电子束和离子束加工.ppt

1、电子束加工： Electron Bean Machining，简称EMB。 离子束加工： Ion Bean Machining，简称IBM。 第六章电子束和离子束加工主要用于精密微细加工方面，特别是微电子学领域。 6.1电子束加工、一、电子束加工原理和特点二、电子束加工装置三、电子束加工的应用、熔化、汽化、一、电子束加工原理、电流加热、阴极发射电子、加速、聚焦偏转线圈控制着电子束的扫描轨迹。 另一方面，电子束加工原理通过控制电子束的能量密度的大小和能量注入时间，可以实现不同的加工目的。 电子束穿孔、切断等加工：电子束能量的能量密度高，只需熔化材料使其气化即可的电子束焊：通过部分熔化材料即可进行

2、的电子束热处理：只需局部加热材料即可进行的电子束微影技术加工：低能量密度的电子束撞击高分子材料、电子束加工分类1、电子束可微细聚焦，斑点小至0.1m，加工面积小，是一种精密微细的加工方法。 2 .电子束加工为非接触加工。 工件不受机械力，不会产生宏命令应力和变形。 3、加工材料范围广，可对脆性、韧性、导体、非导体及半导体材料进行加工。 4 .由于电子束的能量密度高，所以加工效率高，例如，可以在每秒2.5mm厚的钢板上开50个直径0.4mm的孔。 电子束加工的特点是5、电子束的强度、位置、聚焦等可以通过磁场和电场直接控制，加工过程整体容易自动化。 用电气控制加工异形孔，也能实现曲面拱形切割等。

3、6 .由于处于真空环境，污染少，加工表面不氧化。 特别适合于加工容易氧化的金属和合金材料，以及对纯度极为要求的半导体材料。 7、电子束加工需要专用设备和真空系统，价格高，生产应用有一定的限制。 电子束加工的特点，二、电子束加工装置、电子枪电子发射阴极、由控制特罗尔栅极和加速阳极等真空系统的电磁透镜、偏转线圈、工作台系统电源系统的辅助装置、电子枪、用途：发射高速电子流电子束的预聚焦电子束的强度控制组成的电子发射阴极(纯钨或纯钽) 控制男同性恋加速阳极、真空系统抽真空的目的电子高速运动金属蒸汽去除表面污染降低作用原理机械泵(一次):真空室为1.40.14Pa扩散泵或涡轮分子泵(二次):0.0140

4、.00014Pa的高真空度、操纵系统、射线强度控制(7)电子束加工在加速阳极的作用下高速运动， 通过电磁透镜时，受到径向和轴向磁场的作用，电子受到切向力和轴压力后的运动轨迹呈螺旋锥状，聚焦于一点。 电子束加工中的电子运动轨迹、电子束加工装置由电子枪系统(包括阴极、控制特罗尔栅、加速阳极、光圈和电源等)、真空系统、控制特罗尔系统和电源(包括电磁透镜、偏转线圈和工作台控制)组成。、电子束加工装置、三、电子束加工的应用、电子束加工的分类功率密度对加工图形的影响电子束加工的应用范围应用实例(1)高速钻孔(2)加工异形孔或特殊表面(3)焊接(4)表面改性/热处理(5)电子束微影技术热型(热效应) 利用局

5、部熔化或加热到气化点开加工孔的切割焊接非热型(化学效应)电子束的化学效应进行蚀刻，进行电子束加工的分类、功率密度对加工模式的影响、a )低密度、表面改性、b )中低密度、c )高密度、特征各种孔(最小3m ) 开孔的生产效率可以加工各种材料，实际上在各种五金制品上开孔(3000个/秒)在人造革上开孔(透气性，5000个/秒)在脆性材料上开孔，在脆性材料上开孔，表里温度差大，防止产生变形和破裂的喷嘴异形孔的加工过滤烟嘴如果钢板具有锥孔(例如，1mm厚的钢板，0.13mm厚的锥孔，每秒可打400孔，3mm厚的钢板，1mm厚的锥孔，每秒可打20孔。 可加工斜孔。 可以加工各种直孔或面，也可以加工弯曲

6、孔或曲面。 电子束在磁场中运动，受到电磁力的作用，其轨迹发生偏转。 如果在磁场中加工工件，可以切出曲面。 电子束加工曲面，电子束在磁场中运动，受到电磁力的作用，其轨迹发生偏转。 如果在磁场中切断工件的中央部，可以加工弯曲沟槽。 电子束加工弯曲槽、(3)焊接、电子束焊是以电子束为热源的焊接工艺。 当高能量密度的电子束与焊接物的表面碰撞时，熔化焊接物的接缝的金属，在电子束连续碰撞的情况下，焊接物沿着接缝和电子束相对移动时，接缝的熔池再凝固，焊接物的接缝整体成为焊接。 电子束焊原理：焊接功率与焊接深度的关系，焊接特点，焊接深度与窄热影响区小，变形小不产生新的污染，焊接强度高，能焊接钽、铌、钼等难熔金

