微細(xì)加工技術(shù)綜述

微細(xì)加工技術(shù)綜述摘要：本文通過對(duì)微細(xì)加工的概念，特點(diǎn)，和微細(xì)加工在國(guó)內(nèi)國(guó)外的發(fā)展情況，以及微細(xì)加工的部分工藝的描述，使我們對(duì)微細(xì)加工又一個(gè)新的認(rèn)識(shí)，并且認(rèn)識(shí)和了解我們國(guó)家在微細(xì)加工技術(shù)上的長(zhǎng)處和不足，促進(jìn)我們國(guó)家微細(xì)加工型業(yè)的發(fā)展。關(guān)鍵詞：發(fā)展與趨勢(shì)、現(xiàn)狀、先進(jìn)制造技術(shù)言前微細(xì)加工技術(shù)是精密加工技術(shù)的一個(gè)分支，面向微細(xì)加工的電加工技術(shù)激光微孔加工、水射流微細(xì)切割技術(shù)等等在發(fā)展國(guó)民經(jīng)濟(jì)，振興我國(guó)國(guó)防事業(yè)等發(fā)面都有非常重要的意義，這一領(lǐng)域的發(fā)展對(duì)未來的國(guó)民經(jīng)濟(jì)、科學(xué)技術(shù)等將產(chǎn)生巨大影響，先進(jìn)國(guó)家紛紛將之列為未來關(guān)鍵技術(shù)之一并擴(kuò)大投資和加強(qiáng)基礎(chǔ)研究與開發(fā)。所以我們有理由有必要加快這一領(lǐng)域的發(fā)展和開發(fā)進(jìn)程。一、微細(xì)加工技術(shù)的概念和特點(diǎn)：微細(xì)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(xì)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(xué)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(xì)加工主要是指半導(dǎo)體集成電路制造技術(shù)，因?yàn)槲⒓?xì)加工和超微細(xì)加工是在半導(dǎo)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(jì)算機(jī)技術(shù)的技術(shù)基礎(chǔ)，是信息時(shí)代微電子時(shí)代，光電子時(shí)代的關(guān)鍵技術(shù)之一。微小尺寸和一般尺寸加工是不同的，其不同點(diǎn)主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：1?精度的表示方法在微小尺寸加工時(shí)，由于加工尺寸很小，精度就必須用尺寸的絕對(duì)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(jī)理以切削加工為例，從工件的角度來講，一般加工和微細(xì)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(xì)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(shí)，吃刀量較大，可以忽略晶粒的大小，而作為一個(gè)連續(xù)體來看待，因此可見一般加工和微細(xì)加工的機(jī)理是不同的。加工特征微細(xì)加工和超微細(xì)加工以分離或結(jié)合原子、分子為加工對(duì)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(jìn)行各種處二、微細(xì)加工和超精密加工在國(guó)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(guó)家是美國(guó)，其次是日本和歐洲的一些國(guó)家。美國(guó)超精密加工技術(shù)的發(fā)展得到了政府和軍方的財(cái)政支持，近年，美國(guó)執(zhí)行了"微米和納米級(jí)技術(shù)"國(guó)家關(guān)鍵技術(shù)計(jì)劃，國(guó)防部陸、海、空三軍組成了特別委員會(huì)，統(tǒng)一協(xié)調(diào)研究工作。美國(guó)至少有30多個(gè)廠家和研究單位研制和生產(chǎn)各種超精密加工機(jī)床，國(guó)家勞倫斯?利佛摩爾實(shí)驗(yàn)室、聯(lián)合碳化物公司、摩爾公司、杜邦公司等在國(guó)際上均久負(fù)盛名。