一種光蝕刻微細(xì)加工新材料及新技術(shù)研究

光刻蝕纖維素軟片（PCF）是本課題組發(fā)明的一種可用激光刻蝕成微浮雕圖象的光刻新材料。它是以三醋酸纖維素為片基，經(jīng)預(yù)處理及敏化而成。同時優(yōu)選了它的光敏配方及處理?xiàng)l件，深入研究了它的光刻機(jī)制，成圖機(jī)理等，使之發(fā)展成為一種激光微刻蝕新材料。PCF具有一系列優(yōu)良特性：分辨率第毫米達(dá)3000線，有很好的線性浮雕調(diào)制能力，實(shí)時衍射效率大于30%，高的光能利用率，優(yōu)良的環(huán)境穩(wěn)定性，極佳的機(jī)械強(qiáng)度，可直接用作熱壓塑母板。它還具有重量輕，柔韌性好，制作工藝簡單，價格低廉等優(yōu)點(diǎn)。適宜用于全息圖及各種微光學(xué)元件的制作，已研制出多種微光學(xué)元件，獲用戶好評，有明顯的社會效益及廣闊的應(yīng)用前景。經(jīng)四川省科委組織鑒定，成果達(dá)國際先進(jìn)水平。 2100433B

隨著對微細(xì)電解加工機(jī)理研究的深入 , 結(jié)合微細(xì)電解加工的特點(diǎn) , 綜合運(yùn)用現(xiàn)代控制技術(shù)理論 、控制檢測設(shè)備以及高效精確的電源設(shè)備 , 使電解加工在微細(xì)領(lǐng)域的加工能力進(jìn)一步提高 ,加工效率 、加工質(zhì)量以及加工穩(wěn)定性得到全面提升 ,主要的研究成果和進(jìn)展如下 。

基于納秒級脈沖和高頻群脈沖電源的微細(xì)電解加工試驗(yàn)研究：基于高頻窄脈沖的微細(xì)電解試驗(yàn)國外起步較早 , 取得了一定的成果 。而國內(nèi)起步較晚 , 近幾年來 ,國內(nèi)一些科研院校和機(jī)構(gòu)也對納秒脈沖電源 、高頻窄脈沖電源和高頻群脈沖電源的微細(xì)電解加工技術(shù)進(jìn)行了深入研究 ,包括加工機(jī)理 、試驗(yàn)分析 、加工定域性分析等方面, 并成功地加工出一些微細(xì)結(jié)構(gòu) 。

超純水微細(xì)電解加工試驗(yàn)研究：超純水電解加工是在常規(guī)電解加工原理的基礎(chǔ)上 ,利用超純水作電解液 ,并采用強(qiáng)酸性陽離子交換膜來提高超純水中 OH-離子濃度 ,使電流密度達(dá)到足夠去除材料的一種新型電解加工工藝方法 。日本學(xué)者率先提出以超純水代替常規(guī)電解液 , 實(shí)現(xiàn)綠色 、微細(xì)電解加工的思想 。國內(nèi)學(xué)者近年來也開展了超純水電解加工機(jī)理、超純水小孔電解加工、超純水電化學(xué)掃描直寫加工 、超聲輔助純水微細(xì)電解加工等研究 , 為超純水電解加工的應(yīng)用奠定了基礎(chǔ) 。