7、属。 可以焊接化学活性的金属。 可以完成一般焊接方法难以实现的异种金属焊接。 工件加工后可以焊接。 复杂的零配件可以分解加工，最后整体焊接。 焊接应用，焊接加工样品，卫星姿态发动机瓦斯气体钢瓶直径约300mm，由不锈钢筛板冲压为半球。 要求在用电子束焊焊接两半球的同时，熔化焊接口的相反侧内壁毛刺。 焊接加工样品、(4)表面改性/热处理、加热蒸发制冷速度快，可得到超微细晶粒和高表面硬度。 热转换效率达到90，但激光器的转换效率仅为710。 合金化、合金化、局部热处理、(5)电子束微影技术、电子束微影技术，首先将低功率密度的电子束照射到被称为电发光学的高分子材料上，入射的电子碰撞高分子，分子链被切

8、断或再聚合，由此引起分子量变化的工序称为电子束曝光。 如果以规定的模式进行电子束曝光，则在电子发光学结账台列表中残留潜像。 浸渍在适当的溶剂中，溶解度会因分子量的不同而不同，显影潜像称为显影。光电微影技术-显影、去除结账台留下图形，通过络离子束蚀刻或蒸镀、光电微影技术、电子束曝光加工过程、电子束微影技术曝光最佳达到0.25m线型分辨率。 电子束扫描：在约0.55mm的范围内，按照普计程仪普兰姆扫描聚焦在小于1m的电子束点，可以对任意图案进行曝光。 面曝光：使电子束先通过原版。 此原版是比用其他方法制作的加工目标的图形大数倍的数字大板块盘。 进而以1/51/10的比例心理投射电子结账台测试，进行

9、大规模IC集成电路图案的曝光。在数毫米见方的硅片上可以配置10万个晶体管等。 在电子束曝光方法、电子束扫描曝光系统、电子束心理投射曝光、微电子老虎钳生产上，可以利用电子束在蜂窝混合双打或半导体材料上刻出微细沟和孔. 例如，在硅片上刻出宽2.5m、深0.25m的细槽，在混合电路电阻的金属镀层上刻出宽40m的线。 电子束蚀刻也可以用于印刷制版。 电子射线微影技术应用，电子射线微影技术应用，6.2离子束加工，一，离子束加工的原理，分类与特征二，离子束加工装置三，离子束加工的应用，一，离子束加工的原理，分类与特征，(1)离子束加工的原理与物理基础() 不同是离子束带正电荷，其质量是电子的几千、几万倍，

10、加速后具有比电子束大的冲击动能加工时，不是从动能转换为热能，而是用微观的机械冲击能进行加工。 离子束加工原理、电流加热、阴极发射电子、Ar加速、聚焦、能量密度、机械冲击能、碰撞、溅射、注入、氩瓦斯气体电离、络离子碰撞过程、Ar直径：亚纳米Ar碰撞效应和溅射效果：具有一定动能的络离子是工件材料(或营销对象材料)表面注入络离子的效果：当络离子能量大于一盏茶，与工件表面垂直碰撞时，络离子进入工件表面。离子束加工物理基础、(2)离子束加工分类、(a )络离子蚀刻b )络离子溅射沉积c )络离子镀膜d )络离子注入、络离子蚀刻、能量0.55keV的氩络离子，与工件碰撞，逐个剥离工件表面的原子。 其本质是

11、原子比例的切削加工，因此也称为络离子铣削。 注： 1eV是一个电子伏特，是一个电子在真空中以1V电位差加速得到的能量，为1eV1.610-19J。 用氩络离子加速冲击工件，一个一个剥离工件原子，实现加工。络离子蚀刻演示、络离子溅射沉积、能量0.55keV的氩络离子撞击某材料营销对象，络离子打出营销对象原子，沉积在营销对象附近的工件上，工件表面镀薄膜。 因此，实质上溅射沉积就是电镀工艺。 用络离子撞击营销对象材料，打出营销对象材料的原子，堆积在工件表面进行电镀。 又称为络离子溅射沉积演示、络离子镀膜、络离子溅射辅助沉积，以0.55keV的氩络离子，电镀时使营销对象材料和工件表面与云同步碰撞。 目

12、的是加强薄膜材料和基材的结合力。 也可以一边使营销对象材料高温蒸发一边进行络离子电镀。 与络离子溅射沉积相同，络离子使营销对象材料碰撞时，云同步与工件表面碰撞，使镀膜更坚固。 使用络离子电镀演示、络离子注入、5500keV能量的络离子束，直接撞击被加工材料，由于络离子能量相当大，络离子进入被加工材料的表层。 如果工件表面层含有注入络离子，则化学成分发生变化，工件表面层的机械物性发生变化。 用高能粒子直接打入工件，对工件表面层进行改性。 络离子注入演示，1 )能够准确控制络离子束的流密度和络离子能量。 离子束加工是所有特种工艺方法中最精密、最精细的加工方法，是现代纳米(纳米)加工技术的基础。 2