美國(guó)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(jī)；聯(lián)合碳化物公司開發(fā)了直徑為800mm的非球面光學(xué)零件的超精密加工機(jī)床;勞倫斯?利佛摩爾實(shí)驗(yàn)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(jī)床，在半導(dǎo)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。三、國(guó)內(nèi)現(xiàn)狀我國(guó)在科技部、國(guó)家自然基金委，教育部和總裝備部的資助下，一直在跟蹤國(guó)外的微型機(jī)械研究，積極開展MEMS的研究?，F(xiàn)有的微電子設(shè)備和同步加速器為微系統(tǒng)提供了基本條件，微細(xì)驅(qū)動(dòng)器和微型機(jī)器人的開發(fā)早已列入國(guó)家863高技術(shù)計(jì)劃及攀登計(jì)劃B中。已有近40個(gè)研究小組，取得了以下一些研究成果。廣東工業(yè)大學(xué)與日本筑波大學(xué)合作，開展了生物和醫(yī)用微型機(jī)器人的研究，已研制出一維、二維聯(lián)動(dòng)壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器，其位移范圍為lOymxlOym；位移分辨率為0.01pm，精度為O.lym，正在研制6自由度微型機(jī)器人；長(zhǎng)春光學(xué)精密機(jī)器研究所研制出直徑為①3mm的壓電電機(jī)、電磁電機(jī)、微測(cè)試儀器和微操作系統(tǒng)。上海冶金研究所研制出了微電機(jī)、多晶硅梁結(jié)構(gòu)、微泵與閥。上海交通大學(xué)研制出①2mm的電磁電機(jī)，南開大學(xué)開展了微型機(jī)器人控制技術(shù)的研究等。四、微細(xì)加工的發(fā)展與趨勢(shì)微細(xì)加工技術(shù)是精密加工技術(shù)的一個(gè)分支，面向微細(xì)加工的電加工技術(shù)激光微孔加工、水射流微細(xì)微細(xì)加工技術(shù)是精密加工技術(shù)的一個(gè)分支，面向微細(xì)加工的電加工技術(shù)激光微孔加工、水射流微細(xì)切割技術(shù)等等在發(fā)展國(guó)民經(jīng)濟(jì)，振興我國(guó)國(guó)防事業(yè)等發(fā)面都有非常重要的意義，這一領(lǐng)域的發(fā)展對(duì)未來的國(guó)民經(jīng)濟(jì)、科學(xué)技術(shù)等將產(chǎn)生巨大影響，先進(jìn)國(guó)家紛紛將之列為未來關(guān)鍵技術(shù)之一并擴(kuò)大投資和加強(qiáng)基礎(chǔ)研究與開發(fā)。所以我們有理由有必要加快這一領(lǐng)域的發(fā)展和開發(fā)進(jìn)程。隨著20世紀(jì)80年代后期微機(jī)械、微機(jī)電系統(tǒng)這一門新興交叉學(xué)科的興起，微細(xì)加工技術(shù)作為獲得微機(jī)械、微機(jī)電系統(tǒng)的必要手段，得到了快速的發(fā)展。微細(xì)加工技術(shù)起源于平面硅工藝，但隨著半導(dǎo)體器件、集成電路、微型機(jī)械等技術(shù)的發(fā)展與需求，微細(xì)加工技術(shù)已經(jīng)成為一門多學(xué)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(dǎo)體工業(yè)、軍事、汽車等領(lǐng)域，給國(guó)民經(jīng)濟(jì)、人民生活和國(guó)防、軍事等帶來了深遠(yuǎn)的影響，被列為21世紀(jì)關(guān)鍵技術(shù)之一。現(xiàn)代制造技術(shù)的發(fā)展有兩大趨勢(shì):一是向著自動(dòng)化、柔性化、集成化、智能化等方向發(fā)展，另一個(gè)就是尋求固有制造技術(shù)的自身微細(xì)加工極限。隨著微/納米科學(xué)與技術(shù)的發(fā)展，以微小形狀尺寸或極小操作尺度為特征的微機(jī)械已成為人們?cè)谖⒂^領(lǐng)域認(rèn)識(shí)和改造客觀世界的一種高新技術(shù)。微機(jī)械由于具有能夠在狹小空間內(nèi)進(jìn)行作業(yè)而又不擾亂工作環(huán)境和對(duì)象的特點(diǎn)，在航空航天、精密儀器、生物醫(yī)療等領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用潛力,受到世界各國(guó)的高度重視。