微细加工技术综述

微细加工技术综述摘要：本文通过对微细加工的概念，特点，和微细加工在国内国外的发展情况，以及微细加工的部分工艺的描述，使我们对微细加工又一个新的认识，并且认识和了解我们国家在微细加工技术上的长处和不足，促进我们国家微细加工型业的发展。关键词：发展与趋势、现状、先进制造技术言前微细加工技术是精密加工技术的一个分支，面向微细加工的电加工技术激光微孔加工、水射流微细切割技术等等在发展国民经济，振兴我国国防事业等发面都有非常重要的意义，这一领域的发展对未来的国民经济、科学技术等将产生巨大影响，先进国家纷纷将之列为未来关键技术之一并扩大投资和加强基础研究与开发。所以我们有理由有必要加快这一领域的发展和开发进程。一、微细加工技术的概念和特点：微细加工技术是指加工微小尺寸零件的生产加工技术。从广义的角度来讲，微细加工包括各种传统精密加工方法和与传统精密加工方法完全不同的方法，如切削技术，磨料加工技术，电火花加工，电解加工，化学加工，超声波加工，微波加工，等离子体加工，外延生产，激光加工，电子束加工，粒子束加工，光刻加工，电铸加工等。从狭义的角度来讲，微细加工主要是指半导体集成电路制造技术，因为微细加工和超微细加工是在半导体集成电路制造技术的基础上发展的，特门市大规模集成电路和计算机技术的技术基础，是信息时代微电子时代，光电子时代的关键技术之一。微小尺寸和一般尺寸加工是不同的，其不同点主要表现在以下几个方面：1•精度的表示方法在微小尺寸加工时，由于加工尺寸很小，精度就必须用尺寸的绝对值来表示，即用取出的一块材料的大小来表示，从而引入加工单位尺寸的概念。2微观机理以切削加工为例，从工件的角度来讲，一般加工和微细加工的最大区别是切屑的大小。一般为金属材料是由微细的晶粒组成，晶粒直径为数微米到数百微米。一般加工时，吃刀量较大，可以忽略晶粒的大小，而作为一个连续体来看待，因此可见一般加工和微细加工的机理是不同的。加工特征微细加工和超微细加工以分离或结合原子、分子为加工对象，以电子束、技工束、粒子束为加工基础，采用沉积、刻蚀、溅射、蒸镀等手段进行各种处二、微细加工和超精密加工在国外的发展情况：在超精密加工技术领域起步最早和技术领先的国家是美国，其次是日本和欧洲的一些国家。美国超精密加工技术的发展得到了政府和军方的财政支持，近年，美国执行了"微米和纳米级技术"国家关键技术计划，国防部陆、海、空三军组成了特别委员会，统一协调研究工作。美国至少有30多个厂家和研究单位研制和生产各种超精密加工机床，国家劳伦斯•利佛摩尔实验室、联合碳化物公司、摩尔公司、杜邦公司等在国际上均久负盛名。美国最早研制了能加工硬脆材料的6轴数控超精密研磨抛光机；联合碳化物公司开发了直径为800mm的非球面光学零件的超精密加工机床;劳伦斯•利佛摩尔实验室还开发了能加工陶瓷、硬质合金、玻璃和塑料等难加工材料的超精密切削机床，在半导体工业、航空工业和医疗器械工业中投入使用；珀金-埃尔默等公司用超精密加工技术加工各种军用红外零部件。三、国内现状我国在科技部、国家自然基金委，教育部和总装备部的资助下，一直在跟踪国外的微型机械研究，积极开展MEMS的研究。现有的微电子设备和同步加速器为微系统提供了基本条件，微细驱动器和微型机器人的开发早已列入国家863高技术计划及攀登计划B中。已有近40个研究小组，取得了以下一些研究成果。广东工业大学与日本筑波大学合作，开展了生物和医用微型机器人的研究，已研制出一维、二维联动压电陶瓷驱动器，其位移范围为lOymxlOym；位移分辨率为0.01pm，精度为O.lym，正在研制6自由度微型机器人；长春光学精密机器研究所研制出直径为①3mm的压电电机、电磁电机、微测试仪器和微操作系统。上海冶金研究所研制出了微电机、多晶硅梁结构、微泵与阀。上海交通大学研制出①2mm的电磁电机，南开大学开展了微型机器人控制技术的研究等。