特種加工第7章

1第7章微細(xì)特種加工技術(shù)7.1

MEMS系統(tǒng)簡介MEMS是MicroElectroMechanicalSystem的簡寫，即微機(jī)電系統(tǒng)，專指外形輪廓尺寸在毫米級以下，構(gòu)成它的機(jī)械零件和半導(dǎo)體元器件尺寸在微米至納米級，可對聲、光、熱、磁、壓力、運(yùn)動(dòng)等自然信息進(jìn)行感知、識別、控制和處理的微型機(jī)電裝置。liuzhidong2liuzhidong3MEMS系統(tǒng)的組成liuzhidong4MEMS與機(jī)電一體化系統(tǒng)的差異MEMS是美國的叫法，是以美國為代表的利用化學(xué)腐蝕或集成電路工藝技術(shù)對硅材料進(jìn)行加工，形成硅基MEMS器件；這種方法與傳統(tǒng)IC工藝兼容，可以實(shí)現(xiàn)微機(jī)械和微電子的系統(tǒng)集成，而且適合于批量生產(chǎn)，目前已經(jīng)成為MEMS的主流技術(shù)。liuzhidong5MEMS在歐洲被稱為微系統(tǒng)，是以德國為代表的LIGA（即光刻、電鑄和注塑）技術(shù)，利用X射線光刻技術(shù)，通過電鑄成型和注塑形成深層微結(jié)構(gòu)，它是進(jìn)行非硅材料三維立體微細(xì)加工的首選工藝。自八十年代中期由德國開發(fā)出來以后得到了迅速發(fā)展，人們已利用該技術(shù)開發(fā)和制造出了微齒輪、微馬達(dá)、微加速度計(jì)、微射流計(jì)等。liuzhidong6MEMS在日本被稱為微機(jī)械，是以日本為代表的利用傳統(tǒng)精密機(jī)械加工手段，即利用大機(jī)器制造小機(jī)器，再利用小機(jī)器制造微機(jī)器。這種加工方法可以用于加工一些在特殊場合應(yīng)用的微機(jī)械裝置，如微型機(jī)器人、微型手術(shù)臺等。liuzhidong7MEMS技術(shù)是一種典型的多學(xué)科交叉的前沿性研究領(lǐng)域，其目標(biāo)是通過系統(tǒng)的微型化、集成化來探索具有新原理、新功能的元件和系統(tǒng)，它的發(fā)展開辟了一個(gè)全新的技術(shù)領(lǐng)域和產(chǎn)業(yè)。liuzhidong8MEMS應(yīng)用領(lǐng)域的拓展采用MEMS技術(shù)制作的微傳感器、微執(zhí)行器、微型構(gòu)件、微機(jī)械光學(xué)器件、真空微電子器件、電力電子器件等在航空、航天、汽車、生物醫(yī)學(xué)、環(huán)境監(jiān)控、軍事以及幾乎人們所接觸到的所有領(lǐng)域中都有著十分廣闊的應(yīng)用前景。liuzhidong9MEMS技術(shù)正發(fā)展成為一個(gè)巨大的產(chǎn)業(yè)，就象近20年來微電子產(chǎn)業(yè)和計(jì)算機(jī)產(chǎn)業(yè)給人類帶來的巨大變化一樣，MEMS也正在孕育一場深刻的技術(shù)變革并對人類社會產(chǎn)生新一輪的影響。liuzhidong10liuzhidong11MEMS元件應(yīng)用領(lǐng)域的拓展產(chǎn)品主要應(yīng)用領(lǐng)域主要廠商加速器安全氣囊、主動(dòng)式懸吊系統(tǒng)、GPS、硬盤防震應(yīng)用STM、Bosch、Freescale陀螺儀數(shù)碼相機(jī)防震系統(tǒng)、衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)、游戲機(jī)運(yùn)動(dòng)感測方案ADI、Murada、Invensense打印機(jī)噴頭打印機(jī)與多功能打印機(jī)噴頭HP、Seiko、Epson、Lexmark壓力測試儀醫(yī)療電子、輪胎用氣壓傳感器CanonMEMS麥克風(fēng)手機(jī)麥克風(fēng)、免提聽筒、網(wǎng)絡(luò)電話、助聽器、脈搏傳感器Knowles、Omron、ADI光學(xué)MEMS家用投影機(jī)、微投影機(jī)TI、MicrovisionRFMEMS手機(jī)與無限網(wǎng)絡(luò)RFDM、Seiko、Epsonliuzhidong12MEMS產(chǎn)品應(yīng)用領(lǐng)域及主要廠商光刻（1ithography）來源于兩個(gè)希臘詞：石版（1itho）和寫上（graphein）。光刻技術(shù)源于微電子集成電路制造技術(shù)，是在微結(jié)構(gòu)制造領(lǐng)域應(yīng)用較早并仍被廣泛采用且不斷發(fā)展的一類加工方法。liuzhidong137.2光刻技術(shù)光刻是加工集成電路和MEMS器件微細(xì)圖形結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵工藝技術(shù)，也是刻蝕技術(shù)的關(guān)鍵技術(shù)。光刻工藝是利用成像和光敏膠膜在基底上圖形化，即將掩膜上的圖形經(jīng)過曝光后轉(zhuǎn)移到薄膜或基底表面上，通過選擇性刻蝕獲得所需微結(jié)構(gòu)的方法。liuzhidong14在微電子方面，光刻主要用于集成電路的PN結(jié)、二極管、三極管、整流器、電容器等元器件的制造，最后將它們連接在一起，構(gòu)成了集成電路。而在MEMS方面，光刻技術(shù)主要用來制作掩膜版、體硅工藝的空腔腐蝕、表面工藝中犧牲層薄膜的淀積和腐蝕以及傳感器和執(zhí)行器初級電信號處理電路的圖形化處理。liuzhidong15在集成電路的生產(chǎn)中，每層薄膜以及不同的區(qū)域都有不同的電特性，電特性的不同可通過改變硅基片的性質(zhì)而得到，如采用摻雜、氧化、蒸發(fā)、濺射等方法，在硅基片上沉積一層薄膜。但這些工藝方法必須首先通過光刻技術(shù)產(chǎn)生所需要的圖形，即把設(shè)計(jì)好的圖形投影到涂有光刻膠的表面層上。liuzhidong167.2.1光刻膠根據(jù)光刻膠在曝光前后溶解特性的變化不同，可分為負(fù)膠和正膠兩種：對于負(fù)膠而言，被曝光部分的光刻膠變成堅(jiān)硬的抗蝕劑層，而未被曝光的光刻膠則在某一溶劑中被溶解；對于正膠而言，情況則剛好相反。liuzhidong17光刻膠是樹脂、感光劑及溶劑等材料的混合物。其中，樹脂是黏合劑，感光劑是一種光活性極強(qiáng)的化合物，它在光刻膠里的含量和樹脂相當(dāng)，兩者同時(shí)溶解在溶劑中，以液態(tài)形式保存。liuzhidong18liuzhidong197.2.2光刻工藝的基本流程涂膠就是在SiO2或其它待加工薄膜表面涂一層粘附性良好、厚度適當(dāng)、厚薄均勻的光刻膠膜。涂膠前的基片表面必須清潔干燥。生產(chǎn)中最好在氧化或蒸發(fā)后立即涂膠，此時(shí)基片表面清潔干燥，光刻膠的粘附性較好，涂膠的厚度要適當(dāng)，膠膜太薄，針孔多，抗蝕能力差；膠膜太厚，則分辨率低。一般情況下，可分辨線寬約為膜厚的5～8倍。liuzhidong20涂膠前烘就是在一定溫度下，使膠膜里的溶劑緩慢揮發(fā)出來，使膠膜干燥，并增加其粘附性和耐磨性。前烘的時(shí)間和溫度隨膠的種類及膜厚的不同而有所差別，一般由實(shí)驗(yàn)確定。liuzhidong21前烘曝光就是對涂有光刻膠的基片進(jìn)行選擇性的光化學(xué)反應(yīng)，使曝光部分的光刻膠在顯影液中的溶解性改變，經(jīng)顯影后在光刻膠膜上得到和掩模相對應(yīng)的圖形。