機(jī)械加工技術(shù)第10章

第10章現(xiàn)代加工工藝簡(jiǎn)介10.1概述

10.2難加工材料的特種加工技術(shù)

10.3微米/納米技術(shù)

10.4成組技術(shù)

思考題與習(xí)題

10.1概

述

10.1.1機(jī)械制造業(yè)的發(fā)展過(guò)程

勞動(dòng)密集型生產(chǎn)方式。

(2)設(shè)備密集型生產(chǎn)方式。

(3)信息密集型生產(chǎn)方式。

(4)知識(shí)密集型生產(chǎn)方式。

(5)智能密集型生產(chǎn)方式。

10.1.2現(xiàn)代制造技術(shù)的一般含義隨著科學(xué)技術(shù)特別是微電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，使得傳統(tǒng)的機(jī)械制造技術(shù)在近二十年來(lái)發(fā)生了極為深刻和廣泛的變化，主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：(1)新材料、難加工材料不斷涌現(xiàn)，

極大刺激和推動(dòng)了材料加工技術(shù)的發(fā)展。

(2)超精密加工技術(shù)飛速發(fā)展，

作用日益突出。

(3)生產(chǎn)的自動(dòng)化程度空前提高。

10.2難加工材料的特種加工技術(shù)

10.2.1特種加工的概念

特種加工是相對(duì)傳統(tǒng)的切削加工而言的，是指那些除了車、銑、刨、磨、鉆等傳統(tǒng)的切削加工之外的一些新的加工方法。它與傳統(tǒng)切削加工的主要不同是：(1)加工過(guò)程所使用的能量主要依靠的不是機(jī)械能，而是更多的其他能量（如電、光、聲、熱、化學(xué)能等）。(2)工具硬度可以低于被加工材料硬度。(3)加工過(guò)程中工具和工件之間不存在顯著的機(jī)械切削力。

10.2.2電火花加工

電火花加工是利用工具電極和工件電極之間脈沖性火花放電時(shí)所產(chǎn)生的電腐蝕現(xiàn)象來(lái)蝕除多余的金屬，而使零件達(dá)到預(yù)定的尺寸、形狀及表面質(zhì)量的。電火花腐蝕的主要原因是在電火花放電時(shí)，火花通道中瞬時(shí)產(chǎn)生大量的熱，達(dá)到很高的溫度，足以使任何金屬材料熔化、汽化而被蝕除掉，形成放電凹坑。把這種電腐蝕現(xiàn)象用于對(duì)金屬材料的尺寸加工時(shí)，必須解決以下問(wèn)題：(1)工具電極與工件被加工表面之間必須保持一定的放電間隙（通常為幾微米至幾百微米）。因此，在電火花加工過(guò)程中，必須具有工具電極的自動(dòng)進(jìn)給和調(diào)節(jié)裝置，以保證極間正常的火花放電。

(2)火花放電必須是瞬間的脈沖性放電，這樣才能使火花放電時(shí)所產(chǎn)生的熱量局限在很小的范圍內(nèi)，以完成對(duì)工件的尺寸加工。因此，電火花加工必須采用脈沖電源。(3)火花放電必須在絕緣強(qiáng)度較高的液體介質(zhì)中進(jìn)行（如煤油、皂化液等），以利于產(chǎn)生脈沖性火花放電。

圖10-1電火花加工原理示意圖1—工件2—脈沖電源3—自動(dòng)進(jìn)給調(diào)節(jié)裝置4—工具電極6—過(guò)濾器7—工作液泵

10.2.3電解加工電解加工是利用金屬在電解液中的電化學(xué)陽(yáng)極溶解原理，將工件加工成型的。圖10-2為電解加工過(guò)程的示意圖。工件接電源正極，工具接負(fù)極。兩極之間的電壓一般為5～25V。工具向工件緩慢進(jìn)給，使兩極間保持較小的間隙（0.05～1mm），具有一定壓力（0.5～2MPa）的電解液（通常為NaCl或NaNO3溶液）從間隙中流過(guò)，這時(shí)，作為陽(yáng)極的工件金屬逐漸被電解腐蝕，電解產(chǎn)物被高速（5～50m／s）的電解液帶走。