四、微细加工的发展与趋势微细加工技术是精密加工技术的一个分支，面向微细加工的电加工技术激光微孔加工、水射流微细微细加工技术是精密加工技术的一个分支，面向微细加工的电加工技术激光微孔加工、水射流微细切割技术等等在发展国民经济，振兴我国国防事业等发面都有非常重要的意义，这一领域的发展对未来的国民经济、科学技术等将产生巨大影响，先进国家纷纷将之列为未来关键技术之一并扩大投资和加强基础研究与开发。所以我们有理由有必要加快这一领域的发展和开发进程。随着20世纪80年代后期微机械、微机电系统这一门新兴交叉学科的兴起，微细加工技术作为获得微机械、微机电系统的必要手段，得到了快速的发展。微细加工技术起源于平面硅工艺，但随着半导体器件、集成电路、微型机械等技术的发展与需求，微细加工技术已经成为一门多学科交叉的制造系统工程和综合高新技术，广泛应用于医疗、生物工程、信息、航空航天、半导体工业、军事、汽车等领域，给国民经济、人民生活和国防、军事等带来了深远的影响，被列为21世纪关键技术之一。现代制造技术的发展有两大趋势:一是向着自动化、柔性化、集成化、智能化等方向发展，另一个就是寻求固有制造技术的自身微细加工极限。随着微/纳米科学与技术的发展，以微小形状尺寸或极小操作尺度为特征的微机械已成为人们在微观领域认识和改造客观世界的一种高新技术。微机械由于具有能够在狭小空间内进行作业而又不扰乱工作环境和对象的特点，在航空航天、精密仪器、生物医疗等领域有着广阔的应用潜力,受到世界各国的高度重视。五、关键技术微型机械是一个新兴的、多学科交叉的高科技领域，面临许多课题，涉及许多关键技术。微型机械不是传统机械直接微型化，它远超出了传统机械的概念和范畴。微型机械在尺度效应、结构、材料、制造方法和工作原理等方面，都与传统机械截然不同。微系统的尺度效应、物理特性研究、设计、制造和测试研究是微系统领域的重要研究内容。在微系统的研究工作方面，一些国内外研究机构已在微小型化尺寸效应，微细加工工艺、微型机械材料和微型结构件、微型传感器、微型执行器、微型机构测量技术、微量流体控制和微系统集成控制以及应用等方面取得不同程度的阶段性成果。微型机械加工技术是微型机械发展的关键基础技术，其中包括微型机械设计微细加工技术、微型机械组装和封装技术、为系统的表征和测量技术及微系统集成技术。六、前沿关键技术1、微系统设计技术主要是微结构设计数据库、有限元和边界分析、CAD/CAM仿真和拟实技术、微系统建模等,微小型化的尺寸效应和微小型理论基础研究也是设计研究不可缺少的课题，如：力的尺寸效应、微结构表面效应、微观摩擦机理、热传导、误差效应和微构件材料性能等。2、微细加工技术主要指高深度比多层微结构的硅表面加工和体加工技术，利用X射线光刻、电铸的LIGA和利用紫外线的准LIGA加工技术；微结构特种精密加工技术包括微火花加工、能束加工、立体光刻成形加工；特殊材料特别是功能材料微结构的加工技术；多种加工方法的结合；微系统的集成技术；微细加工新工艺探索等。3、微型机械组装和封装技术主要指沾接材料的粘接、硅玻璃静电封接、硅硅键合技术和自对准组装技术，具有三维可动部件的封装技术、真空封装技术等新封装技术的探索。4、微系统的表征和测试技术主要有结构材料特性测试技术，微小力学、电学等物理量的测量技术，微型器件和微型系统性能的表征和测试技术，微型系统动态特性测试技术，微型器件和微型系统可靠性的测量与评价技术。七、小结微细加工作为精密和超精密加工的一个分支，在国防和众多领域都显示了它本身的重要性，最为我们国家，在这一领域的发展还存在着严重的不足，要像是我们国家的科技实力，国防实力，以及经济实力持续稳定健康的发展，都必须积极的发展和创新在这一科技领域的技术，不断的改善完善技术工艺，是我们国家在这一科技领域走到世界的前沿。作为一个新兴行业，微细加工和精密超精密加工的发展前景是无可限量的，只要我们高度重视它的发展，我们将开创一个科学领域的新局面，攀上科技的高峰。