細(xì)微加工技術(shù)(精密加工)

2024/5/268.1微細(xì)加工技術(shù)的出現(xiàn)8.2微細(xì)加工的概念及其特點8.3微細(xì)加工機(jī)理8.4微細(xì)加工方法8.5集成電路與印制線路板制作技術(shù)

第8章微細(xì)加工技術(shù)2024/5/26一、制造技術(shù)自身加工的極限第1節(jié)微細(xì)加工技術(shù)的出現(xiàn)現(xiàn)代制造技術(shù)的兩大發(fā)展趨勢：1)自動化、柔性化、集成化、智能化等方向發(fā)展--制造系統(tǒng)自動化；2)極小尺度、極大尺度和極端功能。微細(xì)加工技術(shù)是指制造微小尺寸零件的加工技術(shù)。指1mm以下的微細(xì)尺寸零件，加工精度為0.01-0.001mm。微細(xì)加工屬于精密加工范疇。超微細(xì)加工：1μm以下超微細(xì)尺寸零件，加工精度為0.1-0.01μm。2024/5/26二、微細(xì)加工出現(xiàn)的歷史背景第1節(jié)微細(xì)加工技術(shù)的出現(xiàn)1.精密機(jī)械儀器儀表零件的微細(xì)加工2.電子設(shè)備微型化和集成化的需求微細(xì)加工是電子設(shè)備微型化和集成化的關(guān)鍵技術(shù)之一。3.集成電路的制作技術(shù)集成電路是電子設(shè)備微型化和集成化中的重要元件。微細(xì)加工技術(shù)的出現(xiàn)和發(fā)展與集成電路密切相關(guān)。2024/5/26一、微細(xì)加工的概念第2節(jié)微細(xì)加工的概念及其特點微細(xì)加工技術(shù)：廣義上包含各種傳統(tǒng)精密加工方法和與傳統(tǒng)精密加工方法完全不同的新方法；狹義上，半導(dǎo)體集成電路制造技術(shù)。整體微細(xì)加工技術(shù)：用各種微細(xì)加工方法在集成電路基片上制造出各種微型運(yùn)動機(jī)械，即微型機(jī)械和微型機(jī)電系統(tǒng)。2024/5/26一、微細(xì)加工的概念第2節(jié)微細(xì)加工的概念及其特點微小尺寸加工與一般尺寸加工的不同點：1.精度的表示方法；一般尺寸—加工誤差與加工尺寸的比值(精度比率)表示；微細(xì)加工—尺寸的絕對值表示，即用加工單位尺寸(簡稱加工單位，去除的一塊材料的大小)表示。如：微細(xì)加工0.01mm尺寸零件采用微米加工單位；加工微米零件尺寸采用亞微米加工單位；超微細(xì)加工采用納米加工單位。

2.微觀機(jī)理；一般尺寸—吃刀量較大，忽視晶粒大小作為連續(xù)體看；微細(xì)加工—吃刀量小于材料晶粒直徑，晶?？醋鞑贿B續(xù)體。3.加工特征。一般尺寸—尺寸、形狀、位置精度為加工特征；微細(xì)加工—分離或結(jié)合原子、分子為加工對象，以電子束、離子束、激光束三束加工為基礎(chǔ)，采用沉積、刻蝕、濺射、蒸鍍等手段進(jìn)行。2024/5/26二、微細(xì)加工的特點第2節(jié)微細(xì)加工的概念及其特點1.微細(xì)加工和超微細(xì)加工是一個多學(xué)科的制造系統(tǒng)工程；2.微細(xì)加工和超微細(xì)加工是一門多學(xué)科的綜合高新技術(shù)；加工方法包括分離、結(jié)合、變形三大類。采用傳統(tǒng)和非傳統(tǒng)加工工藝。3.平面工藝是微細(xì)加工的工藝基礎(chǔ)；平面工藝是制作半導(dǎo)體基片、電子元件和電子線路及其連線、封裝等一整套制造工藝技術(shù)，現(xiàn)在正在發(fā)展立體工藝技術(shù)，如光刻-電鑄-模鑄復(fù)合成型技術(shù)。4.微細(xì)加工和超微細(xì)加工與自動化技術(shù)聯(lián)系緊密；通過采用自動化技術(shù)來保證質(zhì)量和穩(wěn)定性。5.微細(xì)加工技術(shù)和精密加工技術(shù)互補(bǔ)；6.微細(xì)加工檢測一體化。在位、在線檢測。2024/5/26一、切削厚度與材料剪切應(yīng)力的關(guān)系第3節(jié)微細(xì)加工機(jī)理切削厚度?。辉诰Я?nèi)進(jìn)行切削；切削力要大于晶體內(nèi)部的分子、原子結(jié)合力；單位面積的切削阻力非常大；切削刃上所承受的剪切應(yīng)力也非常大。微細(xì)切削時用金剛石刀具進(jìn)行切削2024/5/26二、材料缺陷分布對其破壞方式的影響第3節(jié)微細(xì)加工機(jī)理1.點缺陷點缺陷指在三維尺度上都很小的,不超過幾個原子直徑的缺陷。點缺陷造成局部晶格畸變,使金屬的電阻率、屈服強(qiáng)度增加,密度發(fā)生變化。