圖10-2電解加工原理示意圖

10.2.4超聲加工超聲加工是利用工具端面作超聲頻（16～25kHz）振動(dòng)，通過(guò)工作液中懸浮磨料對(duì)工件表面沖擊拋磨來(lái)實(shí)現(xiàn)加工的。圖10-3是超聲加工原理示意圖。加工時(shí)，在工具3（一般為15鋼制成）和工件1之間加入工作液2（一般為水和煤油與磨料混合而成的懸浮液），并使工具以很小的壓力Ｐ輕輕作用于工件上。超聲發(fā)生器7將工頻交流電轉(zhuǎn)變?yōu)橛幸欢üβ瘦敵龅某曨l電振蕩，超聲換能器5將超聲頻電振蕩轉(zhuǎn)變?yōu)槌暀C(jī)械振動(dòng)，但其振幅很小，一般只有0.005～0.01mm，無(wú)法滿足加工要求。困此，需借助變幅桿4將振幅放大到0.5～0.1mm左右。這樣，固定在變幅桿端頭的工具3即產(chǎn)生了能滿足加工要求的超聲振動(dòng)。工具端面的超聲振動(dòng)，迫使工作液中的懸浮磨料以很大的速度不斷地撞擊、拋磨被加工表面，使加工區(qū)域內(nèi)的工件材料被粉碎成很小的微料，從工件表面脫落下來(lái)。循環(huán)流動(dòng)的工作液不斷帶走加工碎屑，同時(shí)，也使得加工區(qū)域中的磨料不斷得到更新。隨著工具的不斷進(jìn)給，上述加工過(guò)程不斷進(jìn)行，工具的形狀便被復(fù)映到工件上，直至達(dá)到要求的尺寸和形狀為止。

圖10-3超聲加工原理示意圖1—工件2—懸浮液3—工具4—變幅桿5—超聲換能器6—冷水7—超聲波發(fā)生器

10.2.5激光加工激光是20世紀(jì)60年代出現(xiàn)的新型光源。一般地講，激光是由處于激發(fā)狀態(tài)的原子、離子或分子受激輻射而發(fā)出的得到加強(qiáng)的光。它具有強(qiáng)度高、單色性好、相干性好和方向性好等特性。利用激光的上述特性，可經(jīng)過(guò)一系列光學(xué)系統(tǒng)，把激光光束聚焦成極小的光斑，從而獲得107～1011W／cm2的能量密度及10000℃以上的高溫，在千分之幾秒甚至更短的時(shí)間內(nèi)，足以使任何材料熔化和氣化而被蝕除下來(lái)，實(shí)現(xiàn)加工。

激光加工的原理如圖10-4所示。實(shí)現(xiàn)激光加工的設(shè)備主要包括激光器、電源、光學(xué)系統(tǒng)和機(jī)械系統(tǒng)等四個(gè)部分組成。激光器可分為固體激光器、氣體激光器、液體激光器和半導(dǎo)體激光器。激光加工中應(yīng)用較廣的是固體激光器和液體激光器。

圖10-4激光加工原理示意圖

10.2.6電子束加工電子束加工是在真空狀態(tài)下，利用高速電子的沖擊動(dòng)能轉(zhuǎn)化成局部熱能而對(duì)材料進(jìn)行加工的，其加工原理如圖10-5所示。在真空狀態(tài)下，利用電能將陰極（鎢絲）加熱到2700℃以上，發(fā)射出電子并形成電子云，在陽(yáng)極吸引下，使電子朝著陽(yáng)極方向加速運(yùn)動(dòng)，經(jīng)聚焦后得到能量密度極高（可達(dá)106～109W／cm2）、直徑僅為幾微米的電子束。它以極高的速度作用到被加工表面上，使被加工部位的材料在極短的時(shí)間（幾分之一微秒）內(nèi)溫度迅速升至幾千攝氏度，從而把局部材料瞬時(shí)熔化或氣化掉，實(shí)現(xiàn)了去除加工。圖10-5電子束加工原理示意圖10.2.7等離子射流加工

