微细加工方法
精密微小零件加工方法
精密微小零件加工方法1.切割加工切割加工是一种常用的精密微小零件加工方法。
它包括线切割、放电加工和激光切割等。
这些方法都能够实现高精度的零件切割，特别适用于适应性强、材料硬度高的零件加工。
线切割是一种通过金属丝进行切割的方法，广泛应用于塑料、金属、合金和陶瓷材料的微小零件加工。
线切割具有高精度、小损耗和表面质量好的特点。
放电加工是一种通过放电腐蚀加工的方法，适用于加工深孔和复杂形状的微小零件。
放电加工具有高加工精度、良好的表面质量和适应性强的特点。
激光切割是一种使用激光束进行切割的方法，具有高精度、无接触切削和适应性强的特点。
激光切割适用于加工脆性材料和高硬度材料的微小零件。
2.铣削加工铣削加工是一种通过旋转刀具切削材料的方法，适用于加工平面、曲线和复杂零件。
常见的铣削加工方法包括立铣、平面铣和数控铣削等。
立铣是一种通过立式铣床进行加工的方法，适用于加工平面和简单形状的微小零件。
立铣具有切削力大和加工效率高的特点。
平面铣是一种通过平面铣床进行加工的方法，适用于加工平面、曲线和复杂形状的微小零件。
平面铣具有加工范围广和加工精度高的特点。
数控铣削是一种通过数控机床进行加工的方法，适用于高精度和高自动化要求的微小零件加工。
数控铣削具有高精度、高效率和稳定性好的特点。
3.研磨和抛光加工研磨和抛光加工是一种通过磨料对零件进行加工的方法，可用于去除表面不平整、加工粗糙度和提高表面光洁度。
常见的研磨和抛光加工方法包括机械研磨、化学抛光和电化学抛光等。
机械研磨是一种通过磨料进行加工的方法，适用于加工硬度高和精度要求高的微小零件。
机械研磨具有加工效率高和表面光洁度好的特点。
化学抛光是一种通过化学溶液进行加工的方法，适用于去除表面氧化和锈蚀的微小零件。
化学抛光具有加工速度快和加工控制简单的特点。
电化学抛光是一种通过电化学反应进行加工的方法，适用于加工高硬度和高耐腐蚀性材料的微小零件。
电化学抛光具有加工精度高和表面质量好的特点。
硅体微细加工工艺流程
硅体微细加工工艺流程下载温馨提示:该文档是我店铺精心编制而成，希望大家下载以后，能够帮助大家解决实际的问题。
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②光刻胶涂覆：在硅片双面均匀涂覆光刻胶，这层光敏材料将在后续曝光步骤中起到关键作用。
涂覆后进行烘干处理，以固定光刻胶。
③光刻图案转移：利用掩模和光刻机，对涂有光刻胶的硅片进行曝光，光透过掩模在光刻胶上形成设计图案。
之后显影，去除未曝光或曝光过度的光刻胶，暴露出硅基底部分。
④蚀刻加工：通过湿法或干法蚀刻技术，去除暴露区域的硅材料，实现图案的立体结构转化。
这一步骤依据所用蚀刻剂的不同，可精细调控蚀刻速率和选择比。
⑤去胶与清洗：完成蚀刻后，去除残留的光刻胶，常用化学溶液或等离子体处理。
之后，对硅片进行全面清洗，确保表面无残留物。
⑥表面处理与钝化：根据需要，对硅表面进行热氧化、化学气相沉积(CVD)或物理气相沉积(PVD)等处理，以形成保护层或构建多层结构。
⑦质量检验：通过显微镜、扫描电镜(SEM)、原子力显微镜(AFM)等手段，对加工后的硅片进行微观形貌、尺寸及缺陷检查。
细微加工技术(精密加工)
第3节 微细加工机理 二、材料缺陷分布对其破坏方式的影响 3.面缺陷 面缺陷是指二维尺度很大而第三维尺度很小 的缺陷。
金属晶体中的面缺陷主要有晶界和亚晶界两种。 晶界和亚晶界均可提高金属的强度。晶界越多, 晶粒越细, 金属的塑性变形能力越大, 塑性越 好。
2013-8-10
晶界
实际金属为多晶体, 是由大量 外形不规则的小晶体即晶粒组成 的。每个晶粒基本上可视为单晶 体.一般尺寸为10-5～10-4m, 但 也有大至几个或十几个毫米的。 所有晶粒的结构完全相同, 但彼 此之间的位向不同, 位向差为几 十分、几度或几十度。
1.精密机械仪器仪表零件的微细加工
2.电子设备微型化和集成化的需求
微细加工是电子设备微型化和集成化的关键技术之一。 3.集成电路的制作技术 集成电路是电子设备微型化和集成化中的重要元件。 微细加工技术的出现和发展与集成电路密切相关。
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第2节 微细加工的概念及其特点 一、微细加工的概念 微细加工技术：广义上包含各种传统精密加 工方法和与传统精密加工方法完全不同的新方 法；狭义上，半导体集成电路制造技术。
磨料加工 （传统加工）