2024/5/26二、材料缺陷分布對其破壞方式的影響第3節(jié)微細(xì)加工機(jī)理空位在晶體晶格中,若某結(jié)點上沒有原子,則這結(jié)點稱為空位?？瘴桓浇脑訒x正常結(jié)點位置,造成晶格畸變?？瘴坏拇嬖谟欣诮饘賰?nèi)部原子的遷移(即擴(kuò)散)。2024/5/26二、材料缺陷分布對其破壞方式的影響第3節(jié)微細(xì)加工機(jī)理間隙原子

位于晶格間隙之中的原子叫間隙原子。間隙原子會造成其附近晶格的很大畸變。2024/5/26二、材料缺陷分布對其破壞方式的影響第3節(jié)微細(xì)加工機(jī)理異類原子

任何純金屬中都或多或少會存在雜質(zhì),即其它元素,這些原子稱異類原子(或雜質(zhì)原子)。當(dāng)異類原子與金屬原子的半徑接近時,則異類原子可能占據(jù)晶格的一些結(jié)點;當(dāng)異類原子的半徑比金屬原子的半徑小得多,則異類原子位于晶格的空隙中,它們都會導(dǎo)致附近晶格的畸變。2024/5/26二、材料缺陷分布對其破壞方式的影響第3節(jié)微細(xì)加工機(jī)理2.線缺陷線缺陷指兩維尺度很小而第三維尺度很大的缺陷。這就是位錯,由晶體中原子平面的錯動引起。位錯有兩種。

2024/5/26二、材料缺陷分布對其破壞方式的影響第3節(jié)微細(xì)加工機(jī)理刃型位錯

在金屬晶體中，由于某種原因，晶體的一部分相對于另一部分出現(xiàn)一個多余的半原子面。這個多余的半原子面猶如切入晶體的刀片，刀片的刃口線即為位錯線。這種線缺陷稱刃型位錯。半原子面在上面的稱正刃型位錯,半原子面在下面的稱負(fù)刃型位錯。位錯線滑移方向2024/5/26二、材料缺陷分布對其破壞方式的影響第3節(jié)微細(xì)加工機(jī)理螺型位錯

晶體右邊的上部點相對于下部的距點向后錯動一個原子間距，即右邊上部相對于下部晶面發(fā)生錯動。若將錯動區(qū)的原子用線連接起來，則具有螺旋型特征。這種線缺陷稱螺型位錯。位錯線滑移方向2024/5/26二、材料缺陷分布對其破壞方式的影響第3節(jié)微細(xì)加工機(jī)理3.面缺陷

面缺陷是指二維尺度很大而第三維尺度很小的缺陷。金屬晶體中的面缺陷主要有晶界和亞晶界兩種。晶界和亞晶界均可提高金屬的強(qiáng)度。晶界越多,晶粒越細(xì),金屬的塑性變形能力越大,塑性越好。

2024/5/26晶界實際金屬為多晶體,是由大量外形不規(guī)則的小晶體即晶粒組成的。每個晶?；旧峡梢暈閱尉w.一般尺寸為10-5～10-4m,但也有大至幾個或十幾個毫米的。所有晶粒的結(jié)構(gòu)完全相同,但彼此之間的位向不同,位向差為幾十分、幾度或幾十度。晶粒與晶粒之間的接觸界面叫做晶界。晶界在空中呈網(wǎng)狀；晶界上原子的排列規(guī)則性較差。