氣體被加熱到高溫而離解成自由電子和正離子的狀態(tài)，稱為等離子體。利用高溫、高速的等離子射流噴射到工件上進(jìn)行加工的方法，稱為等離子射流加工，其加工原理如圖10-6所示。在陽(yáng)極與陰極之間產(chǎn)生電弧放電，并從側(cè)面通入形成渦流的氣體，氣體被電弧解成等離子體后，由下部的噴嘴噴射出高溫、

高速的等離子射流，

對(duì)工件進(jìn)行加工。圖10-6（a）所示為加工導(dǎo)電性材料，

圖10-6（b）所示為加工非導(dǎo)電性材料。

等離子射流加工主要用于切割、車削加工和焊接（稱為等離子電弧焊）等。

圖10-6等離子射流加工原理示意圖

10.3微米/納米技術(shù)

10.3.1微米技術(shù)1.微小尺度的設(shè)計(jì)理論研究微型系統(tǒng)的設(shè)計(jì)并非簡(jiǎn)單的機(jī)械微小化，而需要從物理及物質(zhì)相互作用等方面進(jìn)行重新研究，形成一整套的設(shè)計(jì)理論與方法，其研究重點(diǎn)應(yīng)包括：微動(dòng)力學(xué)、微流體力學(xué)、微熱力學(xué)、微機(jī)械學(xué)、微光學(xué)等，并且注重現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法如CAD技術(shù)、仿真與擬實(shí)技術(shù)等在微型系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用，通過(guò)上述研究解決微型系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的尺寸效應(yīng)、表面效應(yīng)、誤差效應(yīng)及材料性能等的影響。微細(xì)加工技術(shù)與測(cè)量定位、控制技術(shù)是密切聯(lián)系的，相應(yīng)的測(cè)量定位、控制要高1～2個(gè)數(shù)量級(jí)，

需要亞微米級(jí)及納米級(jí)。

2.微細(xì)加工技術(shù)

微細(xì)加工技術(shù)包含超精機(jī)械加工、IC工藝、化學(xué)腐蝕、能量束加工等諸多方法。對(duì)于簡(jiǎn)單的面、線輪廊的加工，可以采用單點(diǎn)金剛石和CBN切削、磨削、拋光等技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)，如激光陀螺的平面反射鏡和平面度誤差要求小于30nm，表面粗糙度Ra值小于1nm等。而對(duì)于稍稍復(fù)雜一點(diǎn)的結(jié)構(gòu)，用機(jī)械加工的方法是不可能的，特別是制造復(fù)合結(jié)構(gòu)，當(dāng)今較為成熟的技術(shù)仍是IC工藝硅加工技術(shù)，如美國(guó)研制出直徑僅為60～120μm的硅微型靜電馬達(dá)等。另外建立在深層同步輻射光刻、電鍍、鑄塑技術(shù)基礎(chǔ)上的LIGA技術(shù)，在制作具有很大縱橫比的復(fù)雜微結(jié)構(gòu)方面取得了重大進(jìn)展，并日趨成熟，其橫向尺寸可小到0.5μm，加工精度達(dá)0.1μm。同時(shí)能量束加工如離子束加工、分子束加工、激光束加工以及電化學(xué)加工、精密電火花加工等，在微細(xì)加工甚至納米加工領(lǐng)域發(fā)揮著越來(lái)越重要的作用。

3.精密測(cè)試技術(shù)具有微米及亞微米測(cè)量精度的幾何量與表面形貌測(cè)量技術(shù)亦已成熟，如具有0.01μm精度的HP5528雙頻激光干涉測(cè)量系統(tǒng)，具有0.01μm精度的光學(xué)與觸針式輪廓掃描系統(tǒng)等。因此，目前精密測(cè)試技術(shù)的一個(gè)重要研究對(duì)象是微結(jié)構(gòu)的力學(xué)性能，如諧振頻率、彈性模量、殘余應(yīng)力的測(cè)試和微結(jié)構(gòu)的表面形貌及內(nèi)部結(jié)構(gòu)，如微體缺陷、微裂縫、微沉積物的測(cè)試，由此出現(xiàn)了軟X射線顯微鏡、

掃描光聲顯微鏡等新技術(shù)。

4.微系統(tǒng)技術(shù)

