微细加工技术复习题2013..doc

1、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。 从目前国际上微细加工技术的研究与发展情况看，形成的主要流派： ① 美国为代表的硅基MEMS技术； ② 德国为代表的LIGA技术； ③ 日本为代表的传统加工方法的微细化等； 基于平面硅工艺的MEMS技术适合于将微传感器、微执行器、信息处理器件集成于一个微小单元。从工艺角度上看，具有集成度高，便于大批量生产等优点。但这种方法难以加工出三维自由曲面形状，也难以处理各种性能优异的金属材料。 相对于硅材料的微细加工，LIGA技术可以对许多金属材料进行微细加工，能够制造出高宽比大于500，厚度近1000μm，结构侧壁平行度偏差在亚微米级的三维立体结构，然而要实现LIGA工艺就必须使用昂贵、稀有的同步辐射源。同时，从原理上讲，LIGA工艺很难用于斜面、阶梯面、自由曲面的微细三维加工。 用深层刻蚀工艺代替同步辐射X射线深层光刻，然后采用电铸工艺的准LIGA技术成为研究的热点。 同LIGA、光刻等MEMS技术相比，微细特种加工方法具有设备简单、可实施性强和真三维加工能力。同时其所能处理的材料非常广泛，不仅可加工各种性能优良的金属、合金，还可加工硅等半导体材料、陶瓷等。 而且特种加工方法的能量易于控制，可较方便地实现去除与生长可逆加工，如基于电火花加工的放电沉积与去除、基于电化学加工的电解与电铸可逆加工等，这一明显的技术优势将有利于微纳米尺度零件的精密加工与修复。 2、微细加工与一般尺度加工的主要区别体现在： ① 加工精度的表示方法不同：在一般尺度加工中，加工精度常用相对精度表示；而在微细加工中，其加工精度则用绝对精度表示。 ② 加工机理存在很大的差异：由于在微细加工中加工单位的急剧减小，此时必须考虑晶粒在加工中的作用。 加工特征明显不同：一般加工以尺寸、形状、位置精度为特征；微细加工则由于其加工对象的微小型化，目前多以分离或结合原子、分子为特征。 从被加工对象的形成过程上看，微细加工可大致分为3大类： 分离加工：将材料的某一部分分离出去的加工方式，如切削、分解、刻蚀、溅射等。大致可分为切削加工、磨料加工、特种加工及复合加工等。 结合加工：同种或不同种材料的附加或相互结合的加工方式，如蒸馏、沉积、生长、渗入等。附着：注入：接合： 变形加工：使材料形状发生改变的加工方式，如塑性变形加工、流体变形加工等。 4、在集成电路制造中，微细加工主要技术： ① 横向微细加工技术：按照器件设计的要求，在材料的表面上制作所需要的各种几何图形；包括图形设计、图形产生和刻蚀。 纵向微细加工技术：按照器件设计的要求，在材料的纵深方向制作各种薄膜结构。包括蒸发、溅射、高压氧化、减压化学气相淀积(减压CVD)：热扩散、离子注入和退火、气相或液相外延、分子束外延等。 5、硅的力学特性 单晶硅是MEMS结构中最常用的材料,实验表明，硅材料并不像通常所感觉的那样脆弱。产生这种错觉的原因有以下几点： ⒈ 单晶硅通常是直径50mm-130mm、厚度仅为(250-500)／um的圆形薄片，在受到外力时容易产生较大的内应力，从而导致损坏。 ⒉ 由于单晶硅材料具有沿晶面解理的趋势，当硅片边缘、表面和硅体内存在缺陷而导致应力集中，并且其方向与解理面相同时，会使硅片开裂、损坏。 ⒊ 半导体的高温处理和多层膜沉积工艺会引入内应力，当与硅材料本体、表面和边缘的缺陷结合时，就会导致应力集中，甚至沿解理面开裂。 ⒋ 常规尺度下硅出现破坏时发生脆性断裂，而金属材料通常发生塑性变形。 硅之所以被选作机械传感器的最优材料是由于它超乎寻常的机械性能。对于传感器来说，人们需要一个可重复产生的信号，这意味着对于机械传感器而言，它的结构在受到同样的负载时必须以同样的方式形变。 因此人们需要一种没有机械回滞和蠕变的材料。回滞是由于材料的屈服，换句话说是由塑性形变引起的。硅在弹性形变前就会失效，至少在室温下是这样。事实上，使硅失效的应力大大超过了不锈钢的屈服应力。 从这一点来说，硅比所有的金属都强得多。然而要注意，这并不意味着在所有类型的结构中硅比钢强。如果钢在结构的某一点上受到超过屈服强度的应力，它就形变，直到没有什么地方受到的应力超过屈服强度。在这种情况下整个结构不会失效。硅结构与此完全不同：如果硅中某一点的应力超过屈服点，硅就失效，并且结构断裂。硅的这种特性(脆性)对于传感器来说是有优势的：如果传感器过载，它就断裂，根本无法工作，而不是给出一个错误的信号。 6、硅微结构的设计原则 硅材料制作的机械元件和器件的实际强度取决于它的几何形状、缺陷的数量和大小、晶向，以及在生长、抛光、划片时产生和