1Cr17不銹鋼的多晶體

晶界原子排列的示意圖

2024/5/26亞晶界

晶粒也不是完全理想的晶體，而是由許多位向相差很小的所謂亞晶粒組成的。晶粒內(nèi)的亞晶粒又叫晶塊(或嵌鑲塊)。亞晶粒之間的位向差只有幾秒、幾分，最多達(dá)1～2度。亞晶粒之間的邊界叫亞晶界。亞晶界是位錯規(guī)則排列的結(jié)構(gòu)。例如，亞晶界可由位錯垂直排列成位錯墻而構(gòu)成。亞晶界是晶粒內(nèi)的一種面缺陷。

2024/5/26二、材料缺陷分布對其破壞方式的影響第3節(jié)微細(xì)加工機(jī)理晶格原子(-10-6mm)在晶格原子空間的破壞是把原子一個一個去除；空位和填隙原子(10-6-10-4mm)點缺陷空間的破壞是以點缺陷為起點來增加晶格缺陷的破壞;晶格位移和微裂紋(10-4-10-2mm)位錯缺陷，通過位錯線的滑移或微裂紋引起晶體內(nèi)滑移變形晶界、空隙和裂紋(10-2-1mm)面缺陷，晶粒間破壞缺口(1mm以上)拉應(yīng)力集中引起破壞破壞方式2024/5/26三、各種微細(xì)加工方法的加工機(jī)理第3節(jié)微細(xì)加工機(jī)理分類加工機(jī)理加工方法去除加工（又稱為分離加工，是從工件上去除多余的材料）化學(xué)分解（氣體、液體、固體）電解（液體）蒸發(fā)（真空、氣體）擴(kuò)散（固體）熔化（液體）濺射（真空）刻蝕（曝光），化學(xué)拋光，軟質(zhì)粒子機(jī)械化學(xué)拋光電解加工，電解拋光電子束加工，激光加工，熱射線加工擴(kuò)散去除加工熔化去除加工粒子束濺射去除加工，等離子體加工結(jié)合加工（又稱為附著加工，利用理化方法將不同材料結(jié)合在一起）化學(xué)附著化學(xué)結(jié)合電化學(xué)附著電化學(xué)結(jié)合熱附著擴(kuò)散結(jié)合熔化結(jié)合物理附著注入化學(xué)鍍，氣相鍍氧化，氮化電鍍、電鑄陽極氧化蒸鍍（真空蒸鍍），晶體生長，分子束外延燒結(jié)，摻雜，滲碳浸鍍，熔化鍍?yōu)R射沉淀，離子沉淀（離子鍍）離子濺射注入加工變形加工（又稱為流動加工，是利用力、熱、分子運(yùn)動等手段使工件產(chǎn)生變形，改變其尺寸、形狀和性能

