【正文】 為了提高電火花加工的精度，必須提高工具電極的精度。為此，發(fā)展了電火花線電極磨削法（ Wire Electro－ Discharge Grinding，WEDG）。 用這種方法可加工出表面光潔的微器件。 基本原理：是用連續(xù)移動的細(xì)金屬導(dǎo)線（稱作電極絲）作為工具電極對工件進行脈沖火花放電，切割成形的。 a)工件及其運動方向 b)電火花線切割加工原理圖 WEDG實際上它也是一種電火花加工機，即在電火花加工中成形用的工具電極采用金屬鉬絲，絲沿著導(dǎo)輪行走（速度約為幾十毫米 /分），這樣避免了電火花加工的電極損耗對加工精度的影響。 右圖是用絲的外緣來加工電火花加工用的電極，最小加工的電極尺寸達(dá)到 ?m。 用這種方法可加工出小模數(shù)表面光潔的齒輪。 用 WEDG加工電火花用電極 絕緣材料的加工 金屬、合金、硬質(zhì)合金等材料一般都可使用電火花加工。 用提高加工電壓方法可加工半導(dǎo)體，但其加工表面存在污染問題，因此尚未達(dá)到實用階段。 絕緣材料的電火花加工是尚須進一步研究的問題。 電火花加工的局限性 由于金屬電極的形狀就是工件上要加工的形狀，因此可以進行多種形狀的加工。 例如可以根據(jù)要求加工出圓孔、方孔、三角形孔以及一定形狀的糟等。 由于電極的側(cè)面和工件之間有幾個微米的間隙，因此在 棱角處加工結(jié)果往往不能保證角的尖銳 ，即為很小的圓角。 一般用電火花加工的最小孔直徑在 10?m左右，深寬比約為 5左右，再高的深寬比用電火花加工是困難的。 使用電火花加工也可以打斜孔，工件越薄加工越方便。 影響電火花加工精度的因素 工具電極的消耗； 放電電路參數(shù)； 材質(zhì)的選擇。 微細(xì)電火花加工電源一般采用 RC電路，如下圖所示。 加工面粗糙度與 RC電路電容量關(guān)系 （ 1）放電電路電容的影響 RC電路電容的增大，加工面的粗糙度也隨之增大。 電極和工件之間的間隙也取決于 RC電路電容的大小 。 隨著 RC電路中的電容增大，電路中蓄積的電量增加，因而在放電時熔化的物質(zhì)量增加，加工的物質(zhì)量增大造成加工面的光潔度降低以及電極和工件的間隙增大。 因此為了得到比較好的加工精度和光潔度可以在 RC電路中選用比較小的電容。 但是放電電容的降低將使加工效率降低，即加工同樣尺寸的孔徑需要更長的時間。 圖 2－ 41 電極和工件的間隙與 RC 電路電容量關(guān)系 （ 2）工具電極的影響 電火花加工貫通孔時，一般進入工件入口的尺寸比電極的尺寸大且比較粗糙，而出口的尺寸和電極尺寸相近且比較光潔。 電火花加工在對工件加工的同時電極材料也隨之損耗，電極的消耗對工件的電火花加工的精度也隨之降低。從形狀上看，棱角部分與平坦部分相比容易損耗。除此以外電極的損耗主要取決于電極和被加工的工件材料選擇。 下表為用不同尺寸的線材電極加工時長度方向的消耗量（消耗長度 /孔深度）的試驗結(jié)果。 由表可見當(dāng)工件是硬質(zhì)合金時用銅、鎢和彈簧鋼制作電極其消耗量較小，用鋁電極的消耗量為最大。對鋼工件來說鎢電極的損耗最小。 二、激光加工技術(shù) 激光能在較小的面積內(nèi)聚集得到極高的能量密度，因此它具有其它加工方法所沒有的優(yōu)良加工性能。它與電子束加工方法的能量密度（ 108W/cm2） 相近，具有較小的加工熱影響區(qū)，它不需要真空環(huán)境；加工時不與工件接觸，因而有利于實現(xiàn)自動化。 因此這種加工方法越來越得到微機械加工人員的注意。 在微加工領(lǐng)域中常用的激光器有 YAG激光器、 CO2激光器以及準(zhǔn)分子激光器等，其電源可以用脈沖式，也可用連續(xù)式。 圖 2－ 42 YAG激光加工機 YAG激光加工機由激光發(fā)生器（包括脈沖電源）、光路聚焦系統(tǒng)以及載物臺（包括 X、 Y位置移動）系統(tǒng)等三部分組成。 以下對幾種激光微機械加工技術(shù)進行討論。 激光打孔 對于堅硬的材料來說，要打一個小孔和加工一根細(xì)縫是非常困難的，但用激光加工卻非常方便。 