【正文】 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 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。 22:18:3222:18:3222:18Wednesday, January 25, 2023 1乍見翻疑夢，相悲各問年。 22:18:3222:18:3222:181/25/2023 10:18:32 PM 1以我獨沈久，愧君相見頻。 靜夜四無鄰，荒居舊業(yè)貧。 什么是各向同性刻蝕、各向異民性刻蝕。 簡述 LIGA加工技術(shù)的原理。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。 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。 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。 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。 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。 光造型加工原理示意圖 當紫外線硬化樹脂接受到的激光能量未達到一定值時，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。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)。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。為了對準套刻，掩膜臺和基板臺應(yīng)該可以適當?shù)囊苿印? 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，通常需要用光學照明均勻器，使激光的照明均勻性優(yōu)于?%。 采用激光 LIGA工藝可以回避 X射線掩膜版的制作、套刻對準等一系列技術(shù)難點，從而降低了LIGA工藝的成本。 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。閾值大小可能與原子結(jié)合能量大小有關(guān)。 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。 例如以 15WAr+準分子激光從硅的 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到 15 ?m/s， 瞬間達到 200 ?m/s。 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。 焦點位置對孔形的影響 下圖是對藍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。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。 焦點位置對孔徑的影響如下圖所示。 焦距過長由于功率密度降低，也會造成孔的圓錐度較大。 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。 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。 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。 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孔（取決于光斑的大小）。 以下對幾種激光微機械加工技術(shù)進行討論。 在微加工領(lǐng)域中常用的激光器有 YAG激光器、 CO2激光器以及準分子激光器等，其電源可以用脈沖式，也可用連續(xù)式。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。對鋼工件來說鎢電極的損耗最小。 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。從形狀上看，棱角部分與平坦部分相比容易損耗。 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。 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。 電極和工件之間的間隙也取決于 RC電路電容的大小 。 微細電火花加工電源一般采用 RC電路，如下圖所示。 使用電火花加工也可以打斜孔，工件越薄加工越方便。 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。 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。 用提高加工電壓方法可加工半導體，但其加工表面存在污染問題，因此尚未達到實用階段。 用這種方法可加工出小模數(shù)表面光潔的齒輪。 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。 用這種方法可加工出表面光潔的微器件。 非金屬材料的電火花加工 電火花線切割 為了提高電火花加工的精度，必須提高工具電極的精度。 高電壓法中由于電極和工件之間附加了高電壓產(chǎn)生輝光放電，從而使與電極接觸部分工件表面 物質(zhì)氣化 使之少量被除去，隨著電極的深入在工件表面產(chǎn)生一個加工孔。 電火花加工原理示意圖 加工工具有部分損耗，但二者相對來說工具的消耗量非常少，即使這樣，它仍然是造成電火花加工精度低的主要原因。