）熱表面流動粘滯性流動摩擦流動熱流動加工（高頻電流、熱射流、電子束、激光）液體、氣體流動加工（壓鑄、擠壓、噴射、澆鑄）微粒子流動加工2024/5/26一、微細(xì)加工方法分類第4節(jié)微細(xì)加工方法微細(xì)加工方法分類與精密加工方法相同.考慮加工對象與集成電路關(guān)系密切,一般按分離加工、結(jié)合加工、變形加工的加工機(jī)理分類.2024/5/26分類加工方法可加工材料應(yīng)用切削加工（傳統(tǒng)加工）等離子體切削微細(xì)切削微細(xì)鉆削各種材料有色金屬及其合金低碳鋼、銅、鋁熔斷鉬、鎢等高熔點材料，硬質(zhì)合金球，磁盤，反射鏡，多面棱鏡油泵油嘴，化學(xué)噴絲頭，印刷電路板磨料加工（傳統(tǒng)加工）微細(xì)磨削研磨拋光彈性發(fā)射加工噴射加工黑色金屬、硬脆材料金屬、半導(dǎo)體、玻璃金屬、半導(dǎo)體、玻璃金屬、非金屬金屬、玻璃、水晶集成電路基片的外圓、平面磨削平面、孔、外圓加工，硅片基片平面、孔、外圓加工，硅片基片硅片基片刻槽，切斷，圖案成形，破碎特種加工（非傳統(tǒng)加工）電火花成形加工電火花切割加工電解加工超聲波加工微波加工電子束加工粒子束去除加工激光去除加工光刻加工導(dǎo)電金屬，非金屬導(dǎo)電金屬金屬，非金屬硬脆金屬，非金屬絕緣金屬，半導(dǎo)體各種材料各種材料各種材料金屬，非金屬，半導(dǎo)體孔，溝槽，狹縫，方孔，型腔切斷，切槽模具型腔，大空，切槽，成形刻模，落料，切片，打孔，刻槽在玻璃、紅寶石、陶瓷等上打孔打孔，切割，光刻成形表面，刃磨，割蝕打孔，切斷，劃線劃線，圖形成形復(fù)合加工電解磨削電解拋光化學(xué)拋光各種材料金屬，半導(dǎo)體金屬，半導(dǎo)體刃磨，成形，平面，內(nèi)圓平面，外圓，型面，細(xì)金屬絲，槽平面分離加工2024/5/26分類加工方法可加工材料應(yīng)用附著加工蒸鍍分子束鍍膜分子束外延生長離子束鍍膜電鍍(電化學(xué)鍍)電鑄噴鍍金屬金屬金屬金屬、非金屬金屬金屬金屬、非金屬鍍膜、半導(dǎo)體器件鍍膜、半導(dǎo)體器件半導(dǎo)體器件干式鍍膜、半導(dǎo)體器件、刀具、工具電鑄型、圖案成形、印制線路板噴絲板、柵網(wǎng)、網(wǎng)刃、鐘表零件圖案成形、表面改性注入加工離子束注入氧化、陽極氧化擴(kuò)散激光表面處理金屬、非金屬金屬金屬、半導(dǎo)體金屬半導(dǎo)體摻雜絕緣層摻雜、滲碳、表面改性表面改性、表面熱處理結(jié)合加工電子束焊接超聲波焊接激光焊接金屬金屬金屬、非金屬難熔金屬、化學(xué)性能活潑金屬集成電路引線鐘表零件、電子零件結(jié)合加工2024/5/26加工方法可加工材料應(yīng)用壓力加工鑄造(精鑄、壓鑄)金屬金屬、非金屬板、絲的壓延、精沖、拉拔、擠壓、波導(dǎo)管、衍射光柵集成電路封裝、引線變形加工2024/5/261-發(fā)射陰極2-控制柵極3-加速陽極4-聚焦系統(tǒng)5-電子束斑點6-工件7-工作臺二、微細(xì)加工的基礎(chǔ)技術(shù)第4節(jié)微細(xì)加工方法1.電子束加工電子束加工（electronbeammachining，EBM）是在真空條件下，利用電子槍中產(chǎn)生的電子經(jīng)加速、聚焦后能量密度為106～109w/cm2的極細(xì)束流高速沖擊到工件表面上極小的部位，并在幾分之一微秒時間內(nèi)，其能量大部分轉(zhuǎn)換為熱能，使工件被沖擊部位的材料達(dá)到幾千攝氏度，致使材料局部熔化或蒸發(fā)，來去除材料。電子半徑2.8*10-12mm；質(zhì)量9*10-29g；能量幾百萬電子伏；可聚焦到直徑1-2μm；能量密度可達(dá)109W/cm2。2024/5/26電子束照射在工件表面上的功率密度q-功率密度(W/cm2);V-工作電壓(V);I-電流(A);r-電子束斑半徑。功率密度(1)電子束的熱效應(yīng)及其加工2024/5/26飽和溫度：電子束連續(xù)照射無限長時，中心部分達(dá)到熱平衡溫度。θ0-飽和溫度(°C);φ-電子束輸入熱流量(W);λ-材料導(dǎo)熱率[W/(m·K)];r-電子束斑半徑(m)?；鶞?zhǔn)時間：使電子束照射區(qū)蒸發(fā)，其它地方保持較低溫度。tc-電子束照射基準(zhǔn)時間(s);ρ-材料密度(kg/m3);C-材料比熱容[J/(kg·K)]2024/5/26利用電子束熱效應(yīng)加工低功率密度照射—提高表面硬度和強(qiáng)度，表面改性；中等功率密度照射—出現(xiàn)溶化、氣化和蒸發(fā)，電子束焊接；高功率密度照射—鉆孔、切槽等。