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1、全国中等职业技术学校机电类通用教材,机械制造基础,第 10 章,第10章 新兴制造技术,10.1 半导体制造简介10.2 微细制造简介10.3 其他制造技术,1.了解什么是半导体。2.理解半导体的特点及相关实际应用。3.了解半导体的制造过程。,10.1 半导体制造简介,任务书,本节重点,什么是半导体。半导体的特点。半导体的相关实际应用。,一、半导体简介,半导体已经成为我国重要的产业，在现阶段的经济发展中更扮演非常重要的角色。,（）绝缘体:指导电性和导电导热性差或不好的材料。如金 刚石。（）导体:指导电、导热都比较好的金属。如金、银、铜等。（）半导体:指导电能力介于导体和绝缘体之间的材料称为。,
2、集成电路器件，分立器件、光电半导体、逻辑IC、模拟IC、储存器等六大类。,1.物体分类（按导电能力）,.半导体分类（按制造技术）,主动轮,从动轮,二、半导体定义,电阻率介于导体和绝缘体之间并有负的电阻温度系数的 物质。,除上述晶态半导体外，还有非晶态的玻璃半导体、有机半导体等。,半导体材料很多，按化学成分可分为元素半导体和化合物 半导体两大类。,化合物半导体包括-族化合物（砷化镓、磷化镓 等）、-族化合物(硫化镉、硫化锌等)、氧化物（锰、铬、铁、铜的氧化物），以及由-族化合物和-族 化合物组成的固溶体（镓铝砷、镓砷磷等）。,锗和硅是最常用的元素半导体。,主动轮,从动轮,三、半导体的特点,指半导
3、体材料的电阻率与温度有密切关系的性能。在室温条件下，它的导电能力只有金属的几十万分之一，但它有一个奇异的特性，就是温度升高几度，它的导电能力的变化却抵得上金属在温度降低几百度内的变化。,指半导体材料对光十分敏感的性能。半导体无光照时，不易导电；受到光照时，就变的容易导电了。,纯净的半导体材料电阻率很高，但掺入极微量的“杂质”元素后，其导电能力会发生极为显著的变化的性能。,1热敏性,2光电特性,3掺杂性,四、半导体制造,1.了解微细制造技术和常见的微细制造技术的方法。2.掌握微机电系统和纳米技术的特点。3.理解微机电系统和纳米技术的发展应用。,10.微细制造简介,任务书,本节重点,微机电系统和纳
4、米技术的特点。微机电系统和纳米技术的发展应用。,一、微机电系统(简称MEMS),是指可批量制作的，集微型机构、微型传感器、微型执行器以及信号处理和控制电路、直至接口、通信和电源等于一体的微型器件或系统。,微机电系统的三个主要元件是微传感器、执行器和微能源。,1.定义,.组成,.特点,（）微型化、体积小、自重轻、耗能低、惯性小、谐振频率高、响应时间短，可以使用在高精确度与高稳定度的机构中，如硬盘读取头的驱动系统。,（）以硅为主要材料，机械、电器性能优良。,（）具备批量生产的能力，可以有效的降低生产成本，提升竞争力。,（）集成化。可以把不同功能、不同敏感方向的多个传感器（或执行器）集成于一体，形成
5、复杂的微系统。,（）多学科交叉。微机电系统涉及机械、制造、信息与自动控制、物理、化学等多种学科，集中了当今科学技术发展的许多尖端成果。,.微机电系统的发展目标,（）可以完成机电系统所不能完成的大尺寸任务，也可 嵌入大尺寸系统中，把自动化、智能化和可靠性水 平提高到一个新的水平。,（）通过微型化、集成化来探索新原理、新功能的元件 和系统，开辟新技术领域和产业。,.微机电系统的应用,（）民用领域,（）军事应用领域,二、纳米技术,纳米尺寸示意图,.纳米微粒的特性,普通块状铜的熔点为1085，而20nm纳米铜的熔点降为39。,常规的氧化铝粉末烧结温度高达1800，但氧化铝纳米微粒的 烧结温度可降至11
6、50，且烧结后的密度可高达99.7%。,纳米晶体铜的强度是普通铜的5倍，作冷轧制时会出现超塑性，延伸率提高50倍，而且不会产生应变硬化。,普通陶瓷质硬而脆，但是纳米陶瓷在室温下就具有可塑性。,在高分子材料中加入纳米微粒材料所作成的切割刀具，比金刚石还坚硬。,普通金属通常导电性好，但是纳米金属微粒却趋向不导电，例如纳米铜就不导电。,.纳米技术的发展途径,（）自上往下,（）自下往上,就是通过控制原子、分子的排列组合而产生各种所需特性的新材料。,以碳元素为例，通过不同键连结方式可以形成金刚石和石墨等不同特性的物质，,.纳米技术的应用领域,(1)日用工业,(2)航空工业,利用纳米制件的轻质量与高强度，
7、可增加有效载体，耗能指标降低数倍。,以纳米纤维织成的布料制作的衣服。,(3)医疗产业,当药粉的尺寸达到10nm的纳米大小时，就可以在血液中自由自在地流动，直接输送药物到生病部位作最有效的医疗。,(4)能源与环境保护,(5)半导体制造,晶圆尺寸是往大的方向发展，电路线宽则朝向小的方向发展，纳米制造过程再为半导体产业突破一大发展瓶颈。,1.了解快速成形技术和逆向工程技术。2.掌握快速成形技术和逆向工程的加工原理。3.理解快速成形技术和逆向工程的加工过程。,10.其他制造技术,任务书,本节重点,快速成形技术和逆向工程的加工原理。快速成形技术和逆向工程的加工过程。,一、快速成形技术(RP),快速成形又
8、称为实体自由曲面成形制造技术(Solid Freeform Fabrication,SSF),1选择性激光烧结(SLS),选择性激光烧结是采用激光有选择地分层烧结固体粉末，并使烧结成型的固化层层层叠加生成所需形状的零件。,CAD模型的建立及数据处理、铺粉、烧结以及后处理等。,（）定义,（）工艺过程,（）选择性激光烧结工作原理图,2.立体石版印刷(SLA),立体石版印刷原理与选择性激光烧结相似，不同之处是照射光源以紫外光，成型物是固体丙烯酸。,工作原理图,二、逆向工程(RE),快速成形是将CAD的3D图形档案具体化为实体模型，逆向工程正好相反。逆向工程也称为反求工程。可快速完成产品的设计与制造。,1.定义,.测量设备,通过逆向工程所构建的CAD模型，经过CAM产生刀具路径，其切割精度及效率比传统的仿削加工高。,.逆向工程的制造流程,