特种加工 （非传统加工）
复合加工 2013-8-10
结合加工
分 类 加工方法
蒸镀 分子束镀膜 分子束外延生长 离子束镀膜 电镀(电化学镀) 电铸 喷镀 离子束注入 氧化、阳极氧化 扩散 激光表面处理 电子束焊接 超声波焊接 激光焊接
可加工材料
金属 金属 金属 金属、非金属 金属 金属 金属、非金属 金属、非金属 金属 金属、半导体 金属 金属 金属 金属、非金属
电子半径2.8*10-12mm；质量9*10-29g； 能量几百万电子伏；可聚焦到直径11-发射阴极 2-控制栅极 3-加速 2µ m；能量密度可达109W/cm2。 阳极 4-聚焦系统 5-电子束斑点
微细加工工艺方法
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微细加工方法
1.微细车削加工 2.微细铣削加工 3.微细钻削加工 4.微细冲压加工
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ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
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1、微细切削加工技术 2、微细电火花加工技术 3、微细电化学加工技术 4、高能束流微细特种加工技术（包 括微细 激光加 工技术 、电子 束加工 技术、 离子束 加工技 术） 5、LIGA技术 6、生长型微细加工技术
微细特种加工分类
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电火花加工的零件
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微型机械
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祝大家假期愉快！
Thanks
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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。
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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 。 3、加工特征
第五讲微细加工技术
组成微系统。
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硅膜片电容式压 力传感器
（1）在单晶硅基底上，用各向异性腐蚀技术（体去除加工）制成一个三 维空腔，空腔上形成一个硅膜片，直径1000微米，厚20微米。 （2）在硅基底上沉积SiO2掩膜作绝缘层（厚度几个微米）；在绝缘层上 蒸镀直径700微米，厚20微米的金属电极。 （3）通过光刻、照相、腐蚀、镀层等微电子工艺制作集成电路IC。 （4）在电极与集成电路周围用键合技术制作支承，分别把镀层电极和屏 蔽层（静电盾）的玻璃衬底与支承用键合技术连接。 （5）通过预留连接孔与外部连接引线，电容电极间隙在1~5微米之间。测 量时感知电容与校正电容比较，产生。通过改变刻蚀剂的成分配 比、浓度、温度可以获得不同的刻蚀速率。
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（2）各向异性刻蚀 对硅的各向异性刻蚀是制造微机械结构的关键技术之一， 利用这种技术能够制造出微传感器和执行器的精密三维结构。 由于单晶硅为各向异性体，表现在化学刻蚀性方面也为各向异 性，即在各向的刻蚀速率不同。刻蚀速率与晶向、掺杂浓度及 外加电压有关。沿主晶面（100）的刻蚀速率最快，沿（111） 面最慢，刻蚀速率比约为400﹕1。（110）面的刻蚀速率介于 两者之间。
又分为常压化学气相淀积、低压化学气相淀积、等离子强化
化学气相淀积3种方法。
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化学气相沉积（CDV） 如图，高温使含有待沉积物质的化合物升华成气体，与另一 种气体化合物在一个反应室中进行反应，生成固态的沉积物 质，使之沉积在衬底上而生成薄膜。