2024/5/26電子束掃描曝光(2)電子束的化學(xué)效應(yīng)及其加工利用圖形發(fā)生器將聚焦在1μm以內(nèi)的電子束在大約0.5-5mm范圍自由掃描，在光致抗蝕劑上繪制圖形。(光致抗蝕劑上照射處和未照射處的相對分子質(zhì)量不同，在光致抗蝕劑上會產(chǎn)生潛像，用顯影液會使?jié)撓耧@示)主要用于掩膜或基片的圖形制作。常用光致抗蝕劑有聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA膠)。2024/5/26電子束投影曝光利用電子束作為光源，使它通過原版，再以1/5-1/10的比例縮小投影到光致抗蝕劑上進(jìn)行圖形曝光。又稱“電子束復(fù)印”2024/5/26(3)電子束加工裝置電子槍系統(tǒng)：發(fā)射高速電子；真空系統(tǒng)：抽真空；控制系統(tǒng)：由聚焦裝置、偏轉(zhuǎn)裝置和工作臺位移裝置組成，控制電子束束徑大小、方向和工件位移。電源系統(tǒng)：提供穩(wěn)壓電源、控制電壓、加速電壓。2024/5/26束徑小、能量密度高；束徑100-0.01μm，可加工深孔被加工對象范圍廣；金屬、非金屬、半導(dǎo)體等材料加工速度快，效率高；控制性能好，易于實現(xiàn)自動化。(3)電子束加工特點及其應(yīng)用2024/5/26二、微細(xì)加工的基礎(chǔ)技術(shù)第4節(jié)微細(xì)加工方法2.離子束加工離子束加工（ionbeammachining，IBM）是在真空條件下利用離子源（離子槍）產(chǎn)生的離子經(jīng)加速聚焦形成高能的離子束流投射到工件表面，使材料變形、破壞、分離以達(dá)到加工目的。因為離子帶正電荷且質(zhì)量是電子的千萬倍，且加速到較高速度時，具有比電子束大得多的撞擊動能，因此，離子束撞擊工件將引起變形、分離、破壞等機(jī)械作用，而不像電子束是通過熱效應(yīng)進(jìn)行加工。2024/5/26(1)離子束的力效應(yīng)及其濺射現(xiàn)象離子束濺射現(xiàn)象：質(zhì)量大動能高的離子沖擊工件表面時，將產(chǎn)生彈性碰撞，將能量傳遞給工件材料的原子、分子，其中一部分能量使原子、分子產(chǎn)生濺射，被拋出工件表面。直線彈性一次碰撞所傳遞動能E-傳遞給原(分)子能量；E0-入射離子能量；m0-入射離子質(zhì)量；m-被撞擊原(分)子能量。m=m0時，E=E0，濺射效果最好2024/5/26濺射率：被一個入射離子所去除的原子或分子數(shù)。相對濺射速度：相對于離子束的單位面積電流，在加工表面垂直方向上的加工速度。加工速度：用單位時間內(nèi)的加工深度或體積來表示。a)10KevAr離子加工BK-7玻璃；(濺射率)b)5KevAr離子加工SiO2玻璃。(濺射率)c)10KevAr離子加工BK-7玻璃；(相對濺射速度)入射角60度時相對濺射速度最大2024/5/26(2)離子束加工方法1)離子束濺射去除2024/5/262024/5/26離子刻蝕當(dāng)所帶能量為0.1～5keV、直徑為十分之幾納米的的氬離子轟擊工件表面時，此高能離子所傳遞的能量超過工件表面原子（或分子）間鍵合力時，材料表面的原子（或分子）被逐個濺射出來，以達(dá)到加工目的這種加工本質(zhì)上屬于一種原子尺度的切削加工，通常又稱為離子銑削。離子束刻蝕可用于加工空氣軸承的溝槽、打孔、加工極薄材料及超高精度非球面透鏡，還可用于刻蝕集成電路等的高精度圖形。2024/5/26離子濺射沉積采用能量為0.1～5keV的氬離子轟擊某種材料制成的靶材，將靶材原子擊出并令其沉積到工件表面上并形成一層薄膜。實際上此法為一種鍍膜工藝。2)離子束濺射鍍膜加工2024/5/26離子鍍膜離子鍍膜一方面是把靶材射出的原子向工件表面沉積，另一方面還有高速中性粒子打擊工件表面以增強(qiáng)鍍層與基材之間的結(jié)合力（可達(dá)10～20MPa），此法適應(yīng)性強(qiáng)、膜層均勻致密、韌性好、沉積速度快，目前已獲得廣泛應(yīng)用。2024/5/26用5～500keV能量的離子束，直接轟擊工件表面，由于離子能量相當(dāng)大，可使離子鉆進(jìn)被加工工件材料表面層，改變其表面層的化學(xué)成分，從而改變工件表面層的機(jī)械物理性能。此法不受溫度及注入何種元素及粒量限制，可根據(jù)不同需求注入不同離子（如磷、氮、碳等）。注入表面元素的均勻性好，純度高，其注入的粒量及深度可控制，但設(shè)備費(fèi)用大、成本高、生產(chǎn)率較低。3)離子束注入加工2024/5/26具有高靈敏度和分辨力。能對線寬小于0.1μm的精密精細(xì)圖形曝光。4)離子束曝光2024/5/26(3)離子束加工裝置常用的離子源主要有：雙等離子體型、離子簇射(流)型和高頻等離子體型。