微細加工技術(shù)綜述

微細加工技術(shù)綜述摘要：本文通過對微細加工的概念，特點，和微細加工在國內(nèi)國外的發(fā)展情況，以及微細加工的部分工藝的描述，使我們對微細加工又一個新的認識，并且認識和了解我們國家在微細加工技術(shù)上的長處和不足，促進我們國家微細加工型業(yè)的發(fā)展。關(guān)鍵詞：發(fā)展與趨勢、現(xiàn)狀、先進制造技術(shù)言前微細加工技術(shù)是精密加工技術(shù)的一個分支，面向微細加工的電加工技術(shù)激光微孔加工、水射流微細切割技術(shù)等等在發(fā)展國民經(jīng)濟，振興我國國防事業(yè)等發(fā)面都有非常重要的意義，這一領(lǐng)域的發(fā)展對未來的國民經(jīng)濟、科學(xué)技術(shù)等將產(chǎn)生巨大影響，先進國家紛紛將之列為未來關(guān)鍵技術(shù)之一并擴大投資和加強基礎(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)進程。一、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(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，微細加工主要是指半導(dǎo)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(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)模集成電路和計算機技術(shù)的技術(shù)基礎(chǔ)，是信息時代微電子時代，光電子時代的關(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。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二、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)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(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、國內(nèi)現(xiàn)狀我國在科技部、國家自然基金委，教育部和總裝備部的資助下，一直在跟蹤國外的微型機械研究，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，微細驅(qū)動器和微型機器人的開發(fā)早已列入國家863高技術(shù)計劃及攀登計劃B中。已有近40個研究小組，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)用微型機器人的研究，已研制出一維、二維聯(lián)動壓電陶瓷驅(qū)動器，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自由度微型機器人；長春光學(xué)精密機器研究所研制出直徑為①3mm的壓電電機、電磁電機、微測試儀器和微操作系統(tǒng)。上海冶金研究所研制出了微電機、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，南開大學(xué)開展了微型機器人控制技術(shù)的研究等。四、微細加工的發(fā)展與趨勢微細加工技術(shù)是精密加工技術(shù)的一個分支，面向微細加工的電加工技術(shù)激光微孔加工、水射流微細微細加工技術(shù)是精密加工技術(shù)的一個分支，面向微細加工的電加工技術(shù)激光微孔加工、水射流微細切割技術(shù)等等在發(fā)展國民經(jīng)濟，振興我國國防事業(yè)等發(fā)面都有非常重要的意義，這一領(lǐng)域的發(fā)展對未來的國民經(jīng)濟、科學(xué)技術(shù)等將產(chǎn)生巨大影響，先進國家紛紛將之列為未來關(guān)鍵技術(shù)之一并擴大投資和加強基礎(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)進程。隨著20世紀80年代后期微機械、微機電系統(tǒng)這一門新興交叉學(xué)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(dǎo)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(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?，F(xiàn)代制造技術(shù)的發(fā)展有兩大趨勢:一是向著自動化、柔性化、集成化、智能化等方向發(fā)展，另一個就是尋求固有制造技術(shù)的自身微細加工極限。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械已成為人們在微觀領(lǐng)域認識和改造客觀世界的一種高新技術(shù)。微機械由于具有能夠在狹小空間內(nèi)進行作業(yè)而又不擾亂工作環(huán)境和對象的特點，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,受到世界各國的高度重視。五、關(guān)鍵技術(shù)微型機械是一個新興的、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)。微型機械不是傳統(tǒng)機械直接微型化，它遠超出了傳統(tǒng)機械的概念和范疇。微型機械在尺度效應(yīng)、結(jié)構(gòu)、材料、制造方法和工作原理等方面，都與傳統(tǒng)機械截然不同。微系統(tǒng)的尺度效應(yīng)、物理特性研究、設(shè)計、制造和測試研究是微系統(tǒng)領(lǐng)域的重要研究內(nèi)容。在微系統(tǒng)的研究工作方面，一些國內(nèi)外研究機構(gòu)已在微小型化尺寸效應(yīng)，微細加工工藝、微型機械材料和微型結(jié)構(gòu)件、微型傳感器、微型執(zhí)行器、微型機構(gòu)測量技術(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。微型機械加工技術(shù)是微型機械發(fā)展的關(guān)鍵基礎(chǔ)技術(shù)，其中包括微型機械設(shè)計微細加工技術(shù)、微型機械組裝和封裝技術(shù)、為系統(tǒng)的表征和測量技術(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)計技術(shù)主要是微結(jié)構(gòu)設(shè)計數(shù)據(jù)庫、有限元和邊界分析、CAD/CAM仿真和擬實技術(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)、微觀摩擦機理、熱傳導(dǎo)、誤差效應(yīng)和微構(gòu)件材料性能等。2、微細加工技術(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)；微細加工新工藝探索等。3、微型機械組裝和封裝技術(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)和自對準組裝技術(shù)，具有三維可動部件的封裝技術(shù)、真空封裝技術(shù)等新封裝技術(shù)的探索。4、微系統(tǒng)的表征和測試技術(shù)主要有結(jié)構(gòu)材料特性測試技術(shù)，微小力學(xué)、電學(xué)等物理量的測量技術(shù)，微型器件和微型系統(tǒng)性能的表征和測試技術(shù)，微型系統(tǒng)動態(tài)特性測試技術(shù)，微型器件和微型系統(tǒng)可靠性的測量與評價技術(shù)。七、小結(jié)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，只要我們高度重視它的發(fā)展，我們將開創(chuàng)一個科學(xué)領(lǐng)域的新局面，攀上科技的高峰。