、空氣中、金屬有機物氣體中或溶液中都能在硅、砷化鎵等電子材料、石英、陶瓷、金屬和非金屬材料上加工出納米級的線條和圖形，為航空微電子元器件和微機電系統(tǒng)的發(fā)展提供了技術(shù)支持。最早開發(fā)的復合超精密加工技術(shù)是

9、超精密振動金剛石刀具切削工藝，美國宇航動力集團采用該工藝加工了激光陀螺玻璃腔體，日本加工了平面和圓度達0.1m的柱形零件。近年來，復合超精密加工技術(shù)更有了長足發(fā)展，日本理化研究所開發(fā)的在線電解修整復合磨削技術(shù)，能高效磨削球面、非球面和平面透鏡等高硬度和高脆性電子和光學材料的功能零件，以及塑性金屬零件，尺寸和形狀精度達亞微米，表面粗糙度達納米級。如：采用該技術(shù)加工鍍膜SiC材料的球面、非球面和平面透鏡等光學零件，直徑100mm、曲率半徑2000mm的球面透鏡磨削后的形狀精度為0.2m，表面粗糙度值為Ra0.0076m；200mm×200 mm的平面透鏡磨削后，在150mm范圍內(nèi)測量的平

10、面度為0.6m，表面粗糙度值為Ra0.006m。等離子化學氣化加工和流體拋光技術(shù)也是目前國外開發(fā)的比較實用的加工技術(shù)，主要針對電子和光電等功能材料零件的超精密加工，可加工出任意形狀的零件。目前，采用等離子化學氣化加工技術(shù)已制成了納米級精度和表面無缺陷的非球面透鏡，加工效率接近于機械加工的水平。采用流體拋光技術(shù)可獲得深度均勻的矩形窄縫、有拋物線形相交截面的半圓柱體。超精密加工技術(shù)在發(fā)達國家已有近40年的發(fā)展歷史，其生命力不僅在于包括航空技術(shù)在內(nèi)的高科技發(fā)展對它的需求，而且在于它綜合利用了高科技進步的成果，更重要的是在利用這些成果的基礎(chǔ)上有所創(chuàng)新，將其以新穎的構(gòu)思巧妙地加以重組不斷獲得新的設(shè)備和工

11、藝技術(shù)，模塊式超精密加工機床的誕生和復合超精密加工技術(shù)的出現(xiàn)就是很好的例證。3.微細加工技術(shù)研究3.1微細加工技術(shù)的概念和特點：微細加工技術(shù)是指加工微小尺寸零件的生產(chǎn)加工技術(shù)。從廣義的角度來講，微細加工包括各種傳統(tǒng)精密加工方法和與傳統(tǒng)精密加工方法完全不同的方法，如切削技術(shù)，磨料加工技術(shù)，電火花加工，電解加工，化學加工，超聲波加工，微波加工，等離子體加工，外延生產(chǎn)，激光加工，電子束加工，粒子束加工，光刻加工，電鑄加工等。從狹義的角度來講，微細加工主要是指半導體集成電路制造技術(shù)，因為微細加工和超微細加工是在半導體集成電路制造技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展的，特門市大規(guī)模集成電路和計算機技術(shù)的技術(shù)基礎(chǔ)，是信息時代

12、微電子時代，光電子時代的關(guān)鍵技術(shù)之一。3.2微細加工的理論基礎(chǔ)：微小尺寸和一般尺寸加工是不同的，其不同點主要表現(xiàn)在以下幾個方面：1）精度的表示方法 在微小尺寸加工時，由于加工尺寸很小，精度就必須用尺寸的絕對值來表示，即用取出的一塊材料的大小來表示，從而引入加工單位尺寸的概念。2）微觀機理 以切削加工為例，從工件的角度來講，一般加工和微細加工的最大區(qū)別是切屑的大小。一般為金屬材料是由微細的晶粒組成，晶粒直徑為數(shù)微米到數(shù)百微米。一般加工時,吃刀量較大，可以忽略晶粒的大小，而作為一個連續(xù)體來看待，因此可見一般加工和微細加工的機理是不同的。3）加工特征 微細加工和超微細加工以分離或結(jié)合原子、分子為加工

13、對象，以電子束、技工束、粒子束為加工基礎(chǔ)，采用沉積、刻蝕、濺射、蒸鍍等手段進行各種處理。3.3微細加工技術(shù)分類：依據(jù)加工機理微細加工技術(shù)主要分成四類2:1)分離加工將材料的某一部分分離出去的加工方式,如切削、分解、刻蝕、蒸發(fā)、濺射、破碎等;2)結(jié)合加工同種或不同種材料的附加或相互結(jié)合的加工方式,如蒸餾、沉淀、生長、滲入、黏結(jié)等;3)變形加工使材料形狀發(fā)生改變的加工方式,如塑性變形加工、流體變形加工等;4)材料處理或改性。4. 微細加工技術(shù)的應(yīng)用微型機械技術(shù)綜合應(yīng)用了當今世界科學技術(shù)的尖端成果,目前微細加工技術(shù)已經(jīng)在特種新型器件、電子零件和電子裝置、機械零件和裝置、生物工程、表面分析、材料改性等