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• 目前主要用到的化学气相沉积法有： 常压化学气相淀积（APCVD）：经常用来淀积二氧 化硅膜。 APCVD淀积的薄膜台阶覆盖能力较差。 低压化学气相淀积（LPCVD）：具有良好的台阶覆 盖能力。 等离子增强化学气相淀积（PECVD）：采用等离子 体把电能耦合到气体中，促进化学反应的进行，从 而来淀积薄膜的方式。
微细加工工艺技术
微细加工工艺技术微细加工工艺技术是一种应用于微电子、光学、纳米学等领域的高精度加工技术，该技术能够实现对微细结构的精密加工。
在微细加工工艺技术中，常常采用的加工方法有激光刻蚀、化学蚀刻、光刻以及微电子束等。
激光刻蚀是一种应用激光照射，通过激光束的高能量将材料表面局部蚀刻的加工方法。
与传统的机械刻蚀相比，激光刻蚀具有高精度、高效率的优点。
在激光刻蚀中，光束的聚焦度和光斑直径是影响加工精度的重要参数。
化学蚀刻是一种利用特定的化学反应，在材料表面选择性地产生化学蚀刻产物，并将其去除的加工方法。
化学蚀刻通常需要制备特定的蚀刻溶液，通过控制溶液的浓度和温度，来影响化学反应的速率和选择性。
化学蚀刻可以实现微细结构的高精度加工，并被广泛应用于光学元件和微流控芯片等领域。
光刻是一种基于光化学反应的加工方法，通过光阻的选择性暴露和去除，来形成所需的图案结构。
在光刻过程中，首先在材料表面涂敷一层光刻胶，然后利用光刻机的紫外光照射和显影等步骤，实现图案的转移。
光刻具有高精度、高分辨率和高重复性的优点，是微细加工中不可或缺的工艺之一。
微电子束也是一种实现微细结构加工的重要方法。
微电子束利用高能电子束在材料表面定向照射，经过准直、聚焦和偏转等步骤，将电子束的能量转化为对材料的加工作用。
通过控制电子束的参数，如能量、聚焦度和扫描速度等，可以实现对微细结构的精密加工。
微电子束在高精度加工领域具有很大的应用潜力，尤其在微电子器件、光电器件以及半导体器件等方面，具有广阔的发展前景。
总的来说，微细加工工艺技术是一种实现高精度加工的重要方法，包括激光刻蚀、化学蚀刻、光刻和微电子束等。
这些加工方法在微电子、光学、纳米学等领域发挥着重要作用，推动了相关技术的进步和应用的发展。
未来随着科学技术的不断进步，微细加工工艺技术将继续发展壮大，为人类社会带来更多的科技成果和应用产品。
微细加工
光刻技术
①光复印工艺：经曝光系统将预制在掩模版上的器件或电路图形按所要求的位置， 精确传递到预涂在晶片表面或介质层上的光致抗蚀剂薄层上。
光刻技术
基本步骤
1.气相成底模 2.旋转烘胶
3.软烘
4.对准和曝光 5.曝光后烘焙（PEB） 6.显影
7.坚膜烘焙
8.显影检查
三、LIGA技术
□ LIGA即光刻、电铸和注塑的缩写。是一种公认的全新三 维立体微细加工技术。
光刻技术
常规光刻技术是采用波长为2000～4500埃的紫外光作为图像信 息载体，以光致抗光刻技术 蚀剂为中间（图像记录）媒介实现图形的变换、转移和处理， 最终把图像信息传递到晶片(主要指硅片)或介质层上的一种工艺 （图1）。在广义上，它包括光复印和刻蚀工艺两个主要方面。
光刻技术
①刻蚀工艺：利用化学或物理方法，将抗蚀剂薄层未掩蔽的晶片表面或介质层除去，从 而在晶片表面或介质层上获得与抗蚀剂薄层图形完全一致的图形。集成电路各功能层是 立体重叠的，因而光刻工艺总是多次反复进行。例如，大规模集成电路要经过约10次 光刻才能完成各层图形的全部传递。在狭义上，光刻工艺仅指光复印工艺,即图1中从④ 到⑤或从③到⑤的工艺过程。
◇ 微细加工起源于半导体制造工艺，加工方式十分丰富， 包含了微细机械加工、各种现代特种加工、高能束加工等 方式。
微细加工的特点
1、体积小，精度高，重量轻 其体积可达亚微米以下，尺寸精度达纳米级，重量可达纳克。目前已经制造出 直径细如发丝的齿轮，有资料表明，科学家们已能在5平米内放置1000台微型 发动机。 2、性能稳定，可靠性好 由于微机械体积小，几乎不受热膨胀、噪声等影响，具有较高的抗干扰性， 可在较差的环境里稳定的工作。 3、能耗低，灵敏度和工作效率高 耗能远小于传统机械的十分之一 4、多功能和智能化 微机械集传感器、执行器、信号处理器和电路控制于一体，故而易于实现多 能化和智能化 5、适用于大批量生产，制造成本低
微细加工
1.精度表示方法
一般加工，其精度用误差尺寸与加工尺寸比值表示；微细加工，其精度用误 差尺寸绝对值表示。
在微细加工时，由于加工尺寸很小，引入了加工单位尺寸的概念。加工单位 尺寸简称加工单位，它表示去除材料的大小。例如，原子加工单位表示能去除一 个原子。显然，加工单位越小，可获得的精度就越高。