曝光一般用紫外光（波長200～400nm)，采用接觸曝光、接近曝光或投影曝光的方法進(jìn)行。liuzhidong22曝光由于光學(xué)曝光系統(tǒng)的分辨率受光衍射的限制，有效分辨率的極限只能達(dá)到0.4～0.8μm。所以采用波長更短的曝光源是提高曝光分辨率的主要渠道之一，雖然電子束、離子束、X射線的波長更短，但也受到諸如電子束產(chǎn)生散射的影響，分辨率并未有大幅度的提高，目前采用工作波長為11～14nm的極紫外光是提高分辨率的一種有效途徑。liuzhidong23顯影是把曝光后的基片放在適當(dāng)?shù)娜軇├?，將?yīng)去除的光刻膠膜溶解干凈，以獲得刻蝕時(shí)所需要的光刻膠膜的保護(hù)圖形。顯影液的選擇原則是：需要去除的膠膜溶解得快，溶解度大；需要保留的膠膜溶解度極小；顯影液內(nèi)所含有害的雜質(zhì)少，毒性小。顯影時(shí)間隨膠膜的種類、膜厚、顯影液種類、顯影溫度和操作方法不同而異，一般由實(shí)驗(yàn)確定。liuzhidong24顯影堅(jiān)膜是在一定溫度下對顯影后的基片進(jìn)行烘焙，除去顯影時(shí)膠膜所吸收的顯影液和殘留水分，改善膠膜與基片的粘附性，增強(qiáng)膠膜的抗蝕能力。liuzhidong25堅(jiān)膜刻蝕就是用適當(dāng)?shù)目涛g劑，對未被膠膜覆蓋的SiO2或其它待加工薄膜進(jìn)行刻蝕，以獲得完整、清晰、準(zhǔn)確的光刻圖形，達(dá)到為選擇性擴(kuò)散或金屬布線做準(zhǔn)備的目的。光刻工藝對刻蝕劑的要求是：只對需要除去的物質(zhì)進(jìn)行刻蝕，而對膠膜不刻蝕或刻蝕量很小。要求刻蝕圖形的邊緣整齊、清晰，刻蝕液毒性小，使用方便。liuzhidong26刻蝕刻蝕分為濕法和干法兩種。濕法刻蝕是利用化學(xué)溶液，通過化學(xué)反應(yīng)將不需要的薄膜去掉的圖形轉(zhuǎn)移方法；而干法刻蝕是利用具有一定能量的離子或原子通過物理轟擊、化學(xué)腐蝕，或者兩者的協(xié)同作用，以達(dá)到刻蝕的目的。干法刻蝕包括等離子體刻蝕、離子體噴射、電子束和X射線照射等。liuzhidong27去膠就是把在SiO2或其它薄膜上的圖形刻蝕出來后，將把覆蓋在基片上的膠膜去除干凈。經(jīng)過光刻以后的硅基片上的SiO2薄膜已經(jīng)按設(shè)計(jì)要求選擇性的被去除，而將對應(yīng)的基片部分暴露出來，因此后續(xù)就可以通過采用摻雜、氧化、蒸發(fā)、濺射及外延等工藝方法，在硅基片的指定區(qū)域形成不同電特性的薄膜，從而完成基本元器件的制造。liuzhidong28去膠liuzhidong29光刻后基片側(cè)面圖硅具有優(yōu)良的機(jī)械、物理性質(zhì)，具有機(jī)械品質(zhì)因數(shù)高、機(jī)械穩(wěn)定性好、密度小等優(yōu)點(diǎn)。目前大部分的微結(jié)構(gòu)器件都是用硅制造的，這不僅是因?yàn)楣栌兄己玫臋C(jī)械性能和電性能，更重要的是可以利用硅的微加工技術(shù)制作出從亞微米到納米級的微型組件和結(jié)構(gòu)。liuzhidong307.3硅微結(jié)構(gòu)加工技術(shù)硅微結(jié)構(gòu)加工技術(shù)主要包括面微結(jié)構(gòu)加工技術(shù)和體微結(jié)構(gòu)加工技術(shù)。面加工是指各種薄膜的制備及其加工技術(shù)，主要是物理氣相沉積（PhysicalVaporDeposition，PVD）和化學(xué)氣相沉積（ChemicalVaporDeposition，CVD）；而體加工主要指各種硅刻蝕技術(shù)，分為濕法刻蝕和干法刻蝕兩類。liuzhidong31面微結(jié)構(gòu)體微結(jié)構(gòu)核心材料多晶硅硅犧牲層磷硅玻璃（PSG）或二氧化硅（SiO2）無尺寸?。ň_控制膜厚，典型尺寸為幾個(gè)μm）大（典型的空腔尺寸為幾百μm）工藝要素單面工藝（正面）選擇性刻蝕，各向同性殘余應(yīng)力（取決于淀積、摻雜、退火）單或雙面工藝（正面或反面），材料選擇性刻蝕，各向異性（取決于晶體結(jié)構(gòu)），刻蝕停止圖形加工liuzhidong32硅面及體微結(jié)構(gòu)加工技術(shù)比較面微結(jié)構(gòu)加工以硅片為基體，通過薄膜淀積和圖形加工制成三維微結(jié)構(gòu)，硅片本身不被加工，器件的結(jié)構(gòu)部分由淀積的薄膜層加工而成。面微加工器件由三種典型的部分組成：犧牲層部分、結(jié)構(gòu)層部分和隔離層部分。liuzhidong337.3.1面微加工技術(shù)基本過程是：首先在硅片上淀積一隔離層，用于電絕緣或基體保護(hù)層；然后淀積犧牲層并進(jìn)行圖形加工，再淀積結(jié)構(gòu)層并加工圖形；最后溶解犧牲層，形成一個(gè)懸臂的微結(jié)構(gòu)。liuzhidong34利用面微結(jié)構(gòu)加工技術(shù)，可以加工制造各種懸式微結(jié)構(gòu)，如微型懸臂梁、微型橋、微型腔等，這些結(jié)構(gòu)可以用于微型諧振式傳感器、加速度傳感器、流量傳感器和電容式、應(yīng)變式傳感器中。利用面微結(jié)構(gòu)加工技術(shù)還可以加工制造各種執(zhí)行器，如靜電式微電動(dòng)機(jī)、多晶硅步進(jìn)執(zhí)行器等。liuzhidong35liuzhidong36加速度傳感器liuzhidong37應(yīng)變式傳感器在基片上沉積一層隔離層后再淀積一層磷硅玻璃作為犧牲層；利用光刻技術(shù)在犧牲層上刻蝕出窗口，由于磷硅玻璃犧牲層在氫氟酸中的刻蝕速率比二氧化硅要高，可以用二氧化硅作為光刻掩膜；在刻蝕出的窗口及犧牲層上生長一層多晶硅(或金屬、合金、絕緣材料)作為結(jié)構(gòu)層；用化學(xué)或物理腐蝕方法在結(jié)構(gòu)層上進(jìn)行第二次光刻，進(jìn)一步加工微細(xì)機(jī)構(gòu)；腐蝕犧牲層獲得與硅基片略微連接或者完全分離的懸臂式結(jié)構(gòu)。liuzhidong38單自由度微細(xì)梁加工主要步驟liuzhidong39多晶硅梁的工藝過程示意圖liuzhidong40壓力傳感器7.3.2體微結(jié)構(gòu)加工技術(shù)liuzhidong41觸覺傳感器硅體微結(jié)構(gòu)加工技術(shù)是指利用腐蝕工藝，選擇性去掉硅襯底，對體微結(jié)構(gòu)進(jìn)行三維加工，形成微結(jié)構(gòu)元件（如槽、平臺、膜片、懸臂梁、固支梁等）的一種工藝。目前，體微結(jié)構(gòu)加工主要用來制作微傳感器和微執(zhí)行器，如壓力傳感器、加速度傳感器、觸覺傳感器、微熱板、紅外源、微泵、微閥等。liuzhidong42體微加工技術(shù)包括腐蝕和自停止腐蝕兩種關(guān)鍵技術(shù)。腐蝕又分為采用液體腐蝕劑的濕法腐蝕和采用氣體腐蝕劑的干法腐蝕，對應(yīng)有不同的自停止腐蝕方法。liuzhidong43liuzhidong441.濕法腐蝕濕法腐蝕是一個(gè)純粹的化學(xué)反應(yīng)過程，根據(jù)腐蝕劑的不同，可分為各向同性腐蝕和各向異性腐蝕。各向同性腐蝕是指硅在各個(gè)晶向有相同的腐蝕速率，因而適用于圓形結(jié)構(gòu)的加工，為了去掉構(gòu)造下的犧牲層，也常常采用各向同性腐蝕。各向同性自停止腐蝕技術(shù)系統(tǒng)在高稀釋情況下，對摻雜濃度不同的硅進(jìn)行選擇性腐蝕，可實(shí)現(xiàn)硅的各向同性自停止腐蝕。liuzhidong45