在研究微系統(tǒng)設(shè)計(jì)、加工、測(cè)量的基礎(chǔ)上，國(guó)內(nèi)外較廣泛地開(kāi)展了微型傳感、微執(zhí)行機(jī)構(gòu)、微電子信號(hào)處理等方面的研究工作，如已制作出微型力傳感器、微型泵、微電機(jī)等。下一階段的目標(biāo)是如何將微機(jī)構(gòu)、微傳感器、微執(zhí)行器、微電子信號(hào)處理電路等集成于一體，這種集成技術(shù)亦是建立于微細(xì)加工的基礎(chǔ)之上，其主要研究問(wèn)題包括：微系統(tǒng)的宏、微界面接口技術(shù)，封裝技術(shù)，粘接技術(shù)，系統(tǒng)自檢、自律、自校正技術(shù)等。同時(shí)已經(jīng)研制出了一些典型微系統(tǒng)，如用于化學(xué)成分檢測(cè)的微成分檢測(cè)系統(tǒng)（5mm×5mm×3mm），

用于心臟狀態(tài)監(jiān)測(cè)的微系統(tǒng)（4mm×8mm），用于導(dǎo)航的微慣性系統(tǒng)（20mm×20mm×5mm）等。

10.3.2納米技術(shù)

1.納米電子技術(shù)目前掃描探針顯微技術(shù)可以在表面上形成納米級(jí)寬度的線條，如日本、英國(guó)、美國(guó)均已成功地加工出了5～20nm的線條，由此將集成電路的幾何結(jié)構(gòu)進(jìn)一步減小，超越目前發(fā)展中的極限，因而使得功能密度和數(shù)據(jù)通過(guò)率達(dá)到目前難以想象的水平。在這個(gè)尺度上，新的物理效應(yīng)將會(huì)出現(xiàn)，利用它可以發(fā)展新穎的量子器件，像原子開(kāi)關(guān)、共振隧道二極管、量子激光器等。納米電子技術(shù)的另一個(gè)誘人的研究方向是發(fā)展分子電子器件和生物芯片，它們以分子組合為基礎(chǔ)，是一種全新的電子元件。

2.納米機(jī)械技術(shù)

納米機(jī)械技術(shù)包括的領(lǐng)域很廣，其研究基礎(chǔ)包括納米加工過(guò)程的動(dòng)力學(xué)模擬、納米構(gòu)件與表面分子工程、納米摩擦學(xué)等。這里所指的納米機(jī)械是能實(shí)現(xiàn)納米尺寸上某種功能的機(jī)械，如納米制造設(shè)備及納米執(zhí)行器，納米執(zhí)行器能實(shí)現(xiàn)納米尺度的移動(dòng)與定位。典型的納米執(zhí)行器有兩種，一種是基于線性馬達(dá)的Yoshida系統(tǒng)，有1nm定位精度和200nm／s的速度；另一種是基于壓電陶瓷管的蠕動(dòng)爬行裝置，以步進(jìn)方式很容易實(shí)現(xiàn)1nm的定位以及在掃描隧道顯微鏡（ScanningTunnelingMicroscope，簡(jiǎn)稱STM）和原子力顯微鏡（AtomicForceMicroscope，簡(jiǎn)稱AFM）上達(dá)到0.01nm的精確定位。

3.納米材料技術(shù)

納米材料技術(shù)是發(fā)展最早且研究最深入的學(xué)科。納米材料由于其結(jié)構(gòu)的特殊性，如大的表面比、小尺寸效應(yīng)、界面效應(yīng)、量子效應(yīng)和量子隧道效應(yīng)等一系列新的效應(yīng)，使其具有許多不同于傳統(tǒng)材料的獨(dú)特性能，從而成為未來(lái)新材料中的一員，如隱身材料，高靈敏度、高響應(yīng)的傳感材料，多功能復(fù)相陶瓷材料等。納米材料還為基礎(chǔ)研究提供可控參數(shù)的樣品，如納米薄膜、納米超微粉等用于研究上述效應(yīng)。

4.納米加工技術(shù)

