微细加工综述

微细加工综述课程名称机械制造技术基础指导教师周伟学院机械学院专业班机自09班学号20122399学生姓名钟俊微细加工综述微细加工综述 (1)摘要： (3)关键词： (3)一、微细加工近几年展望 (4)二、几种微细加工技术 (6)（1）分子装配技术 (6)（3）微细电火花加工技术 (6)（4）掩膜微细电化学时刻加工技术 (7)（5）电子束微加工技术 (7)（6）离子束微细加工技术 (7)（7）激光微细加工技术 (7)（8）光刻技术 (8)1) 涂胶 (8)2) 曝光 (8)3) 显影与烘干 (8)4) 刻蚀 (8)5) 剥膜与检查 (8)（9）硅的体微加工技术 (8)三、微细加工特点 (8)(1) 精度的表示方法 (9)(2) 微观机理 (9)(3) 加工特征 (9)四、总结 (10)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：微细加工、发展与趋势、现状、先进制造技术Abstract:Based on the concept characteristics, micro machining, and fine processing in domestic and overseas development situation, as well as part of the micro machining process description, so we have a new understanding of the micro machining, and knowledge and understanding of our country in the micro processing technology on the strengths and weaknesses, and promote the development of our country fine processing industry. Keywords: development and trend, current situation, advanced manufacturing technologyKeywords: Micro machining，development and trend, current situation, advanced manufacturing technology一、微细加工近几年展望21世纪，人类进入微观世界。

在原子分子尺度上，对物质进行操作和加工，无疑会展现出一种相当美好的前景，并引起各方面的广泛重视。

微细加工技术的产生和发展一方面是加工技术自身发展的必然，同时也是新兴的微型机械技术发展对加工技术需求的促进。

超精加工在20世纪的科技发展中做出了巨大的贡献。

东京工业大学的谷口纪男教授首先提出了纳米技术术语，明确提出以纳米精度为超精密加工的奋斗目标。

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。

日本对超精密技术的发展也十分重视，70年代初，日本成立了超精密加工技术委员会，制定了技术发展规划，成为此项技术发展速度最快的国家。

日本现有20多家超精密加工机床研制公司，重点开发民用产品所需的加工设备并力图使设备系列化，成批生产了多品种商品化的超精密加工机床。

在超精密切削技术发展比较成熟后，日本已将黑色金属、陶瓷和半导体功能材料的超精密加工技术作为重要的研究开发项目。

日本的研究创新意识强，不是单纯地模仿国外的做法，而是积极地利用外国技术并结合本国特点和生存环境，走出了一条自己的发展道路。

欧洲等国也将超精密加工技术的发展放在重要位置，60年代起英国开始研究超精密加工技术，克兰菲尔德大学精密工程研究所相继研制出能加工大型非球面反射镜的数控金刚石立式车床、加工大型非对称结构光学零件的数控超精密磨床、研制了脆性材料的超精密磨削工艺。

现已成立了国家纳米技术战略委员会，正在执行国家纳米技术研究计划。

德国和瑞士也有比较强的超精密加工能力。

1992年后，欧洲实施了一系列的联合研究与发展计划，加强和推动超精密加工技术的发展。

超精密车削、磨削和研磨是已经发展成熟并大量应用的加工技术。

日本开发了外圆和平面等多种类型的研磨机，美国也研制成功了加工陀螺零件的球形研磨机。

如果进入微观世界，能够捕获一个或多个单原子，然后让它们重新排列组合，那么就会导致物质本身发生某些变化，而这些变化将会对未来许多领域，及人类生活产生巨大影响。

例如，我们把组成水分子的氢和氧分开，二者都是可以燃烧的小分子，只有足球体积的几亿分之一，用机械方法，几乎是不可能捉住它，分子又是由原子组成的，操纵一个原子，就更难了，而光可以做到这一点。

一束极细的激光，产生光子流，其动量转移给物体，形成光压，再通过适当的光场分布，可以把那种极小的原子俘获在一定的位置，并可方便把移动它。

实际上这就实现了对原子的操作。

控制原子或分子的手段叫光镊，对分子原子进行切割雕刻使用的是光刀。

一种材料通过改变它的分子结构及原子排列取向，进而形成新布局，那么，它的性能就会发生很大变化，这样未来我们所制造出来的电子器件，与现在相比，其功能相同，而体积则要小多少万倍。