激光打孔是利用聚焦后激光束在焦點處具有極高的能量密度，照射到任何材料表面都將使光斑點材料 氣化 （或成為等離子體），因而可在材料上打出微小細(xì)孔（取決于光斑的大?。?。 脈沖式電源供電的激光打孔能有效地減少材料的熱影響區(qū)。 加工孔的質(zhì)量（孔的形狀、大小、深度和加工量等）取決于透鏡的焦距、焦點的位置、激光的能量等因素。 因此在激光打孔時，必須根據(jù)被加工材料的材質(zhì)、尺寸以及加工的目的來選擇適當(dāng)?shù)募庸l件。 激光輸出功率大、照射時間長則工件獲得的能量多，加工的孔大而深。 但照射時間過長（激光的脈沖寬度大），由于熱傳導(dǎo)使加工表面熔化層和熱影響層增大，從而使表面質(zhì)量惡化，所以一般激光打孔或切割時激光的脈沖寬度不應(yīng)太寬，常用在 ~ 1?s。 激光光斑中心點的光強可用下式計算： I0 = ?d2P/4?2f2 式中 d為激光束的平均直徑； P為激光束功率； ?為激光波長； f為物鏡焦距。 在激光器選定以后，只有物鏡的焦距可變，短焦距可以獲得較高的功率密度，可打較深的孔，但過短的焦距會使光束的錐度大，另外過短的焦距會造成飛濺物污染物鏡表面以及光的散射反而降低功率密度。 焦距過長由于功率密度降低，也會造成孔的圓錐度較大。 所以，在打孔時通常選用的物鏡焦距在 20~30 mm較好。 焦點位置對孔徑的影響如下圖所示。焦點位置對孔的深度和孔的形狀有較大的影響。焦點在材料表面以下深處或離開表面距離較大時，打出孔的直徑和深度都不理想，焦點在表面附近孔形和孔深都較好。但是在所有情況下，小直徑深孔的加工都以多脈沖反復(fù)打孔方法為最有效的手段。 焦點位置對孔形的影響 下圖是對藍(lán)寶石進行激光打孔時孔的深度和打孔次數(shù)（脈沖次數(shù)）以及激光能量之間的關(guān)系。由圖可見隨著脈沖次數(shù)的增加，孔的深度也隨之增加，但在一定次數(shù)（約 30次）以后深度將不再增加，達(dá)到飽和。 加工深度和打孔次數(shù)的關(guān)系 激光刻蝕 激光輔助刻蝕可以提高刻蝕速率和增加刻蝕的深度。 在硅的各向異性刻蝕中，硅（ 111）的刻蝕是非常緩慢的，但是，在激光的照射下，硅的（ 111）面也很快被刻蝕。 例如以 15WAr+準(zhǔn)分子激光從硅的 111方向入射，在 25 ?m厚的硅片上打孔，孔的刻蝕速率平均可達(dá)到 15 ?m/s， 瞬間達(dá)到 200 ?m/s。 氧化鋁 /碳化鈦陶瓷在激光照射發(fā)散出來的黑色微粒能溶解于氫氧化鉀水溶液，因此，用 1s， 可將 。 隨著激光輸出能量的增加，（ 111）面硅和氧化物陶瓷刻蝕量迅速增加。 由下圖還可看出，硅和氧化物陶瓷（ 70%Al2O3/30%TiC）進行激光輔助刻蝕時存在激光能量的閾值（對 Ar準(zhǔn)分子激光來說硅為 ， 陶瓷為 1W左右），小于閾值的激光能量不能起到激光增強刻蝕的作用。閾值大小可能與原子結(jié)合能量大小有關(guān)。 激光能量對被加工試樣的體積除去率的影響 圖 2－ 46 激光輔助刻蝕加工機 激光刻蝕加工裝置如下圖所示。 圖 2－ 47 加工條件對溝槽形狀的影響 下圖是各種加工條件對溝槽形狀的影響。 激光 LIGA 激光 LIGA就是用準(zhǔn)分子激光進行深層刻蝕代替價格昂貴 LIGA工藝中的同步輻射 X射線深層刻蝕。 采用激光 LIGA工藝可以回避 X射線掩膜版的制作、套刻對準(zhǔn)等一系列技術(shù)難點，從而降低了LIGA工藝的成本。 激光深層刻蝕曝光裝置如下圖所示，激光 LIGA應(yīng)用光子能量較高的紫外線范圍的準(zhǔn)分子激光器，當(dāng)紫外激光照射到基板上的涂有 PMMA（ 聚甲基丙烯酸甲酯）膠層時，高能量的光子可直接打斷 PMMA分子鍵，從而使該部分的 PMMA消融氣化，將光學(xué)掩膜版上的圖案轉(zhuǎn)移到基板上，完成對 PMMA的深層光刻，以便進行 LIGA工藝的下一個工序。 激光 LIGA工藝實驗裝置框圖 由于激光器發(fā)出的激光束其能量分布是不均勻的，直接使用將造成刻蝕的不均勻性，通常需要用光學(xué)照明均勻器，使激光的照明均勻性優(yōu)于?%。 為了保證激光刻蝕的線條陡直，必須選擇合適的光學(xué)投影鏡頭。