13、 )由于络离子加工是在高真空中进行的，所以污染少，适用于易氧化金属、合金材料、高纯度半导体材料的加工。 3 )离子束加工是通过络离子撞击材料表面的原子来实现的。 宏命令压力小，加工应力、热变形等极小，加工质量高。 4 )由于是利用机械的碰撞能量进行加工，加工范围广，适合各种材料和低刚性零配件的加工。5 )加工过程的控制容易，自动化容易。 6 )离子束加工设备费用高、成本高、加工效率低。 (3)离子束加工的特点，二、离子束加工装置、离子束加工装置包括络离子源、真空系统、控制系统和电源部。 络离子源产生络离子束的流动。 产生络离子束流的基本原理和方法是电离原子。 常用的络离子源为考夫曼型络离子源和

14、双等离子管型络离子源。 考夫曼型络离子源从灼热的丝状体放出电子，通过阳极向下方移动的同时，受到电磁线圈磁场的偏转作用，进行间谍拉尔运动并前进。 惰性瓦斯气体氩注入电离室，电子碰撞电离成等离子体，阳极和引出电极各有300个直径0.3mm的小孔，上下位置一致。 通过引出电极吸出络离子，形成300条平行的络离子光束，再下侧均匀分布在直径5cm的圆面积上。 双等离子型络离子源利用阴极与阳极之间的低压直流弧光放电，将惰性瓦斯气体在阳极小孔上方的低真空区(0.10.01Pa )进行等离子化。 由于中间电极的电位一般比阳极电位低，与阳极一起为软铁元素制，因此在这些个的两个电极之间形成强的轴向磁场，弧光放电限

15、定在中间，在阳极的小孔附近产生强聚焦高密度的等离子体。 引出电极将正络离子导入阳极小孔以下的高真空区域(1.331051.33106Pa )，利用静电透镜形成密度高的络离子束，使其与工件表面碰撞。 (1)蚀刻加工(2)络离子涂层加工(3)络离子注入加工、三、离子束加工应用、(1)蚀刻加工、络离子蚀刻是从工件上去除材料的碰撞溅射过程。 当络离子光束撞击工件时，入射络离子的动量传递到工件表面的原子，当传递能量超过原子间的结合力时，原子从工件表面撞击而被溅射，达到蚀刻的目的。 为了避免入射络离子和工件材料的化学反应，需要使用惰性元素体的络离子。 氩瓦斯气体的原子系数高，而且价格便宜，所以通常用氩络离

16、子进行碰撞蚀刻。 络离子蚀刻的过程按原子分离，蚀刻的极限分辨率达到微米或次微米级，但蚀刻速度低。 蚀刻加工时，可分别调节控制络离子入射能量、光束尺寸、入射角度、工作室气压等，可根据加工需求选择残奥仪表。 用氩络离子撞击被加工表面时，其效率取决于络离子能量和入射角度。 蚀刻速率随能量的增大而迅速增加，随入射角度的增大而增加，但入射角增大时，云同步上表面有效光束流减少，一般在入射角4060时蚀刻速率最高。 蚀刻加工的控制，加工陀螺空气轴承和动压电动机的槽加工非球面镜片，蚀刻高精度的图案，制作集成光路中的光栅和波导，形成极其光滑的玻璃表面，在太阳能电池片表面取得非反射肌理构成表面的步骤和制作薄的材料

17、。 蚀刻加工的典型应用、非球面镜片加工、络离子电镀加工有溅射沉积和络离子电镀两种。 打络离子时的工件不仅接受来自营销对象的原子，还受到云同步的络离子冲击。 它在络离子镀膜上有许多独特的优点：膜层均匀致密，韧性好，附着力强，在膜层不易脱落的接合面上物理蒸镀和化学反应衍射性好。 可镀材料广泛，可镀金属、非金属、合成材料、半导体材料等。 适应性强，耐腐蚀性层、润滑膜、耐磨耗层、装饰膜的沉积速率快，可得到50微米/秒，(2)络离子涂层加工、络离子涂层附着力强，膜层难以脱落的原因，涂层前的高速络离子冲击基体表面，清洗表面的污垢和氧化物，抑制工件表面的附着力镀膜时，溅射的基材原子与工作气氛中的原子和络离子碰撞，转移到工件上，形成共混膜层。 膜层变厚，单纯地逐渐向由膜材料原子构成的膜层转移。混合过渡层的存在，减小了膜材和基材两者的膨胀系数不同引起的热应力，增强了两者的结合力，镀层组织致密，大头针孔气泡少。 用于润滑膜、耐热膜、耐腐蚀性膜、装饰膜、电膜等的电镀。 可以代替镀硬铬，减少镀铬公害。 在切削手工工具的表面镀上氮化钛、碳化钛等超硬层，能提高手工工具的耐用度。 络离子电镀技术的典型应用是将低压(几十伏特)、大电流(