第三章 现代制造工程加工技术
SPM探针
介质中的分子 电化学作用区
偏置电压
电致刻蚀原理
第三章 现代制造工程加工技术
到目前为止，利用电脉 冲诱导氧化方法，已经在多 种半导体和金属（如Si，Cr， Nb，GaAs，Au和Ti等）表 面上，制备了所需的纳米结 构或器件。中国科学院分子 结构与纳米技术重点实验室 在氢钝化的p型Si（111）表 面上，利用此法刻蚀出了图 案清晰的中国科学院院徽。
第三章 现代制造工程加工技术
②微细加工刀具 微细切削加工一般采用单晶金刚石刀具。
各种单晶金刚石刀具
单晶金刚石铣刀刃形
第三章 现代制造工程加工技术
2. 微细车削加工
日本通产省工业技术院机械工程实验室（MEL）于1996年开发了世界上第 一台微型化的机床——微型车床。
世界第一台微细车床
车削轴的直径： 0.02mm
高的定位精度和重复定位精度，高平稳性的进给运动。
低热变形结构设计。
刀具的稳固夹持和高的安装精度。
高的主轴转速及动平衡。
稳固的床身构件并隔绝外界的振动干扰。
具有刀具破损检测的监控系统。
第三章 现代制造工程加工技术
C轴回转工作台 刀具 空气涡轮主轴 B轴回转工作台 X导轨 C 工件 Z导轨
B
空气油减振器
移动 完成
提取
放置
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微细加工方法
微细铣削加工技术
王翔
（厦门大学物理与机电工程学院机电系
199201152779）
摘要：由于微机电系统(MicroElectroMechanicalSystem，MEMS)在微小零件加工中存在不足，微细铣削加工作为一项补充技术正在日益受到人们的重视。
本文主要从微细铣削的发展背景；微细铣削的关键技术；微细铣削的机床系统和微细铣削的实验，针对特征尺寸在4
所谓中间尺度微小机械零件的微细10~10m
铣削技术进行了介绍。
使读者对微细铣削技术有一定的认识。
关键词：微细铣削；使能技术；机床系统；铣削的实验
1前言：
随着科学技术的发展，近年来在IT、医疗器械以及通讯领域，人们对微小型零件(如：微型传感器、微型加速度计、微透镜阵列等)的需求日益增加。
这种需求的增加促进了微细加工技
术的发展。
在目前的多种微细加工技术中，微机电系统(MicroElectroMechanicalSystem，MEMS)一直是主流技术之一。
由于MEMS技术衍生于微电子技术，它的主要加工对象被限制在硅基材料上，并且工件的几何形状基本上是简单的二维形状，因而只有在大规模集成电路的批量制造等方面才是经济的。
微细切削加工技术，特别是微细铣削作为MEMS技术的补充，由于其几乎不受加工对象材料和几何形状的限制而受到研究人员的重视，正在成为微细加工技术中的新生力量。
近年来，采用传统的机械加工方法而进行微细制造的研究越来越受到人们的重视，针对特征尺寸在4
所谓中间尺度微小机械零件的微10~10m
细切削制造成为一大研究热点，其原因是机加工具有几大优势：
1加工精度高；
2生产效率高、灵活；
3能加工任意三维特征的零件；
4能加工包括钢在内的多种材料；
2微细铣削关键使能技术
微细铣削是一种加工能力强、成形精度高的微小
零件机械加工方式,使用CNC加工中心可实现2D, 215D简单特征到复杂3D曲面零件的微细加工. 中间尺度微细铣削加工涵盖了多种关键性使能技术,如微细铣削装备、微细铣削刀具、计量、微小零件的装夹与操作、中间尺度微细铣削加工机理、表面抛光等,以下逐一分析论述.
2.1微细铣削装备
高性能微细铣削机床系统的开发是开展微细铣削研究的最重要环节. 机床的性能主要与主轴、伺服工作台和控制系统有关,微细铣削所用刀具的直径非常小,为了达到加工所需的理论切削线速度,微细铣削机床主轴应同时具有高回转精度及高转速,这就需要先进的电主轴和空气轴承作为技术设备支撑. 为了获得高的定位精度,微细铣削机床工作台一般采用精密滑台加直接驱动的形式,在保证导轨直线度的同时消除普通滚珠丝杠驱动方式具有的间隙误差. 控制上需采用全闭环控制方式,配置高精度的光栅尺,机床工作台的定位精度达到1μm以内.
2.2微细铣削刀具
微细铣削加工对刀具提出很高要求,也是制约微细铣削技术应用的重要因素. 刀具几何制约加
工特征尺寸,刀具受力制约工艺参数优化和加工效率,刀具磨损和刀具寿命制约微细铣削加工的实用性. 因此,要实现微细制造技术的推广应用,必须针对刀具开展研究,综合考虑刀具几何、切削过程刀具受力、刀具柔性等因素,开展刀具制造、刀具磨损、刀具寿命等研究,这是微细铣削研究的关键问题.