微細(xì)電解復(fù)合加工技術(shù)試驗(yàn)研究：復(fù)合電解加工是指那些基于電化學(xué)陽極溶解與其他加工作用( 如機(jī)械研磨 、電火花加工 、超聲加工 、磁力研磨) 相復(fù)合的加工方法 。由于兩種或者多種加工作用的復(fù)合 , 則加工作用相互促進(jìn) ,取長補(bǔ)短 ,增強(qiáng)了加工能力 、擴(kuò)大了加工范圍 ,可全面實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量 、高效率 、低成本的要求 。而最近幾年在微細(xì)制造和加工方面 , 有關(guān)微細(xì)電解復(fù)合加工方面的研究越來越多 , 有效地提升了加工的效率和精度 。目前主要集中在電解與超聲復(fù)合 、電解與電火花復(fù)合 、電解與線切割復(fù)合等加工工藝研究上 。其中試驗(yàn)研究證明 ,微細(xì)復(fù)合電解加工技術(shù)在對某些特殊材料( 如硬質(zhì)合金) 的加工方面具有比單一超聲加工 、單一電解加工工藝更強(qiáng)的技術(shù)優(yōu)勢 , 能獲得較好的加工精度 、表面質(zhì)量和生產(chǎn)效率。利用微細(xì)電火花和微細(xì)電化學(xué)組合加工工藝對加工微細(xì)陣列軸孔的分析和研究 ,在加工過程中通過適度間歇抬刀 、超聲振動 、循環(huán)流動工作液等方法 ,較好地解決了微弧放電 、排屑 、加工區(qū)溫度過高等加工難題 , 獲得了質(zhì)量較好的 、大小在 30 ～ 100 μ m 的陣列孔 , 從而實(shí)現(xiàn)了微細(xì)陣列軸孔的電火花 、電化學(xué)組合加工 ,為大規(guī)模微細(xì)陣列軸孔的加工開辟了高效 、可行的新工藝方法。國內(nèi)研究機(jī)構(gòu)對微細(xì)電解線切割加工工藝的基礎(chǔ)研究 ,也取得了較好的效果 。

結(jié)合工業(yè)實(shí)際對微細(xì)部件的電解加工試驗(yàn)研究：隨著航空 、汽車 、生物醫(yī)療等工業(yè)的發(fā)展 , 一些微細(xì)部件如微坑 、微細(xì)網(wǎng)孔等被廣泛應(yīng)用 。近幾年來 ,結(jié)合工業(yè)方面的需求 ,院校和科研機(jī)構(gòu)也加大這方面的研究力度 ,不再一味地追求微細(xì)電解加工的極限能力 , 而是有側(cè)重地結(jié)合實(shí)際需要 , 如何更有效 、更經(jīng)濟(jì) 、更穩(wěn)定地加工出微細(xì)部件 。主要集中在蜂窩狀微坑 、微細(xì)槽 、微細(xì)軸 、微細(xì)群孔和具有一定結(jié)構(gòu)的微器件上 ,并取得了一定的成果 。

關(guān)于微細(xì)電解加工的基礎(chǔ)理論試驗(yàn)研究：為了提高微細(xì)電解加工的精度 、效率及改善加工過程的穩(wěn)定性 ,國內(nèi)外研究機(jī)構(gòu)進(jìn)行了大量基礎(chǔ)理論研究 : 使用絕緣掩模屏蔽保護(hù)工件上不需加工的部位 ,以制作高精度的陣列型孔或復(fù)雜圖形;電極側(cè)壁形成絕緣層來降低雜散腐蝕 , 減小側(cè)壁錐度和孔徑 , 提高加工的尺寸精度 ; 利用高頻窄脈沖或超短脈沖提高微細(xì)電解加工的定域性 , 進(jìn)行微米/亞微米精度的加工; 利用工具電極高速旋轉(zhuǎn)增強(qiáng)電解液攪拌 , 提高加工穩(wěn)定性和效率; 使工件作微量偏心搖動以勻化電解液液流 , 增強(qiáng)加工穩(wěn)定性 、提高加工精度等; 利用工具電極間隙回退和周期性跳躍來移除電解產(chǎn)物 , 增強(qiáng)電解液更新的方法 , 提高加工穩(wěn)定性 、效率以及加工精度分析電解產(chǎn)物對微細(xì)電解加工的影響等 。