納米加工技術(shù)的發(fā)展面臨兩大途徑：一方面是將傳統(tǒng)的超精加工技術(shù)，如機(jī)械加工（單點(diǎn)金剛石和CBN刀具切削、磨削、拋光）、電化學(xué)加工（ECM）、電火花加工（EDM）、離子和等離子體蝕刻、分子束外延（MBE）、物理和化學(xué)氣相沉積、激光束加工、LIGA技術(shù)等向其極限精度逼近，使其具有納米的加工能力。另一方面，開(kāi)拓新效應(yīng)的加工方法，如STM對(duì)表面的納米加工，可操縱原子和分子，并對(duì)表面進(jìn)行刻蝕。如美國(guó)的IBM公司利用STM將35個(gè)原子排出“IBM”字樣，且在硅片上覆蓋一層20nm厚的聚甲基丙烯甲酯（PMMA），再利用STM光刻，得到10nm寬的線條等。

5.納米測(cè)量技術(shù)以上所涉及有關(guān)納米技術(shù)的研究，均離不開(kāi)對(duì)它們的分析測(cè)試工作——納米測(cè)量技術(shù)，或稱之為納分析和納探針技術(shù)。其中納探針技術(shù)發(fā)展迅速并較為成熟，隨著20世紀(jì)80年代STM的出現(xiàn)，使人們能直接觀察到物質(zhì)表面的原子結(jié)構(gòu)，把人們帶到了微觀世界。STM具有極高的空間分辨率（橫向可達(dá)0.1nm，縱向可低于0.01nm）和廣泛的適用性，在國(guó)際上一度掀起STM的熱潮，并在一定程度上推動(dòng)了納米技術(shù)的產(chǎn)生與發(fā)展?；赟TM發(fā)展起來(lái)了一系列利用探針與樣品的不同相互作用，來(lái)探測(cè)表面或界面納米尺寸上表現(xiàn)出來(lái)的物理與化學(xué)性質(zhì)的掃描探針顯微鏡（ScanningProbeMicroscope，簡(jiǎn)稱SPM），如原子力顯微鏡（AFM）、磁力顯微鏡（MagneticForceMicroscope，簡(jiǎn)稱MFM）、摩擦力顯微鏡（LateralForceMicroscope，簡(jiǎn)稱LFM）、彈道電子發(fā)射顯微鏡（BallisticElectron

Emission

Microscope，

簡(jiǎn)稱BEEM）、

光子掃描隧道顯微鏡（PhotomScanningTunnelingMicroscope，簡(jiǎn)稱PSTM）、掃描隧道顯微鏡（ScanningTunnelingPotentiometry，簡(jiǎn)稱STP）、掃描離子電導(dǎo)顯微鏡（ScanningIonconductanceMicroscope，簡(jiǎn)稱SICM）、掃描熱顯微鏡（ScanningThermalMicroscope，簡(jiǎn)稱STM）、掃描力顯微鏡（ScanningForceMicrscope，簡(jiǎn)稱SFM）等。另外光學(xué)干涉顯微測(cè)量技術(shù)亦得到長(zhǎng)足的發(fā)展，如外差干涉測(cè)量技術(shù)、超短波長(zhǎng)干涉測(cè)量技術(shù)，隨著一些新技術(shù)、新方法的應(yīng)用亦具有納米級(jí)測(cè)量精度，如外差干涉光學(xué)輪廓儀具有約0.1nm的分辨率，X射線干涉測(cè)量?jī)x是以硅的101面的晶格間距（約0.2nm）作為測(cè)量基準(zhǔn)，具有0.01nm的分辨本領(lǐng)。而微細(xì)結(jié)構(gòu)的缺陷，如金屬聚積物、微沉積物、微裂紋等測(cè)試的納米分析技術(shù)目前發(fā)展尚不成熟。據(jù)報(bào)道，國(guó)外在該領(lǐng)域的研究工作主要有用于晶體缺陷的激光掃描層析技術(shù)（LaserScanningTomograph，簡(jiǎn)稱LST），其探測(cè)微粒尺度的分辨率達(dá)1nm；用于研究樣品頂部幾個(gè)微米之內(nèi)缺陷情況的納米激光雷達(dá)技術(shù)（Nanolidar），