五、關(guān)鍵技術(shù)微型機(jī)械是一個(gè)新興的、多學(xué)科交叉的高科技領(lǐng)域，面臨許多課題，涉及許多關(guān)鍵技術(shù)。微型機(jī)械不是傳統(tǒng)機(jī)械直接微型化，它遠(yuǎn)超出了傳統(tǒng)機(jī)械的概念和范疇。微型機(jī)械在尺度效應(yīng)、結(jié)構(gòu)、材料、制造方法和工作原理等方面，都與傳統(tǒng)機(jī)械截然不同。微系統(tǒng)的尺度效應(yīng)、物理特性研究、設(shè)計(jì)、制造和測(cè)試研究是微系統(tǒng)領(lǐng)域的重要研究?jī)?nèi)容。在微系統(tǒng)的研究工作方面，一些國(guó)內(nèi)外研究機(jī)構(gòu)已在微小型化尺寸效應(yīng)，微細(xì)加工工藝、微型機(jī)械材料和微型結(jié)構(gòu)件、微型傳感器、微型執(zhí)行器、微型機(jī)構(gòu)測(cè)量技術(shù)、微量流體控制和微系統(tǒng)集成控制以及應(yīng)用等方面取得不同程度的階段性成果。微型機(jī)械加工技術(shù)是微型機(jī)械發(fā)展的關(guān)鍵基礎(chǔ)技術(shù)，其中包括微型機(jī)械設(shè)計(jì)微細(xì)加工技術(shù)、微型機(jī)械組裝和封裝技術(shù)、為系統(tǒng)的表征和測(cè)量技術(shù)及微系統(tǒng)集成技術(shù)。六、前沿關(guān)鍵技術(shù)1、微系統(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù)主要是微結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)庫(kù)、有限元和邊界分析、CAD/CAM仿真和擬實(shí)技術(shù)、微系統(tǒng)建模等,微小型化的尺寸效應(yīng)和微小型理論基礎(chǔ)研究也是設(shè)計(jì)研究不可缺少的課題，如：力的尺寸效應(yīng)、微結(jié)構(gòu)表面效應(yīng)、微觀摩擦機(jī)理、熱傳導(dǎo)、誤差效應(yīng)和微構(gòu)件材料性能等。2、微細(xì)加工技術(shù)主要指高深度比多層微結(jié)構(gòu)的硅表面加工和體加工技術(shù)，利用X射線光刻、電鑄的LIGA和利用紫外線的準(zhǔn)LIGA加工技術(shù)；微結(jié)構(gòu)特種精密加工技術(shù)包括微火花加工、能束加工、立體光刻成形加工；特殊材料特別是功能材料微結(jié)構(gòu)的加工技術(shù)；多種加工方法的結(jié)合；微系統(tǒng)的集成技術(shù)；微細(xì)加工新工藝探索等。3、微型機(jī)械組裝和封裝技術(shù)主要指沾接材料的粘接、硅玻璃靜電封接、硅硅鍵合技術(shù)和自對(duì)準(zhǔn)組裝技術(shù)，具有三維可動(dòng)部件的封裝技術(shù)、真空封裝技術(shù)等新封裝技術(shù)的探索。4、微系統(tǒng)的表征和測(cè)試技術(shù)主要有結(jié)構(gòu)材料特性測(cè)試技術(shù)，微小力學(xué)、電學(xué)等物理量的測(cè)量技術(shù)，微型器件和微型系統(tǒng)性能的表征和測(cè)試技術(shù)，微型系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性測(cè)試技術(shù)，微型器件和微型系統(tǒng)可靠性的測(cè)量與評(píng)價(jià)技術(shù)。七、小結(jié)微細(xì)加工作為精密和超精密加工的一個(gè)分支，在國(guó)防和眾多領(lǐng)域都顯示了它本身的重要性，最為我們國(guó)家，在這一領(lǐng)域的發(fā)展還存在著嚴(yán)重的不足，要像是我們國(guó)家的科技實(shí)力，國(guó)防實(shí)力，以及經(jīng)濟(jì)實(shí)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(guó)家在這一科技領(lǐng)域走到世界的前沿。作為一個(gè)新興行業(yè)，微細(xì)加工和精密超精密加工的發(fā)展前景是無可限量的，只要我們高度重視它的發(fā)展，我們將開創(chuàng)一個(gè)科學(xué)領(lǐng)域的新局面，攀上科技的高峰。