各向同性濕法腐蝕形成的結(jié)構(gòu)各向異性腐蝕是指硅的不同晶向具有不同的腐蝕速率?；谶@種腐蝕特性，靠調(diào)整器件結(jié)構(gòu)面，使它和快刻蝕的晶面或慢刻蝕的晶面方向相對應(yīng)，而刻蝕速率依賴于雜質(zhì)濃度和外加電位這一特點(diǎn)又可用于控制適時(shí)停止刻蝕，從而可在硅襯底上加工出各種各樣的微結(jié)構(gòu)，如懸臂梁、齒輪等微型傳感器和微型執(zhí)行器的精密三維結(jié)構(gòu)。liuzhidong46硅材料的（111）晶面的腐蝕速率最低，如果選用的硅晶片是（100），則腐蝕后所顯露出來的是腐蝕速率最低的（111）面，與表面成54.74°。在（100）晶面或（110）晶面的硅材料上，以及不同的晶面上開出腐蝕窗口，可以腐蝕出不同形狀的微細(xì)結(jié)構(gòu)。

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在(100)和(110)襯底上的各項(xiàng)異性腐蝕圖形liuzhidong492.干法腐蝕干法腐蝕不需要大量的有毒化學(xué)試劑，不需要清洗，而是利用氣體腐蝕劑來進(jìn)行基底材料的去除，而且具有分辨率高、各向異性腐蝕能力強(qiáng)、腐蝕的選擇比大、可得到較大深寬比以及進(jìn)行自動(dòng)控制等優(yōu)點(diǎn)。干法腐蝕包括以物理作用為主的離子腐蝕（IonEtching，IE)，以化學(xué)反應(yīng)為主的等離子體腐蝕（PlasmaEtching，PE)，以及兼有物理、化學(xué)作用的反應(yīng)離子腐蝕（ReactiveIonEtching，RIE）。liuzhidong50liuzhidong511）離子腐蝕技術(shù)離子腐蝕是利用純物理作用進(jìn)行的蝕刻，等離子體內(nèi)的離子轟擊固體表面，其組成物質(zhì)以“濺射”原子的形式拋射出來，從而實(shí)現(xiàn)蝕刻作用，因此也稱為濺射（陰極濺射)蝕刻。濺射裝置如圖a所示，將硅晶放置在氣體放電等離子體中，作為氣體放電的陰極。氣體放電形成電子和正離子，等離子體區(qū)域內(nèi)的正離子在陰極極區(qū)電場的加速作用下，以較高的能量（和動(dòng)量)轟擊硅晶，與硅晶物質(zhì)的原子及離子碰撞后，由于動(dòng)量的交換發(fā)生硅晶物質(zhì)原子的反沖，在適當(dāng)條件下反沖的原子獲得向外運(yùn)動(dòng)的動(dòng)量而被拋射出來，其測射的物理過程如圖b所示。liuzhidong52liuzhidong53離子濺射蝕刻過程示意圖離子腐蝕的方向是縱向的，各向異性性能好，易于獲得小的特征尺寸和良好的縱橫比，其過程可以由氣體放電的電參數(shù)控制，蝕刻產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)質(zhì)量較好，均勻度達(dá)到±1%～2%，重復(fù)性較好，并且沒有液相腐蝕的廢液和廢渣顆粒等問題，故環(huán)境潔凈、污染少。其主要缺點(diǎn)是蝕刻選擇性較差，因此對掩膜同樣有一定的蝕刻作用，所以加工深度較大的結(jié)構(gòu)時(shí)，需要很厚的掩膜。liuzhidong54liuzhidong552）等離子體腐蝕技術(shù)等離子體腐蝕是化學(xué)腐蝕，過程氣體在高頻或直流電場中受到激發(fā)并分解，然后與被腐蝕材料起反應(yīng)形成揮發(fā)物質(zhì)，再由抽氣泵排出。在等離子體腐蝕中，化學(xué)過程是主要的，并且物理過程中高的過程壓力減少了各向異性，所以腐蝕過程一般為各向同性，有較好的選擇性，而且腐蝕速率也比離子腐蝕的速率高。為了提高腐蝕物質(zhì)排出速度，在腐蝕過程中，所選擇的氣體壓力一般為10-100Pa。3）反應(yīng)離子腐蝕技術(shù)liuzhidong563）反應(yīng)離子腐蝕技術(shù)由于物理腐蝕所具有的各向異性和化學(xué)腐蝕所具有的高選擇性，目前主要將這兩種方法結(jié)合起來使用，它可以兼具物理腐蝕和化學(xué)腐蝕的優(yōu)點(diǎn)。反應(yīng)離子腐蝕是干法腐蝕技術(shù)中的重點(diǎn)，兼有離子腐蝕和等離子體腐蝕的優(yōu)點(diǎn)，腐蝕方向強(qiáng)，掩膜選擇性高，腐蝕速率良好，應(yīng)用極為廣泛。在反應(yīng)離子腐蝕過程中，既有化學(xué)反應(yīng)發(fā)生，又有離子的轟擊效應(yīng)，其過程主要有以下幾個(gè)：離子轟擊表面產(chǎn)生物理濺射；引起表面晶格損傷而形成化學(xué)活性點(diǎn)，加速化學(xué)反應(yīng)；轟擊加速表面反應(yīng)產(chǎn)物的脫離；轟擊破壞了表面阻擋層；引起化學(xué)濺射。在反應(yīng)離子腐蝕中，被腐蝕樣品放在小的電極上，氣體壓力選擇為0.1~1Pa。liuzhidong57鍵合技術(shù)是指不利用任何粘合劑，只是通過化學(xué)鍵和物理作用將硅片與硅片、硅片與玻璃或其他材料緊密地結(jié)合起來的方法。鍵合技術(shù)雖然不是微結(jié)構(gòu)加工的直接手段，卻在微結(jié)構(gòu)加工中有著重要的地位。