有關(guān)微細(xì)電解加工的其他研究進(jìn)展：結(jié)合微細(xì)電解加工發(fā)展的方向 , 一些科研機(jī)構(gòu)逐步開發(fā)自己的微細(xì)電解加工系統(tǒng) : 哈爾濱工業(yè)大學(xué)開發(fā)了多功能三維微細(xì)電解加工系統(tǒng) ,南京航空航天大學(xué)研制了電化學(xué)微細(xì)加工監(jiān)控系統(tǒng)和陰極周期往復(fù)運(yùn)動的微細(xì)電解加工系統(tǒng); 加大了電解加工間隙的檢測和監(jiān)控方法研究力度 : 利用循環(huán)迭代間隙控制方案 ,快速調(diào)整工具進(jìn)給速度 ,使之近似等于工件去除速度 , 從而精確地維持恒定的小間隙 , 并利用虛擬儀器技術(shù)構(gòu)建電解加工控制系統(tǒng); 利用加工電流和流體作用在陰極上的六維力為研究參數(shù) ,用最小二乘多變元線性擬合法建立適當(dāng)?shù)年P(guān)系方程式 , 在 15 %的誤差范圍內(nèi)可用于在線檢測加工間隙; 特別是針對高頻窄脈沖電化學(xué)加工 ,對加工間隙進(jìn)行建模分析 ,提出間隙平均電流檢測法 ,從而精確地維持恒定的小間隙 。

第1章 微型機(jī)械與微細(xì)加工概論/1

1.1 微機(jī)械及其特點(diǎn)/1

1.2 微細(xì)加工技術(shù)的概念及其特點(diǎn)/4

1.3 微細(xì)加工技術(shù)的分類/6

1.4 微細(xì)加工技術(shù)的應(yīng)用/9

1.5 發(fā)展微細(xì)加工技術(shù)的意義/15

參考文獻(xiàn)/17

第2章 微機(jī)械與微細(xì)加工理論基礎(chǔ)/18

2.1 微機(jī)械學(xué)/18

2.2 微電子學(xué)/33

2.3 微光學(xué)/37

2.4 分子裝配技術(shù)/39

2.5 微細(xì)加工機(jī)理/41

參考文獻(xiàn)/4l

第3章 微細(xì)切削加工技術(shù)/44

3.1 微切削加工機(jī)理與物理特性/44

3.2 微細(xì)車削加工技術(shù)/50

3.3 微細(xì)銑削加工技術(shù)/58

3.4 微細(xì)鉆削加工技術(shù)/65

3.5 微細(xì)沖壓加工/69

3.6 微細(xì)磨料噴射加工/7l

3.7 微細(xì)切削加工工作環(huán)境/74

參考文獻(xiàn)/75

第4章 微細(xì)電加工技術(shù)/77

4.1 微細(xì)電加工技術(shù)概述/77

4.2 微細(xì)電火花加工的特點(diǎn)與實(shí)現(xiàn)條件/79

4.3 微細(xì)電極的在線制作與檢測/83

4.4 微細(xì)電火花加工中的脈沖電源與控制系統(tǒng)/90

4.5 微細(xì)電火花加工裝備/95

4.6 微細(xì)電火花銑削加工技術(shù)/100

4.7 微細(xì)電火花線切割加工技術(shù)/108

4.8 微細(xì)電化學(xué)加工技術(shù)/111

參考文獻(xiàn)/117

第5章 高能束流微細(xì)特種加工技術(shù)/118

5.1 電子束微細(xì)加工技術(shù)/118

5.2 離子束微細(xì)加工技術(shù)/126

5.3 激光微細(xì)加工技術(shù)/136

參考文獻(xiàn)/150

第6章 半導(dǎo)體材料的微細(xì)加工技術(shù)/152

6.1 集成電路的工藝基礎(chǔ)一一平面硅工藝/152

6.2 薄膜成形技術(shù)/154

6.3 摻雜技術(shù)/159

6.4 光刻技術(shù)/161

6.5 硅的體微加工技術(shù)/163

6.6 硅的表面微加工技術(shù)/171

6.7 鍵合技術(shù)/173

6.8