2.3 计量
微细铣削技术的实现与应用中,对微小零件尺寸和表面质量的测量技术必不可少,如光干涉仪测量、扫描探针显微镜(SPM)、电子束聚焦比较仪测量等技术. 另外用于过程反馈和控制的内置传感技术也是微细铣削技术研究中的一项重要使能技术,如微力测量、内置应变仪测量、微变形测量等技术.
2.4 零件的装夹与操作
绝大多数常规的夹具和操作方法不适合于中间尺度微小零件的加工、装配和输送,这包括零件在设备上的定位与夹紧、零件从一个设备到其他设备之间的搬运、零件的收集以及不同零件之间的连接和装配. 因此,零件的装夹与操作是关键的必要条件,应尽可能地做到最小化.
2.5中间尺度微细铣削加工机理
微细铣削加工机理研究对于合理选择切削参数、保证微细铣削加工质量、降低生产成本和提高生产率意义重大. 工件材料力学性能是开展机理研究的基础,建立工件材料本构关系描述尺度的影响,采用有限元法对微切削过程进行建模,可揭示尺度效应产生的机理. 工件材料的微观结构对微细切削过程有显著的影响,这就需要开展对材料微观结构观测与描述以及晶粒力学性能建模等方面的研究.
2.6表面抛光
由于铣削特性限制了零件加工表面光洁度,因此对表面质量要求高的微小零件需采用去毛刺和表面抛光技术,其关键是了解不同的抛光技术对中间尺度微小零件亚表面损伤的影响
3微细铣削机床系统
自行研制的小型数控三轴联动微铣床的实物及结构原理图分别如图1所示. 系统采用立式三坐标结构,包括水平面上的X, Y二维工作台和垂直的Z向主轴安装滑台,本体尺寸为300mm×400mm×500mm,工作空间为50mm×50mm×40mm. 系统工作平台采用直线电机驱动交叉滚柱支撑
导轨的二维滑台结构,导轨直线度为±0.1μm/25mm;主轴为空气静压电主轴,其最高转速可达r/min,径向跳动量小于0.5μm;同时,采用基于DSP的高性能运动控制卡作为控制器,由分辨率为0.05μm的精密光栅尺构成全闭环反馈,使系统具有结构紧凑、定位精度高和系统刚性高等优点. 经实测,机床定位精度可达1.53μm。
图1 小型三轴数控微铣床
微细铣削系统主要由5个子模块构成,见图2,包括主轴及驱动模块、三轴定位模块、运动控制模块、微径铣刀模块和基于CCD的在线监测模块。
图2 微细铣削系统构成示意图
4微细铣削实验
4.1平面微细铣削实验
实验目的为通过测量铣削平面的表面粗糙度评价机床的加工精度. 对表面粗糙度要求高的大尺寸零件来说,通常在铣削之后还需进行一系列改善表面粗糙度的后处理工艺. 然而,对于中间尺度特征的微小零件来说,难以通过后处理工艺改善表面粗糙度. 作为微细铣削加工工艺,如何确保零件的表面粗糙度达标尤为重要. 平面微细铣削加工材料为工业硬铝LY12,实验中采用的各项工艺参数如表1所示.
使用Talor Hobson Form120表面粗糙度轮廓仪(分辨率015nm)测得表面粗糙度Ra 值为215 nm. 图3为根据采样数据,利用Matlab绘制的一段工件表面形貌轨迹曲线,采样长度为12μm,测量步距2nm,每齿进给量214μm.。
4.2微直槽铣削实验
实验目的为考察机床在一维方向上的加工精度
以及对大深宽比微小零件的加工性能. 直槽微细铣削加工材料为工业硬铝LY12,实验中采用的各项工艺参数如表2所示.
微直槽横截面结构示意图及CCD显微观测实物图如图4所示. 利用显微分析软件得到的图像测量结果显示,加工尺寸误差在1～2μm以内,经分析误差成因主要是主轴径向跳动。
图4 微直槽铣削实验
5 结语
利用传统机械加工的灵活优势并结合微细加工的特点,开发适于微细切削的加工设备已成为微细加工领域的一大趋势. 在自主构建的小型数控铣床上,根据多种实验目的,针对不同结构微
小零件进行铣削加工,分析结果充分显示了该铣床已经具备对中间尺度三维微小零件微细铣削加工能力. 今后,将通过对微细切削加工的尺寸特征、工艺参数、材料特性及环境影响等相关因素的深入研究,逐渐摸索微细切削加工新工艺.
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