它往往與其他手段結(jié)合使用，既可以對微結(jié)構(gòu)進(jìn)行支撐和保護(hù)，又可以實(shí)現(xiàn)微結(jié)構(gòu)之間或微結(jié)構(gòu)與集成電路之間的電學(xué)連接。liuzhidong587.3.3鍵合技術(shù)在MEMS工藝中，最常用的是硅/硅直接鍵合和硅/玻璃陽極鍵合技術(shù)，最近又發(fā)展了多種新的鍵合技術(shù)，如硅化物鍵合、有機(jī)物鍵合等。陽極鍵合又稱靜電鍵合或協(xié)助鍵合，在強(qiáng)大的靜電力作用下，將兩被鍵合的表面緊壓在一起；在一定溫度下，通過氧-硅化學(xué)價(jià)鍵合，將硅及淀積有玻璃的硅基片牢固地鍵合在一起。設(shè)備簡單、鍵合溫度較低、與其他工藝相容性較好、鍵合強(qiáng)度及穩(wěn)定性較高。liuzhidong59在第一塊Si基片上用各向異性刻蝕技術(shù)刻出構(gòu)槽，并作氧化處理；在上述氧化處理的表而上淀積100μm厚的多晶硅；將多晶硅表面磨平，拋光后再氧化；選擇合適的陽極鍵合工藝參數(shù)，將該基片與另一硅基片進(jìn)行陽極鍵合；對第一塊硅片進(jìn)行減薄，SOI結(jié)構(gòu)基本完成，可用作專用器件的制造。liuzhidong60硅/硅陽極鍵合技術(shù)在SOI結(jié)構(gòu)中的工藝流程liuzhidong61陽極鍵合在SOI結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用工藝流程圖liuzhidong62直接鍵合技術(shù)制造微壓力傳感器芯片的示意圖1.LIGA技術(shù)原理LIGA是德文Lithographie、Galanoformung和Abformung三個(gè)詞，即光刻、電鑄和注塑的縮寫。LIGA技術(shù)是一種基于X射線光刻技術(shù)的MEMS加工技術(shù)，由于X射線有非常高的平行度、極強(qiáng)的輻射強(qiáng)度和連續(xù)的光譜，使LIGA技術(shù)能夠制造出高寬比達(dá)到500、厚度大于1500μm、結(jié)構(gòu)側(cè)壁光滑且平行度偏差在亞微米范圍內(nèi)的三維立體結(jié)構(gòu)。liuzhidong637.4LIGA技術(shù)利用LIGA技術(shù)，不僅可以制造出微納尺度結(jié)構(gòu)，而且還能加工介觀尺度的結(jié)構(gòu)（尺寸為毫米級的結(jié)構(gòu)），因此被視為微納米制造技術(shù)中最有生命力、最有前途的加工技術(shù)。LIGA技術(shù)利用X射線進(jìn)行光刻，能夠制作出形狀復(fù)雜的大深寬比微結(jié)構(gòu)，可加工的材料也比較廣泛，例如金屬及其合金、陶瓷、塑料、聚合物等，是非硅微細(xì)加工技術(shù)的首選方法。liuzhidong64用LIGA技術(shù)可以制作各種各樣的微器件、微結(jié)構(gòu)和微裝置。目前用LIGA已開發(fā)和制造了微傳感器、微電機(jī)、微致動(dòng)器、微機(jī)械零件、集成光學(xué)和微光學(xué)元件、微波元件、真空電子學(xué)元件、微型醫(yī)療器械和裝置、流體技術(shù)微元件、納米技術(shù)元件及系統(tǒng)、各種層狀和片狀微結(jié)構(gòu)等。liuzhidong65liuzhidong662.LIGA技術(shù)的工藝流程涂膠工藝在金屬襯底的導(dǎo)電基板上聚合一層PMMA膠(聚甲基丙烯酸甲酪)，厚度為幾百至一千微米；LIGA掩模板制造工藝LIGA掩模板必須有選擇地透過和阻擋X光，一般的紫外光掩模板不適合做LIGA掩模板；X光深層光刻工藝該工藝需平行的X光光源，由于需要曝光的光刻膠的厚度要達(dá)到幾百微米，用一般的X光光源需要很長的曝光時(shí)間，而同步輻射X光光源不僅能提供平行的X光(波長0.2~0.5nm)，并且強(qiáng)度是普通X光的幾十萬倍，這樣就可以大大縮短曝光時(shí)間。形成第1級結(jié)構(gòu)對已受X射線照射的PMMA進(jìn)行顯影，將曝光部分溶解而形成第1級結(jié)構(gòu)；liuzhidong67微電鑄工藝對顯影后的樣品進(jìn)行微電鑄，就可獲得由各種金屬組成的微結(jié)構(gòu)器件。微電鑄的原理是在電壓的作用下，陽極的金屬失去電子，變成金屬離子進(jìn)入電鑄液，金屬離子在陰極獲得電子，沉積在陰極上。當(dāng)陰極的金屬表面有一層光刻膠圖形時(shí)，金屬只能沉積到光刻膠的空隙中，形成與光刻膠相對應(yīng)的金屬微結(jié)構(gòu)；liuzhidong68形成第2級結(jié)構(gòu)將第1級結(jié)構(gòu)清除，從而得到一個(gè)全金屬的第2級結(jié)構(gòu)；微復(fù)制工藝由于同步輻射X光深層光刻代價(jià)較高，無法進(jìn)行大批量生產(chǎn)，所以LIGA技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化只有通過微復(fù)制技術(shù)來實(shí)現(xiàn)。將聚合物注入到第2級結(jié)構(gòu)中進(jìn)行模塑；從金屬模子中抽出模塑的聚合物從而形成第3級結(jié)構(gòu)。