1)雙等離子體離子源利用陰極和陽極間的直流電弧放電，使氬、氪、氙等惰性氣體在陽極小孔以上的低真空中離子化。2024/5/262)離子簇射(流)型離子源（考夫曼型離子源）圖8-17離子簇射(流)型離子源燈絲發(fā)射電子，陽極吸引，移動到陰極，電磁線圈磁場偏轉(zhuǎn)作用作螺旋前進(jìn)，惰性氣體受高速電子撞擊電離。離子通過陽極、陰極形成平行束流。提供大口徑、大容量的離子源，離子源直徑50-300mm，密度比離子束低，但均勻穩(wěn)定。用于集成電路的刻蝕。2024/5/263)高頻等離子體離子源高頻等離子體離子源，簡稱高頻離子源，利用高頻振蕩器在放電室中產(chǎn)生高頻電磁場，以加速自由電子與惰性氣體原子進(jìn)行碰撞，使之電離而產(chǎn)生等離子體。特點：可以獲得金屬離子、化學(xué)性子活潑的氣體離子，與其它離子源相比，其束流強(qiáng)度較低。2024/5/26(4)離子束加工的特點及其應(yīng)用1)加工精度和表面質(zhì)量高。不產(chǎn)生熱量，無機(jī)械應(yīng)力和損傷。離子束直徑可在1μm內(nèi)，加工精度可達(dá)nm級。2)加工材料廣泛。各種材料3)加工方法豐富多樣。4)控制性能好，易于實現(xiàn)自動化。5)應(yīng)用范圍廣泛。直徑小、能量密度大的離子束用于加工；直徑大、能量密度低的離子束適于鍍膜、刻蝕；直徑大、能量強(qiáng)的離子束適于注入加工。2024/5/26二、微細(xì)加工的基礎(chǔ)技術(shù)第4節(jié)微細(xì)加工方法3.激光束加工激光加工（laserbeammachining，LBM）是在光熱效應(yīng)下產(chǎn)生的高溫熔融和沖擊波的綜合作用過程。通過光學(xué)系統(tǒng)將激光束聚焦成尺寸與光波波長相近的極小光斑，其功率密度可達(dá)107～1011w/cm2，溫度可達(dá)一萬攝氏度，將材料在瞬間（10-3s）熔化和蒸發(fā)，工件表面不斷吸收激光能量，凹坑處的金屬蒸汽迅速膨脹，壓力猛然增大，熔融物被產(chǎn)生的強(qiáng)烈沖擊波噴濺出去。2024/5/26(1)激光的產(chǎn)生過程及其特性基態(tài)亞穩(wěn)態(tài)紅寶石(含0.05%Cr3+離子的Al2O3)紅寶石受脈沖氙燈照射，處于基態(tài)E1的Cr離子大量被激到E3狀態(tài)，E3狀態(tài)壽命極短，很快躍遷到壽命較長的亞穩(wěn)態(tài)E2，產(chǎn)生自輻射，實現(xiàn)了E2對E1能級的粒子數(shù)反轉(zhuǎn)，此時若有能量為E2-E1大小的光子誘發(fā)，就會產(chǎn)生E2對基態(tài)E1的受激輻射躍遷而形成激光。原子從高能級到低能級的過程。原子被激發(fā)到高能級后，會很快躍遷回低能級，它停留在高能級的時間。在外來能量的激發(fā)下，使處于高能量級的原子數(shù)大于低能量級的原子數(shù)。2024/5/26激光特性：具有普通光的反射、折射、繞射和干涉等共性。1)強(qiáng)度高、亮度大；2)單色性好，波長譜線寬度狹窄；3)相干性好，相干長度長；4)方向性好，發(fā)散角可達(dá)0.1mrad，光束直徑可聚到0.01mm。2024/5/26(2)激光加工機(jī)理—熱效應(yīng)焦點上的輻射度λ--波長；d—束徑；P—輸出面上功率；f—焦距。使輻照度第一次為零的分布直徑d1=2r1發(fā)射角2024/5/26(3)激光加工方法1)激光打孔最小孔徑幾微米，深度可達(dá)直徑的50倍?？讖胶蜕疃瓤刹捎媒?jīng)驗公式估算。2024/5/26(3)激光加工方法2)激光切割常采用CO2氣體激光器以連續(xù)或脈沖方式切割。3)激光微調(diào)用于調(diào)整電路中某些元件參數(shù)。(調(diào)電阻，無損傷照射，改變膜結(jié)構(gòu)；高能量照射，使部分電阻膜氣化去除)4)激光表面改性改變材料表面的物理結(jié)構(gòu)、化學(xué)成分和金相組織。2024/5/26(3)激光加工方法5)激光存儲①存儲密度高；目前光盤的信息存儲密度比磁盤和普通縮微品約高1-2個數(shù)量級。例如，通過采用短波長激光器和大數(shù)值孔徑的物鏡進(jìn)一步減小記錄信息點的直徑、縮小預(yù)刻槽軌道的間距以及采用壓縮技術(shù)等方法來加大光盤的存儲密度。②與計算機(jī)聯(lián)機(jī)能力強(qiáng)，易于實現(xiàn)隨機(jī)檢索和遠(yuǎn)距離傳輸；二進(jìn)制數(shù)據(jù)光盤系統(tǒng)易于與計算機(jī)聯(lián)機(jī)，易于實現(xiàn)磁帶記錄與光盤記錄的信息轉(zhuǎn)換。