在以后的几十年，随着原子尺度加工技术不断完善和提高，就会出现多种单原子器件和新型分子材料，如果把它们用制造机器人，最小型的就可以爬进人的血管，进行各种各样的治疗手术。

同样，用来制造卫星，卫星的体积，也会大大减少，到那时人类可能一次发射成千上万颗用于各方面的卫星，而到目前为止，人类在以往几十年间，一共才把几千颗卫星送上天。

通过科学分析和计算，改变了原子分子结构的新型材料，具有更高的强度，更轻的重量，更好的绝热和耐高温性能，在空间领域，用来做太空船的外壳，引擎或其它方面，太空船会变得更轻、更快，能够承受更为恶劣的环境，它会带着人类走的更远，会征服更多的星球。

在日常生活中，我们所看到的，用激光刻录的光盘，已经可以储存较多的信息了，但这只是一种新的输入方式，而光盘本身作为一种材料，容量还是有限的，如增加它的原子分子密度和改变它们取向，那么未来就可以把现在成千上万强光盘的信息，放进象手表大小的空间里。

一座大型图书馆全部书籍可容进一张光盘内，你拥有了这张光盘，就拥有了一座图书馆。

在生物领域，各种各样的原子和分子，以它特有的方式组合在一起，由此产生了世界万物，如果利用光镊光刀，把生命体的某些原子取出，然后，按照科学规律，重新组合，会出现什么样的结果，科学乐观的预测，这样就有可能创造出具有生命力的新物质，而它的存在形成，与我们常见的动物、植物和生物会有所不同。

同样，利用光刀光镊，修复DNA和某些有缺陷的遗传基因，从而可以克服困扰人类的多种顽症。

制造技术是直接创造财富的基础，是国民经济得以发展和制造业本身赖以生存的主体技术。

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，使现代制造成为一个系统，即现代制造系统的自动化技术；另一个就是寻求固有制造技术的自身加工极限。

微机械或微电子机械系统(MEMS)是20世纪80年代后期发展起来的一门新兴学科。

它给国民经济、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。

随着微/纳米科学与技术的发展，以形状尺寸微小或操作尺度极小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。

微机械涉及的基本技术主要有：微机械设计；微机械材料；微细加工；集成技术；微装配和封接；微测量；微能源；微系统控制等。

微机械的制造和生产离不开微细加工技术。

微细加工技术是制造微小尺寸零件的加工技术。

二、几种微细加工技术所谓微细加工技术就是指能够制造微小尺寸零件的加工技术的总称。

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，特别是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。

（1）分子装配技术分子装配技术也可以成为分子操纵技术或原子操纵技术。

是一种纳米级微细加工技术，是一种从物质的微观入手并以此为基础构造微结构、制造微机械的方法。

分子装配技术是分子电子学的重要组成部分，在生物技术和生命科学中，也具有广阔的应用前景。

目前分子装配技术在生命科学中的主要应用有：基因分析、染色体和细胞膜分析，蛋白质和核酸聚合分析，新物种产生等领域。

（2）微细切削加工技术微细切削加工的主要方法有微细车削，微细磨削，微细钻孔等，均为微量切削，又可称之为极薄切削。

微细切削的机理与一般普通切削有很大的区别。

一般的金属材料是由直径为数微米到数百微米的晶粒构成，在普通切削时，由于工件尺寸较大，允许的切削深度、进给量均较大，可以忽略晶粒本身大小而作为一个连续体看待；在微细切削时，由于工件尺寸很小，从强度和刚度上不允许有大的吃刀量，同时为保证工件尺寸精度的要求，最终精加工的表面切除层厚度必须小于其精度值，因此切极小，吃刀量可能小于晶粒的大小，切削就在晶粒内进行，晶粒就被作为一个一个的不连续体进行切削，这是切削不是晶粒之间的破坏，切削力一定要超过晶体内部非常大的原子、分子结合力，刀刃上所承受的切应力就急速的增加并变得非常大。