liuzhidong69liuzhidong70LIGA技術(shù)的工藝流程圖liuzhidong713.LIGA技術(shù)特點(diǎn)可制作任意截面形狀圖形結(jié)構(gòu)，加工精度高，可制造高寬比500以上的微細(xì)結(jié)構(gòu)，其厚度可達(dá)到幾百微米，并且側(cè)壁陡峭，表面光滑；通過注塑工藝形成的第3級結(jié)構(gòu)，注塑不同的材料可以形成金屬、陶瓷、玻璃等微細(xì)結(jié)構(gòu)；第2級和第3級結(jié)構(gòu)通過電鑄和注塑工藝可以重復(fù)復(fù)制，符合工業(yè)上大批量生產(chǎn)要求，制造成本相對較低等；LIGA工藝與犧牲層技術(shù)相結(jié)合可在一個(gè)工藝步驟中同時(shí)加工出固定的和活動(dòng)的金屬微結(jié)構(gòu)，省去了調(diào)整和裝配的步驟，特別適合于制作電容式微加速度傳感器這樣帶有活動(dòng)結(jié)構(gòu)的三維金屬微器件。LIGA技術(shù)可加工出有較大高寬比和很高精度的微結(jié)構(gòu)產(chǎn)品，且加工溫度較低，使得它在微傳感器、微執(zhí)行器、微光學(xué)器件及其它微結(jié)構(gòu)產(chǎn)品加工中顯示出突出的優(yōu)點(diǎn)。然而，它需要用的高能量X射線來自于同步回旋加速器，這一昂貴的設(shè)施和復(fù)雜的掩膜制造工藝限制了它的廣泛應(yīng)用。為此，人們研究了便于推廣的準(zhǔn)LIGA技術(shù)。liuzhidong727.4.2準(zhǔn)LIGA技術(shù)準(zhǔn)LIGA技術(shù)是利用常規(guī)光刻機(jī)上的深紫外光對厚膠或光敏聚酰亞胺光刻，形成電鑄模，結(jié)合電鍍、化學(xué)鍍或犧牲層技術(shù)，由此獲得固定的或可轉(zhuǎn)動(dòng)的金屬微結(jié)構(gòu)。它不需要象LIGA技術(shù)所需的昂貴設(shè)備，制作方便，故是微結(jié)構(gòu)加工的一項(xiàng)重要技術(shù)。liuzhidong73LIGA技術(shù)準(zhǔn)LIGA技術(shù)光源同步輻射X光常規(guī)紫外光（波長為350~450nm）掩模板以Au為吸收體的X射線掩模板標(biāo)準(zhǔn)Cr掩模板光刻膠常用聚甲基丙烯酸甲酯PMMA正性或負(fù)性光刻膠、聚酰亞胺、SU-8膠深寬比一般≤100，最高可達(dá)500一般≤10，最高可達(dá)50膠膜厚度幾十微米~1000μm幾微米~幾十微米，最厚可達(dá)600μm生產(chǎn)成本很高較低，約為左者的1%側(cè)壁垂直度可大于89.9°可達(dá)88°最小尺寸亞微米1~數(shù)微米加工溫度常溫至5°左右常溫至5°左右加工材料多種金屬、陶瓷及塑料等材料多種金屬、陶瓷及塑料等材料liuzhidong74LIGA和準(zhǔn)LIGA技術(shù)的特點(diǎn)liuzhidong75