為了對準(zhǔn)套刻，掩膜臺和基板臺應(yīng)該可以適當(dāng)?shù)囊苿印? 三、光造型加工技術(shù) 所謂光造型加工是利用紫外線硬化樹脂在紫外線照射下發(fā)生相變，即利用它從液態(tài)轉(zhuǎn)化為固態(tài)的性能來制作微機械部件的方法。運用這種技術(shù)可以較方便地得到具有高深寬比的任意立體模型，下表是光造型加工技術(shù)與其它加工方法的特性比較。 光造型方法的原理：由計算機控制的 XYZ可動平臺上，在玻璃片表面覆蓋薄薄一層液態(tài)紫外線硬化樹脂，當(dāng)用紫外線激光照射后，激光照射部分的樹脂將被固化，其余部分仍保持原狀。如果激光運動的軌跡是一個圓，則在液體樹脂中出現(xiàn)的將是一個圓環(huán)。當(dāng)在已固化的紫外線硬化樹脂上繼續(xù)添加一層液態(tài)樹脂，并繼續(xù)用紫外線激光照射，則可在固化的樹脂上又可制作一層固化層，如此過程反復(fù)進行，并根據(jù)要求控制每一層激光照射的圖形，則可得到立體的微結(jié)構(gòu)。 光造型加工原理示意圖 當(dāng)紫外線硬化樹脂接受到的激光能量未達(dá)到一定值時，樹脂不會硬化，仍保持液體狀態(tài)，即存在一個硬化的臨界硬化能量。下圖是用這種方法得到的微蜂窩結(jié)構(gòu)。 用光造型法制得的微蜂窩機構(gòu) 下圖是用 SCR－ 300紫外線硬化樹脂在某一個功率下進行照射其硬化深度和曝光時間之間的關(guān)系。由圖可見紫外線硬化樹脂存在一個曝光時間閾值，即在這種曝光功率下，曝光時間小于 ， 紫外線硬化樹脂不會硬化。 圖 2－ 50 紫外線硬化樹脂硬化深度和曝光時間的關(guān)系 由此可以在預(yù)先測定出光照度的條件下，就可算出硬化樹脂的臨界硬化能，這樣就可以決定在其它激光功率照射下的照射時間。 為了保證得到結(jié)構(gòu)尺寸精確的微器件，照射激光的光斑尺寸應(yīng)足夠小，運動機構(gòu)應(yīng)具有較高的精度。 由于激光本身具有一定的發(fā)散度，所以在深層照射時得到的邊界的陡直度較差。 上述的光造型加工方法采用的是自由液面法。由于紫外線硬化樹脂具有較大的表面張力，因此要得到均勻的樹脂厚度是比較困難； 另外在激光照射時，過大的激光能量將使液面液體飛濺，造成用光造型方法得到的微結(jié)構(gòu)表面較粗糙。 但是這種加工方法具有操作簡單的優(yōu)點。 為了得到均勻厚度的硬化層可采用下圖 （ b） 所示的液面限制式的光造型加工方法。由于支撐臺和窗口的限制，從而保證了紫外線硬化樹脂的厚度。但是硬化樹脂將與支撐臺和窗口膠結(jié)，影響了微結(jié)構(gòu)的進一步加工，為此應(yīng)在窗口部進行特殊的化學(xué)處理，以保證紫外線硬化樹脂和窗口在激光照射后不會膠結(jié)，便于后序加工工序的順利進行。 液面限制式光造型加工方法 思考題 簡述 IC工藝與平面微型機械加工藝的特點和機理。 簡述 LIGA加工技術(shù)的原理。 試述電火花加工的基本原理及特點。 什么是各向同性刻蝕、各向異民性刻蝕。 試述光刻過程的幾何畸變和半影畸變的形成過程。 靜夜四無鄰，荒居舊業(yè)貧。 , January 25, 2023 雨中黃葉樹，燈下白頭人。 22:18:3222:18:3222:181/25/2023 10:18:32 PM 1以我獨沈久，愧君相見頻。 :18:3222:18Jan2325Jan23 1故人江海別，幾度隔山川。 22:18:3222:18:3222:18Wednesday, January 25, 2023 1乍見翻疑夢，相悲各問年。 :18:3222:18:32January 25, 2023 1他鄉(xiāng)生白發(fā)，舊國見青山。 2023年 1月 25日星期三 下午 10時 18分 32秒 22:18: 1比不了得就不比，得不到的就不要。 。 2023年 1月 下午 10時 18分 :18January 25, 2023 1行動出成果，工作出財富。 2023年 1月 25日星期三 10時 18分 32秒 22:18:3225 January 2023 1做前，能夠環(huán)視四周；做時，你