14、諸多領(lǐng)域發(fā)揮著越來越重要的作用。4.1微細加工技術(shù)在微電子器件制造中的應(yīng)用:微細加工技術(shù)最典型的應(yīng)用是大規(guī)模和超大規(guī)模集成電路的加工制造,在其制造過程中,從制備晶片和掩膜開始,經(jīng)歷多次氧化、光刻(曝光)、刻蝕、外延、注入(或擴散)等復雜工序,到劃片、引線焊接、封裝、檢測等一系列工作直到最后得到成品,每道工序都要采用微細加工技術(shù),微細加工技術(shù)在這里得到了全面的應(yīng)用。在集成電路制造中,微細加工技術(shù)主要有橫向微細加工技術(shù)和縱向微細加工技術(shù)兩種方式。橫向微細加工技術(shù)主要包括圖形設(shè)計、圖形產(chǎn)生和刻蝕,其中集成電路的圖形線條的產(chǎn)生隨著線條寬度的變細和加工工藝的微細化發(fā)展,先后經(jīng)歷了光學曝光、電子束、離子束

15、和X射線曝光、等離子體刻蝕、反應(yīng)離子刻蝕、離子銑等多種圖形微細加工方法。在做各種金屬薄膜、介質(zhì)薄膜、多晶體、各種摻雜或不摻雜半導體、多元化合物半導體薄層時,主要運用了縱向微細加工技術(shù),包括蒸發(fā)、濺射、高壓氧化、減壓化學氣相淀積(減壓CVD)、熱擴散、離子注入和退火、氣相或液相外延、分子束外延等3。4.2微細加工技術(shù)在微機械和微機電系統(tǒng)方面的應(yīng)用:從1962年第一個硅微型壓力傳感器問世到現(xiàn)在,采用微細加工技術(shù)研制加工的各種微型機械機電產(chǎn)品大量出現(xiàn)在各個科技領(lǐng)域。利用微細加工技術(shù),可以將機載產(chǎn)品的硬件比例大幅縮小,以滿足其體積小、重量輕的空間特殊要求。目前已有大量的微型機械或微型系統(tǒng)被研究出來,如

16、用于航空航天、汽車工業(yè)、醫(yī)療器械、軍事武器、機器人等領(lǐng)域的各種微型壓力傳感器、加速度傳感器、溫度傳感器、智能傳感器;用于軍事領(lǐng)域的微型機器人、飛行器;用于醫(yī)療衛(wèi)生領(lǐng)域的微型泵、微型閥等手術(shù)器械;用于航空航天工業(yè)和武器工業(yè)的微型開關(guān),用于計算機、核工業(yè)的各種微型噴嘴;用于儀器儀表、計算機和機械工業(yè)的微型零器件、微型電動機、微型發(fā)動機等微執(zhí)行機構(gòu)等等,這些都是采用現(xiàn)代微細加工技術(shù)的產(chǎn)物。隨著微細加工技術(shù)研究的不斷深入,將來會有更多類的微機械機電產(chǎn)品被研制出來并投入使用4。5 發(fā)展微細加工技術(shù)的意義5.1微細加工技術(shù)的發(fā)展促進了微電子集成器件的發(fā)展:電子計算機已經(jīng)滲透到人類生產(chǎn)、生活的幾乎所有領(lǐng)域,

17、而基于集成電路的微電子技術(shù)為中心構(gòu)成的信息技術(shù)、控制技術(shù)、系統(tǒng)工程技術(shù)已經(jīng)成為未來新技術(shù)革命的主要內(nèi)容。只有集成電路的迅速發(fā)展才能給計算機帶來光輝的前景,而集成電路的發(fā)展必須建立在微細加工技術(shù)的進一步發(fā)展之上,未來極大規(guī)模集成電路(GSI)、分子電路、量子電路、生物芯片等的研制需要更為先進的微細加工技術(shù)3。5.2微細加工技術(shù)促進新型器件和有關(guān)學科的發(fā)展:在集成電路研究和生產(chǎn)中發(fā)展起來的以微細加工技術(shù)為核心的一整套基礎(chǔ)工藝技術(shù),在科技領(lǐng)域中不僅是微電子、微機電系統(tǒng)MEMS發(fā)展的基礎(chǔ),也是半導體微波技術(shù)、磁泡技術(shù)、聲表面波技術(shù)、低溫超導技術(shù)、光集成技術(shù)以及其他許多技術(shù)發(fā)展的基礎(chǔ)。當加工精度要求達到亞微米以及更小的數(shù)量級時,微細加工手段除了要涉及到物理、化學和精密機械等方面,還需要研究材料和器件的微區(qū)乃至原子分子數(shù)量級尺寸的性質(zhì),這大大促進了對物質(zhì)結(jié)構(gòu)和器件的深入認識,發(fā)展了和正在形成著新的材料和器件。6結(jié)束語微細加工作為精密和超精密加工的一個分支，在國防和眾多領(lǐng)域都顯示了它本身的重要性，最為我們國家，在這一領(lǐng)域的發(fā)展還存在著嚴重的不足，要像是我們國家的科技實力，國防實力，以及經(jīng)濟實力持續(xù)穩(wěn)定健康的發(fā)展，都必須積極的發(fā)展和創(chuàng)新在這一科技領(lǐng)域的技術(shù)，不斷的改善完善技術(shù)工藝，是我們國家在這一科技領(lǐng)域走到世界的前沿。 作為一個新興行業(yè)，微細加工和精密超精密加工的發(fā)展前景是無可限量的，只要我們