(a)電鑄鎳微型線圈liuzhidong76(b)電鑄鎳微接觸探針目前，利用UV-LIGA技術(shù)已制作出微齒輪、微線圈、光反射鏡、磁傳感器、熱驅(qū)動(dòng)繼電器中的金屬化觸點(diǎn)、加速度傳感器、射流元件、微陀螺、微電機(jī)等多種微結(jié)構(gòu)。liuzhidong77由于一般情況下用紫外光對光刻膠進(jìn)行大劑量的曝光時(shí)，光刻膠不能太厚，而且顯影后光刻膠圖形的側(cè)壁陡峭度不好。為此，將多層光刻膠工藝應(yīng)用于準(zhǔn)LIGA技術(shù)上進(jìn)行光刻，可以得到較高的光刻分辨率，光刻后光刻膠的側(cè)面陡直，截面形狀近似為矩形。多層光刻膠工藝有多種，如兩層光刻膠工藝、三層光刻膠工藝等。其中，三層光刻膠工藝是應(yīng)用最多的一種多層光刻膠工藝。liuzhidong787.4.3多層光刻膠工藝三層光刻膠工藝包括上層光刻膠層、中間介質(zhì)層及下層光刻膠層三層結(jié)構(gòu)。下層光刻膠層一般應(yīng)足夠厚以使其表面平整，有利于光刻分辨率的提高。中間介質(zhì)層一方面將上下兩層光刻膠分離開來，另一方面還為采用干法腐蝕工藝中的反應(yīng)離子刻蝕技術(shù)（RIE）刻蝕下層光刻膠來轉(zhuǎn)移圖形提供阻擋作用，因此中間介質(zhì)層不宜太厚，可足以阻擋對下層光刻膠的RIE刻蝕即可(如100nm)。liuzhidong79中間介質(zhì)層可以用等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積法（PECVD）方式形成，也可以用濺射、涂敷等方式生成，但中間介質(zhì)層生長時(shí)溫度一定要低，以防下層光刻膠發(fā)生龜裂。由于此時(shí)的表面已經(jīng)相當(dāng)平整，上層光刻膠可以涂得很?。ㄈ?00nm）以提高紫外光刻的分辨率。liuzhidong80在硅襯底上涂敷較厚的下層光刻層并進(jìn)行烘干，然后在其上形成中間介質(zhì)層，在中間介質(zhì)層上涂敷較薄的上層光刻膠層并進(jìn)行前烘，形成三層結(jié)構(gòu)；制造用于紫外光光刻的掩膜；對上層光刻膠進(jìn)行光刻，得到光刻后的圖形；以上層光刻膠的圖形作掩蔽，RIE刻蝕下面的中間介質(zhì)層；去除上層光刻膠；用中間介質(zhì)層的圖形作掩蔽，RIE刻蝕下層光刻膠，從而實(shí)現(xiàn)光刻圖形向下層光刻膠的轉(zhuǎn)移，從而得到適合于進(jìn)行電鍍的結(jié)構(gòu)；利用LIGA工藝中相應(yīng)的電鍍、制模、脫模、電鑄等工藝步驟制作高質(zhì)量低成本的微機(jī)械結(jié)構(gòu)。liuzhidong81三層光刻膠工藝流程liuzhidong82三層光刻膠光刻工藝的流程圖在利用三層光刻膠工藝的準(zhǔn)LIGA技術(shù)中，RIE刻蝕下層光刻膠工藝步驟很關(guān)鍵，它直接影響著下層光刻膠的刻蝕深度和刻蝕的深寬比。只要RIE刻蝕的各向異性足夠好，刻蝕的深寬比就可以做得很大，下層光刻膠的刻蝕深度也就可以做得較大。liuzhidong83三層光刻膠工藝有如下的優(yōu)點(diǎn)：由于表面較平整而使光刻分辨率較高；光刻膠圖形的側(cè)壁幾乎是垂直的，其截面為矩形；僅有對上層光刻膠的一次曝光。liuzhidong84liuzhidong85微電容加速度傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖在電火花加工應(yīng)用中，通常把尺寸特別小的加工稱作微細(xì)電火花加工（MicroElectricalDischargeMachining,MEDM）。微細(xì)電火花的加工原理與普通電火花加工并無本質(zhì)區(qū)別，不同之處在于其使用微小成形電極的工藝特點(diǎn)。利用傳統(tǒng)的電火花成形加工方法無法進(jìn)行微細(xì)三維輪廓加工，這是因?yàn)樾螤顝?fù)雜的微小電極本身就極難制作，而且加工過程中嚴(yán)重的電極損耗，使成形電極的形狀很快改變而無法進(jìn)行高精度的三維曲面加工。liuzhidong867.5微細(xì)電火花加工7.5.1微細(xì)電火花加工特點(diǎn)

放電面積很小微細(xì)電火花加工的電極一般在φ5～100μm之間，對于一個(gè)φ5μm的電極來說，放電面積不到20μm2在這樣小的面積上放電，放電點(diǎn)的分布范圍十分有限，極易造成放電位置和時(shí)間上的集中，增大了放電過程的不穩(wěn)定，使微細(xì)電火花加工變得困難；liuzhidong87單個(gè)脈沖放電能量很小為適應(yīng)放電面積極小的放電狀況要求，保證加工的尺寸精度和表面質(zhì)量，每個(gè)脈沖的去除量應(yīng)控制在0.10～0.01μm的范圍內(nèi)，因此必須將每個(gè)放電脈沖的能量控制在10-6～10-7J之間，甚至更小；liuzhidong88放電間隙很小由于電火花加工是非接觸加工，工具與工件之間有一定的加工間隙。該放電間隙的大小隨加工條件的變化而變化，數(shù)值從數(shù)微米到數(shù)百微米不等。放電間隙的控制與變化規(guī)律直接影響加工質(zhì)量、加工穩(wěn)定性和加工效率；liuzhidong89工具電極制備困難要加工出尺寸很小的微小孔和微細(xì)型腔，必須先獲得比其更小的微細(xì)工具電極。線電極電火花磨削（WireElectricalDischargeGrinding,WEDG）出現(xiàn)以前，微細(xì)電極的制造與安裝一直是制約微細(xì)電火花加工技術(shù)發(fā)展的瓶頸。liuzhidong90從目前的應(yīng)用情況來看，采用WEDG技術(shù)能很好地解決微細(xì)工具電極的制備問題。為了獲得極細(xì)的工具電極，要求具有高精度的WEDG系統(tǒng)，同時(shí)還要求電火花加工系統(tǒng)的主軸回轉(zhuǎn)精度達(dá)到極高的水準(zhǔn)，一般應(yīng)控制在1μm以內(nèi)；liuzhidong91排屑困難，不易獲得穩(wěn)定火花放電狀態(tài)

由于微細(xì)電火花加工時(shí)放電面積、放電間隙很小，極易造成短路，因此欲獲得穩(wěn)定的火花放電狀態(tài)，其進(jìn)給伺服控制系統(tǒng)必須有足夠的靈敏度，在非正常放電時(shí)能快速地回退，消除間隙的異常狀態(tài)，提高脈沖利用率，保護(hù)電極不受損壞。liuzhidong927.5.2微軸電極制造方法