其探測(cè)尺度分辨率亦達(dá)1nm。10.3.3微小型化的尺寸效應(yīng)(1）力的尺寸效應(yīng)。在微小尺寸領(lǐng)域，與特征尺寸L的高次方成比例的慣性力、電磁力（L3）等的作用相應(yīng)減小，而與尺寸的低次方成比例的粘性力、彈性力（L2）、表面張力（L1）、靜電力（L0）等的作用相對(duì)增大。（2）表面效應(yīng)。隨著尺寸的減小，表面積（L2）與體積（L3）之比相對(duì)增大，因而熱傳導(dǎo)、化學(xué)反應(yīng)等加速，

表面間的摩擦阻力顯著增大。

（3）誤差效應(yīng)。對(duì)于微小構(gòu)件，加工誤差與構(gòu)件尺寸之比相對(duì)增大，這可能使微小機(jī)構(gòu)的特性受誤差影響增大。（4）材料性能。尺寸減小，材料內(nèi)部缺陷減少，材料的機(jī)械強(qiáng)度大幅度增大。微型薄膜構(gòu)件的彈性模量、抗拉強(qiáng)度、殘余內(nèi)應(yīng)力、破壞韌性、疲勞強(qiáng)度等與塊材不盡相同，尺寸減小到一定程度，有些宏觀物理量甚至要重新定義。微觀摩擦的機(jī)理也在研究中。另外，隨著尺寸減小，人們需要進(jìn)一步研究微動(dòng)力學(xué)、微細(xì)管道流體特性、微小物體的熱力學(xué)特性以及CAD、仿真和擬實(shí)技術(shù)等。

10.3.4微細(xì)加工工藝1.半導(dǎo)體加工技術(shù)（1）光刻加工技術(shù)。光刻加工是用照相復(fù)印的方法將光刻掩膜上的圖形印制在涂有光致抗蝕劑（光刻膠）的薄膜或基材表面，然后進(jìn)行選擇性腐蝕，刻蝕出規(guī)律的圖形。所用的基材有各種金屬、半導(dǎo)體和介質(zhì)材料。光致抗蝕劑是一類經(jīng)光照后能發(fā)生交聯(lián)、分解或聚合等光化學(xué)反應(yīng)的高分子溶液。光刻加工工藝的基本過(guò)程通常包括涂膠、曝光、顯影、堅(jiān)膜、腐蝕、去膠等步驟。在制造大規(guī)模、超大規(guī)模集成電路等場(chǎng)合，需采用CAD技術(shù)，把集成電路設(shè)計(jì)和制造結(jié)合起來(lái)，即進(jìn)行自動(dòng)制版。

光刻質(zhì)量和光致抗蝕劑種類、光刻工藝及掩膜版質(zhì)量直接相關(guān)。為了提高光刻分辨率，制造更高密度的集成電路，以及降低缺陷密度和提高生產(chǎn)率，人們提出了一系列的改進(jìn)措施，主要有：在光掩膜制作上采用移相掩膜（PhaseShiftMasks）技術(shù)；在曝光工序上采用以激發(fā)深紫外波長(zhǎng)的準(zhǔn)分子激光器這一曝光光源，顯著提高曝光分辨率；采用光致抗蝕劑化學(xué)增幅技術(shù)，提高輻照曝光的感光靈敏度；在刻蝕技術(shù)方面，為了實(shí)現(xiàn)0.1～0.01μm圖形超精加工，人們加強(qiáng)了高能粒子束直接掃射成像技術(shù)的研究。

（2）體微型機(jī)械加工技術(shù)。體微型機(jī)械加工是一種對(duì)硅襯底的某些部位用腐蝕技術(shù)有選擇地除去一部分以形成微型機(jī)械結(jié)構(gòu)的工藝，常用的主要有濕法腐蝕和干法腐蝕兩種。濕法腐蝕是應(yīng)用化學(xué)腐蝕的方法對(duì)硅片進(jìn)行加工的技術(shù)，一般用各向同性化學(xué)腐蝕、各向異性化學(xué)腐蝕和電化學(xué)腐蝕。干法腐蝕是利用粒子轟擊對(duì)材料的某些部位進(jìn)行選擇性腐蝕的方法，即采用等離子體腐蝕、離子束和濺射腐蝕、反應(yīng)離子束腐蝕等工藝來(lái)腐蝕多晶硅膜、氧化硅膜、氮化硅膜以形成微型機(jī)械結(jié)構(gòu)。目前，隨著干法腐蝕技術(shù)的發(fā)展，已形成以干法為主，干、濕結(jié)合的刻蝕工藝。