③便于大量拷貝復(fù)制；在復(fù)制燒坑記錄的光盤時，是以直接錄制的光盤為母盤，利用壓印的方法制出金屬（鎳）膜版，然后，再利用膜版壓印出拷貝光盤。這樣便可將母盤上的燒坑信息轉(zhuǎn)錄到拷貝光盤上，進(jìn)行大量的拷貝復(fù)制。見圖8-23。

④影像還原效果好；⑤適用范圍廣。2024/5/26圖8-23激光光盤的制造工藝過程2024/5/26(4)激光加工設(shè)備圖8-25YAG激光加工機(jī)的結(jié)構(gòu)簡圖1-電源及控制部分2、5-氙燈3-反射鏡4-YAG棒(摻釹釔鋁石榴石，Nd3+)6-冷卻水7-快門8-保護(hù)濾色鏡9-十字線10-光源11-顯微鏡12-分光鏡13-工作臺14-工件15-聚光鏡16-輸出鏡17-光闌激光加工設(shè)備主要由：激光器、電源、光學(xué)系統(tǒng)和機(jī)械系統(tǒng)組成。2024/5/261)激光器激光器作用：把電能轉(zhuǎn)變?yōu)楣饽?，產(chǎn)生所需要的激光束。固體激光器由工作物質(zhì)、光泵、濾光管、濾光液、冷卻水、聚光器和諧振腔等組成。工作物質(zhì)：紅寶石、釹玻璃、摻釹釔鋁石榴石(YAG)。光泵：使工作物質(zhì)產(chǎn)生粒子數(shù)反轉(zhuǎn)。用氙燈做光泵。聚光器：把氙燈發(fā)出的光能聚集在工作物質(zhì)上。常用圓柱形。諧振腔：使受激輻射光在輸出軸方向多次往復(fù)反射，互相激發(fā)，連鎖反應(yīng)，起放大和改善激光的作用。2024/5/261)激光器氣體激光器工作物質(zhì)有氦-氖、二氧化碳等。兩端反射