由于采用的電源是脈沖電源，放電時間極短，但放電的能量（ 106－ 107 W/mm2） 很高而且集中，火花產(chǎn)生的熱量足以使 材料局部區(qū)域熔化和蒸發(fā) 。 電火花加工的基本原理如下圖所示。 因此，它也是微機械加工中一種有前途的加工手段。 這種加工方法的優(yōu)點是能夠加工金屬也可加工非金屬，而且是真正的立體加工方法。 一、電火花加工技術(shù) 通常的機械加工，由于使用尺寸較大的工具來切削材料，因此它并不適用于微機械加工。 第 5節(jié) 其它微細加工技術(shù) LIGA技術(shù)是三維加工技術(shù)的一種，除此以外，近年來傳統(tǒng)的精密加工技術(shù)經(jīng)過改造也進入了微機械加工領(lǐng)域。 電鍍和電鑄的不同在于電鍍僅僅制備薄膜，而電鑄可得到機械部件。 對于支撐層來說，為了降低其對 X射線的吸收，除了要求用對 X射線吸收較低的低原子序數(shù)材料制造以外，還要求其厚度越薄越好，但仍具有足夠強度來支撐具有一定質(zhì)量的吸收體，因此制作較大面積的掩膜版時存在一定的困難。 二、 X射線掩膜版 X射線掩膜版和普通光刻掩膜版一樣，它包括二個基本部分，一個是用于吸收 X射線的 吸收體 ，另一個是用來支撐吸收體同時能最大限度地透過 X射線的 支撐層 。電子在儲存環(huán)中以接近光速的速度運動，在磁場的作用下發(fā)生偏轉(zhuǎn)時就會產(chǎn)生具有一定波長范圍的電磁波（ X射線）輻射。 同步輻射 X光源是 LIGA技術(shù)的理想光源。 LIGA技術(shù)還可進行套刻以得到可動的微結(jié)構(gòu)，下圖是采用 LIGA技術(shù)制備的微加速度計及其靈敏度曲線。也可以用塑料微器件作模具制造陶瓷微器件。 圖 2－ 32 LIGA技術(shù)的工藝流程 LIGA技術(shù)分 8個工序。 運用隨后電鑄技術(shù)獲得的金屬微結(jié)構(gòu)作為模具，可對多種材料（如高分子、多種金屬或陶瓷材料等）進行批量生產(chǎn)、制造出高深寬比的三維微結(jié)構(gòu)器件。 LIGA就是德文 Lithographie, Galvanofomung 和 Abformung三種工藝的縮寫。 第 4節(jié) LIGA加工技術(shù) LIGA技術(shù)是 80年代中期由德國 Karlsruhe（卡爾斯魯厄原子核物理研究中心）開發(fā)成功的。 與前面介紹的鍵合相比，這種鍵合因聚合物的 老化等因素影響 ，其鍵合質(zhì)量不太穩(wěn)定，并且會引起器件特性的漂移。 如采用聚酰亞胺和環(huán)氧樹脂等都可以達到中等的鍵合強度。 為了獲得高的鍵合質(zhì)量，必須在沉積金之前去除硅片表面的自然氧化層。當對其加熱并附加一定的壓力，且加熱溫度超過金硅共晶溫度 370℃ 以上時，則在二硅片的界面上形成金硅共晶合金。 4．共晶鍵合 為了降低硅片的鍵合溫度也可采用共晶鍵合方法。 低溫玻璃鍵合是將低溫玻璃涂敷在鍵合的面上，再與要鍵合的基板疊在一起，附加一定的壓力和溫度使它們鍵合在一起。 3．低溫玻璃鍵合 由于靜電鍵合時硅片和玻璃的界面上存在很強的電場，這可能對電子電路產(chǎn)生損傷。 2．靜電鍵合 靜電鍵合又稱為陽極鍵合，這種方法適合于 硅片和富鈉玻璃基板之間鍵合 。 （ 3）有機物的沾污會在熱處理時釋放氣體，形成空洞。 特點： （ 1）實現(xiàn)了無中間層的鍵合，因此不會產(chǎn)生任何應(yīng)力。 當硅片表面的氧化膜完全被去除時，可以在比較低的溫度（ 450K左右）進行鍵合，這時鍵合的硅片就具有了足夠的結(jié)合強度。 (3) 將貼好的硅片放在高溫爐中 加熱至 1000~1273K， 在O2或 N2的氣氛中進行高溫處理數(shù)小時（絕對溫度等于攝氏溫度加 273）。基本的工藝過程為： (1) 首先對硅片表面進行活化處理，形成親水表面，提高表面氫氧基的密度。 圖 2－ 31 基板鍵合方法示意圖 169。 基板和器件以及基板之間的結(jié)合稱為 鍵合 。 如圖 2－ 22所示硅晶體具有金剛石結(jié)構(gòu)，硅晶體在不同的表面顯露時，其表面原子懸掛鍵數(shù)量是不同的，即顯露在外表面不同晶面上的原子和內(nèi)層原子的結(jié)合力是不同的，因此不同晶面原子在溶液中的刻蝕速率也不同。 下面以氫氧化鉀水溶液對硅的各向異性刻蝕為例，說明硅的各向異性刻蝕原理。濕法各向異性刻蝕的刻蝕劑主要有以下 4種： KOH－ H2O系； EDP（ 乙二胺焦性鄰笨二酚水溶液）； (N2H2)－ H2O（ 聯(lián)胺水溶液）； TMAH（ 四甲基氫氧化銨）。 各向同性刻蝕會導致掩膜下材料的不均勻腐蝕，在使用時應(yīng)予注意。 腐蝕液中 HF的含量在5~60%左右時，隨著氫氟酸含量的增加，刻蝕速率迅速增加。 在 HNA系統(tǒng)中，其刻蝕的反應(yīng)過程可以簡述如下： 硅表面原子產(chǎn)生陽極反應(yīng)形成兩個空穴，與水中 OH－ 結(jié)合形成 Si(OH)2， 而后又分解成 SiO2和 H2， 氫氟酸再與 SiO2作用形成絡(luò)合物（ H2SiF6） ，離開硅表面。 圖 2－ 20 硅的各種刻蝕方法 1．各向同性刻蝕 硅的濕法各向同性刻蝕廣泛用于： (a)受損硅表面的去除； (b)在單晶硅上制作微結(jié)構(gòu)； (c)在單晶硅或多晶硅上生成圖形。 硅的體腐蝕分為各向同性刻蝕和各向異性刻蝕。 二、體微機械加工技術(shù) 使用傳統(tǒng)的微細加工或精密的機械加工方法對硅進行深層加工都存在著一定的困難。其次是 可壓縮性 ，溫度或壓力較小的變化可引起超臨界流體的密度發(fā)生較大的變化。 超臨界流體的特性。 在 超臨界狀態(tài) 下，流體的物理性質(zhì)處于氣體和液體之間，既具有與氣體相當?shù)臄U散系數(shù)和較低的粘度，又具有與液體相近的密度和對物質(zhì)良好的溶解能力。直接從液態(tài)變?yōu)闅鈶B(tài)會產(chǎn)生粘