（3）表面微型機(jī)械加工技術(shù)。表面微型機(jī)械加工技術(shù)是在硅表面根據(jù)需要生長(zhǎng)多層薄膜，如二氧化硅（SiO2）、多晶硅、氮化硅、磷硅玻璃膜層（PSG），采用選擇性腐蝕技術(shù)，去除部分不需要的膜層，在硅平面上形成所需要的形狀，甚至是可動(dòng)部件。去除的部分膜層一般稱為“犧牲層”，整個(gè)加工過(guò)程都在硅片表面層上進(jìn)行，其核心技術(shù)是“犧牲層”技術(shù)。該技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)是：在制造過(guò)程中所使用的材料和工藝與常規(guī)集成電路生產(chǎn)有很強(qiáng)的兼容性，不必另外投資；再者，只要在制膜上略加改動(dòng)，就可以用同樣的方法制造出大量的不同結(jié)構(gòu)。其最大的優(yōu)勢(shì)在于把機(jī)械結(jié)構(gòu)和電子電路集成一起的能力，從而使微產(chǎn)品具有更好的性能和更高的穩(wěn)定性。

2.光刻電鑄

光刻電鑄即LIGA（德文，LithographieGalvanoformingAbformung）工藝，利用X射線的深層光刻與電鑄相結(jié)合，能夠?qū)崿F(xiàn)高深寬比的金屬、塑料等多種材料的微細(xì)加工。與犧牲層腐蝕工藝結(jié)合，已制造出直徑為微米級(jí)尺寸的金屬齒輪以及微小的加速度計(jì)等。低成本的LIGA工藝和準(zhǔn)LIGA的加工工藝也在研究中。

LIGA技術(shù)是20世紀(jì)80年代初期德國(guó)卡爾斯魯耳原子能研究中心為鈾-235研制微型噴嘴結(jié)構(gòu)的過(guò)程中產(chǎn)生的。該技術(shù)是一種由半導(dǎo)體光刻工藝派生出來(lái)的，采用光刻方法一次生成三維空間微型機(jī)械構(gòu)件的方法，

經(jīng)過(guò)十幾年的發(fā)展已趨成熟。

圖10-7用LIGA技術(shù)制造器件的過(guò)程

LIGA技術(shù)的機(jī)理由深層X(jué)射線光刻、電鑄成形及塑注成形三個(gè)工藝組成。它的主要工藝過(guò)程為：X光光刻掩膜板的制作、X光深光刻、光刻膠顯影、電鑄成形、塑模制作、塑模脫膜成形等。具體過(guò)程為：先用聚乙-甲基丙烯酸甲酯等作光致抗蝕劑涂在基板上，再在基板上蓋上已刻好圖形的金屬掩膜，再用X線使光刻膠層曝光、顯影，將未曝光部分溶解掉，制成抗蝕層的結(jié)構(gòu)圖形，再在抗蝕層結(jié)構(gòu)圖形的間隙處鍍上鎳、銅或金等金屬至所需厚度，制成金屬模，再以此模為母模注射塑料型芯，最后將型芯電鍍成金屬構(gòu)件。圖10-7所示為用LIGA技術(shù)制造器件的過(guò)程。

3.集成電路（IC）技術(shù)這是一種發(fā)展十分迅速且較成熟的制作大規(guī)模電路的加工技術(shù)，在微型機(jī)械加工中使用較為普遍，是一種平面加工技術(shù)。

但該技術(shù)的刻蝕深度只有數(shù)百納米，且只限于制作硅材料的零、

部件。

4.超微型機(jī)械加工和電火花線切割加工

精密微細(xì)切削加工適合所有金屬材料、塑料及工程陶瓷，適合具有回轉(zhuǎn)表面的微型零件加工，如圓柱體、螺紋表面、溝槽、圓孔及平面加工，切削方式有車削、銑削、鉆削。精密微細(xì)磨削可用于硬脆材料的圓柱體表面、溝槽、切斷的加工。微細(xì)電火花加工是利用微型EDM電極對(duì)工件進(jìn)行電火花加工，可以對(duì)金屬、聚晶金剛石、單晶硅等導(dǎo)體