1.電極的反拷加工liuzhidong93用機(jī)械加工方法制造直徑很小的細(xì)長電極很困難，電火花反拷加工是一種行之有效的工藝。在機(jī)床工作臺上用一塊長約50mm、厚5mm耐電火花腐蝕的銅鎢合金或硬質(zhì)合金塊作為反拷電極，其工作面必須研磨過，并校正到與坐標(biāo)方向平行。要修拷的電極夾在主軸夾頭內(nèi)，可隨主軸旋轉(zhuǎn)和上下運(yùn)動(dòng)。然后進(jìn)行粗拷、開空刀槽和精拷加工，最后為給加工區(qū)域留出一定的排屑空間，還需要把圖形電極進(jìn)行拷扁處理。liuzhidong942.原位孔微細(xì)電火花磨削法liuzhidong95原位孔微細(xì)電火花磨削法是利用圓柱形電極自鉆原位孔，并利用該孔加工微細(xì)圓柱電極的加工方法。具體方法是：首先，將圓柱電極作為電火花加工的負(fù)極，在板狀工件上利用火花放電加工出一個(gè)孔；然后，電極返回到加工前的初始位置，并將電極軸線相對于已加工出的孔中心偏離一定距離；第三，改變圓柱電極和工件的極性，利用原位孔對回轉(zhuǎn)的圓柱工具電極進(jìn)行電火花反拷加工。liuzhidong96如果利用過進(jìn)給方式加工孔，孔的圓柱度較好，就能獲得筆直的圓柱微細(xì)電極。只要事先測量出電極與孔壁之間的放電間隙就能加工出任意直徑的圓柱微細(xì)電極。這種方法的優(yōu)點(diǎn)是不用附加任何工具電極制備裝置，簡便易行，具有較高的加工效率、尺寸精度，形狀重復(fù)精度容易保證。liuzhidong973.線電極電火花磨削

liuzhidong98與金屬絲矯直、毛細(xì)管拉拔或金屬塊反拷等方法相比，采用精密旋轉(zhuǎn)主軸頭與線電極放電磨削相結(jié)合制作微小軸(工具電極)的方法，更容易得到更小尺寸的電極軸，且易保證較高的尺寸和形狀精度。liuzhidong99微小軸的成形是通過線電極絲和被加工軸間的放電加工來實(shí)現(xiàn)的。線電極磨削絲緩慢沿走絲導(dǎo)塊上導(dǎo)槽面滑移，被加工軸隨主軸頭旋轉(zhuǎn)沿軸向進(jìn)給。如圖所示的微小電機(jī)軸是紫銅材料，其加工電壓為100V，放電電容為l000PF，正極性加工，澆注的工作液為煤油。liuzhidong1004.削邊電極的加工

liuzhidong101為實(shí)現(xiàn)高深徑比微小孔的高效率加工，可采取修扁工具電極的方法。利用線電極放電磨削機(jī)構(gòu)將(電極軸二邊對等削去一部分。實(shí)際單側(cè)削去部分約為軸徑的1/5-1/4，既不過分削弱軸的剛度和端面放電面積，又造成足夠的排屑空間。liuzhidong102用這種削邊電極加工微小孔時(shí)，電極隨主軸旋轉(zhuǎn)，排屑效果顯著改善，在加工深徑比達(dá)10以上的微小孔時(shí)，能夠保持穩(wěn)定的加工狀態(tài)和較高的進(jìn)給速度。用煤油作為工作液在不銹鋼材料上貫穿1mm的微小孔所用加工時(shí)間為3-4min。liuzhidong1037.5.3微細(xì)電火花加工關(guān)鍵技術(shù)

1.超低電壓微細(xì)電火花加工方法進(jìn)一步縮小單脈沖去除量是微細(xì)電火花加工向更加微細(xì)乃至納米尺度加工方向發(fā)展的重要一環(huán)。采用超低壓的脈沖電源進(jìn)行微細(xì)電火花加工是降低放電能量的較好方法，實(shí)踐表明，電源電壓在5V以上時(shí)，用直徑φ15μm或φ7μm的鎢金屬電極，可以進(jìn)行平均電極進(jìn)給速度為5μm/min的放電加工，加工出的微細(xì)孔直徑φ20μm和φ8.5μm；電源電壓為2V時(shí)也可進(jìn)行放電加工；采用20V的電源電壓，可以加工出直徑φ1μm的微細(xì)軸。liuzhidong1042.等損耗電極補(bǔ)償技術(shù)電火花加工中，不可避免的存在電極消耗問題。在微細(xì)電火花加工中，由于電極尺寸小，電極損耗比傳統(tǒng)的電火花加工中的電極損耗率大，特別是電極的邊角部分，由于損耗而會迅速變圓，如圖所示使用尺寸與形狀在加工中都發(fā)生變化的電極無法精確加工微細(xì)形狀。如果電極的損耗是沿著軸向，而電極的形狀不變，這樣，通過對電極損耗長度的補(bǔ)償，可以準(zhǔn)確加工三維微細(xì)形狀。liuzhidong105liuzhidong106傳統(tǒng)電火花加工的電極損耗和電極均勻損耗傳統(tǒng)銑削存在側(cè)邊損耗分層銑削只存在斷面損耗采用均勻損耗法（又稱為層狀加工法）可以實(shí)現(xiàn)微細(xì)電火花加工過程的電極均勻損耗，保持電極形狀不變。其基本原理是在一定的條件下，電極每次進(jìn)給距離小于放電間隙，因此放電只在電極端面進(jìn)行，側(cè)面不產(chǎn)生放電，完成一層加工后，只存在端面損耗，通過電極補(bǔ)償方法可以使由于損耗而變形的工具回復(fù)其原先的形狀。liuzhidong107復(fù)雜微細(xì)三維結(jié)構(gòu)的電火花加工技術(shù)在實(shí)際加工中，往往電極的損耗很大，嚴(yán)重地影響加工精度。因此，采用分層加工技術(shù)，合理地進(jìn)行加工軌跡的規(guī)劃并進(jìn)行電極損耗的補(bǔ)償是提高微細(xì)三維結(jié)構(gòu)電火花加工精度的核心技術(shù)。liuzhidong1083．微量進(jìn)給機(jī)構(gòu)微進(jìn)給機(jī)構(gòu)的工作原理是：將電火花微細(xì)加工的總工作行程分為幾個(gè)小行程，在每一個(gè)小行程（20μm）內(nèi)由電致伸縮器件構(gòu)成的執(zhí)行件做微步距伺服進(jìn)給，在它的輸出總位移達(dá)到20μm的滿量程后，讓它快速回退到起始位置。然后，由步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)下層工作臺做一相同距離的大步距進(jìn)給，到位后再由微進(jìn)給部件執(zhí)行伺服進(jìn)給，整個(gè)加工行程就由兩種進(jìn)給方式交替進(jìn)行完成。liuzhidong109liuzhidong110電致伸縮微進(jìn)給機(jī)構(gòu)liuzhidong111微進(jìn)給機(jī)構(gòu)的進(jìn)給控制次序采用這種方法后微進(jìn)給部件換到步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)下層工作臺進(jìn)給時(shí)有較大的回退動(dòng)作，這在電火花微細(xì)孔加工時(shí)很有利。因?yàn)殡娀鸹ㄎ⒓?xì)孔加工放電間隙小，工作區(qū)加工液循環(huán)困難，間隙狀態(tài)惡劣，在伺服進(jìn)給中經(jīng)常地出現(xiàn)上述的回退動(dòng)作相當(dāng)于常規(guī)電火花成形加工中的抬刀作用，可以抽吸放電區(qū)域的工作液，促進(jìn)排屑循環(huán)，改善間隙狀態(tài)。liuzhidong1127.5.4微細(xì)電火花加工實(shí)例

1.軸、銷、棒的加工利用WEDG或電火花反拷塊加工方法可制成直徑為φ5.0μm左右的微細(xì)軸及單邊為10.0μm左右的異形銷等工件。如果用CNC控制線電極的導(dǎo)向器位置，還能加工出帶有錐度，斜面及螺旋面等復(fù)雜形狀的凸形工件。此外，只要加工裝置的行程允許，能制成很長的棒形件。

liuzhidong113liuzhidong114矩形電極liuzhidong115

圓柱形電極2.孔、2.5維形狀、3維形狀加工利用WEDG成形出的微細(xì)電極，已能加工出圓、方、三角形以及各種剖面形狀的微細(xì)孔，如圖7-26所示。目前其應(yīng)用范圍是：圓孔直徑為φ5.0μm左右，方孔單邊為10.0μm左右；可加工材料為金屬、合金、導(dǎo)電性陶瓷等；在加工深度上，可以加工出微孔深度超過直徑2倍或在直徑超過φ50μm時(shí)加工出孔深達(dá)到直徑5倍的深孔。liuzhidong116利用微細(xì)電火花線切割（MWEDM）能很容易地加工出2.5維形狀的工件，但是在其拐角處會帶有超出線電極半徑的圓弧，3維型腔加工困難更大，但是利用簡單的棒狀電極，邊借助于CNC掃描，邊進(jìn)行加工的方法已使3維型腔加工成為可能。特別是當(dāng)與WEDG方法相結(jié)合時(shí)，能加工出拐角銳利的3維微細(xì)型腔。liuzhidong117liuzhidong118各種截面微沉孔

三維微細(xì)型腔

3．微小模具加工模具制造已成為電火花加工最大的應(yīng)用領(lǐng)域，而隨著一部分模具的微細(xì)化，微細(xì)電火花加工是必然趨勢。以往與微細(xì)加工相關(guān)的，多數(shù)為孔或狹縫加工，而現(xiàn)在已擴(kuò)大到加工3維形狀的型腔及凸形零件，同時(shí)還能直接用于加工微細(xì)凸透鏡及表面裝飾用鑄模、壓印模等模具。liuzhidong119liuzhidong120微型汽車模具7.6微細(xì)電解加工微細(xì)電解加工(ElectroChemicalMicro-Machining,ECMM)是指在微細(xì)加工范圍(1μm~1mm)內(nèi)應(yīng)用電解加工得到高精度、微小尺寸零件的加工方法。在微細(xì)電解加工中，工件材料以離子的形式被蝕除，理論上可達(dá)到微米甚至納米級加工精度，大量的研究和實(shí)驗(yàn)活動(dòng)表明微細(xì)電解加工在微機(jī)電系統(tǒng)和先進(jìn)制造領(lǐng)域非常有發(fā)展前景。liuzhidong121在微細(xì)電解加工過程中，陰、陽極間電位差在間隙電解液中形成的電場會對工件造成雜散腐蝕，這在很大程度上影響了電解加工的精度，約束電場、改善流場將是提高電解加工的蝕除能力和加工精度的基本技術(shù)途徑。liuzhidong122在微細(xì)電解加工中，通常通過以下途徑來提高加工的精度：①選擇合適的電解液；②控制極間間隙電場；③合理設(shè)計(jì)電極結(jié)構(gòu)和流場。微細(xì)電解加工材料去除量微小，加工精度要求很高，因此微細(xì)電解作用必須在低電位、微電流密度下進(jìn)行。另外，加工精度的提高也可以通過對電解液流場分布的修整來實(shí)現(xiàn)。liuzhidong123常見的微細(xì)電解加工有脈沖微細(xì)電解加工、微細(xì)電解線切割、電液束流電解加工三類。liuzhidong1247.6.1脈沖微細(xì)電解加工

脈沖微細(xì)電解加工(PulseElectroChemicalMicro-Machining)是一種采用脈沖電流代替?zhèn)鹘y(tǒng)連續(xù)直流電流的電解加工技術(shù)。高頻的脈沖電流相對于低頻的脈沖電流而言，加工過程更加穩(wěn)定。因?yàn)樵诩庸み^程中，不僅有電化學(xué)作用的產(chǎn)生，高頻脈沖電流所形成壓力波會對電解液起到攪拌的作用，使電解液及時(shí)得到更新和補(bǔ)充，加工的產(chǎn)物也可以更好的被清理出加工間隙，從而解決了在小加工間隙下排熱、排屑不好等問題。liuzhidong125超短(納秒)脈沖電源與低濃度電解液、加工間隙的實(shí)時(shí)檢測及調(diào)整等技術(shù)結(jié)合后，加工間隙可縮小到幾微米，從而實(shí)現(xiàn)亞微米級精度的加工。圖是采用斬波方式制作的納秒級脈沖電源進(jìn)行的微細(xì)電解加工所加工的微細(xì)結(jié)構(gòu)。liuzhidong126liuzhidong127微細(xì)電解加工的微細(xì)結(jié)構(gòu)7.6.2微細(xì)電解線切割微細(xì)電解線切割是微細(xì)電解和線切割技術(shù)相結(jié)合的一種加工方法。該技術(shù)不但繼承了微細(xì)電解加工的優(yōu)點(diǎn)，而且還有其自身的特點(diǎn)：采用簡單的線電極，結(jié)合二維平面運(yùn)動(dòng)，能夠簡單地實(shí)現(xiàn)復(fù)雜微結(jié)構(gòu)的加工；不用制造復(fù)雜的成形電極，加工準(zhǔn)備時(shí)間短，成本低。由于電解線切割的工具電極為線電極，因而更容易加工出普通加工方法很難加工的高深寬比結(jié)構(gòu)。liuzhidong128liuzhidong129微細(xì)電解線切割原理圖在微細(xì)電解線切割加工中，電解產(chǎn)物排除能力的加強(qiáng)要求電解液的流速增加，而提高精度要求減小加工間隙，兩者互相矛盾。針對此種情況，采用使絲電極沿軸向微小振動(dòng)的工藝手段使線電極和工