《电子束加工》PPT课件.ppt
第八章 电子束、离子束加工,电子束加工,电子束加工(EBM 即Electron Beam Machining),离子束加工,离子束加工(IBM 即Ion Beam Machining),第一节 电子束加工的原理和特点,一、电子束加工原理,电子束加工原理？另参看书上图8-1,电子束加工是在真空条件下，利用聚焦后能量密度极高（107 109 W/cm2）的电子束，以极高的速度（近光速）冲击到工件极小表面上，在极短时间（几分之一微妙）内，其能量大部分转换成热能，使工件（被冲击部分）材料达到数千摄氏度以上高温，从而使材料局部熔化或气化，被真空系统带走的一种加工工艺。,第一节 电子束加工的原理和特点,二、电子束加工的特点,1、聚焦微小（0.1mm），可精密微细加工。,2、能量密度大，不产生宏观应力；生产率高（如每秒钟可在2.5mm厚钢板上打50个直径为0.4mm孔）。,3、电子束便于控制（可用磁场、电场对其强度、位置、焦距等控制）。,第一节 电子束加工的原理和特点,4、污染少、无氧化（真空）。,5、设备费用高，应用受限。,第一节 电子束加工的原理和特点,二、电子束加工装置,1、电子枪原理？如图,2、真空系统。,2、控制系统。,先达1.40.14Pa最终达0.0140.00014Pa。,大气压1kg/cm2=10N/10-4m2=105N/m2=0.1MPa。,第二节 电子束加工的应用,一、高速打孔,示例,第二节 电子束加工的应用,二、孔及异形特殊表面,1、喷丝头异形孔如书上图8-2；锥孔、斜面打孔？。,2、刻蚀。在印刷滚筒上刻出 微孔、微槽如：盲孔；0.0025宽，0.0025深槽。,第二节 电子束加工的应用,三、电子束焊接,1、热影响区小，变形小；焊缝金属纯净。,2、可焊难熔金属，适于焊薄板与厚板（焊缝深度与宽度比值达20）。厚板焊接,3、能实现异种金属的焊接。,第二节 电子束加工的应用,四、电子束热处理,适当降低功率密度，可实现表面焊接与表面合金化。,能获得高硬的隐晶马氏体组织，功效同激光焊接，但热效率高（达90%，激光710%）。,电子束同激光焊接，但热效率比较？,第二节 电子束加工的应用,五、电子束光刻原理？,将低功率电子束照射到电致抗蚀高分子材料，入射电子与高分子碰撞，使分子链被切断或聚合引起分子量变化（称为电子束曝光），在电致抗蚀高分子中留下潜影。曝光后，将其浸入适当溶剂，由于相对分子量不同而溶解度不一样，则使潜像显现出来。,电子束光刻与蒸镀结合,电子束光刻与离子束刻蚀结合,第二节 电子束加工的应用,电子束光刻特点,照相曝光由于光波长大于0.4m，分辨率难小于1m，用电子束曝光最佳可达0.25m分辨率。,应用、应用于大规模集成电路、超大规模集成电路，精细微刻。,电子束光刻与光化学腐蚀,第三节 离子束加工的原理和特点,一、离子束加工原理？,离子束加工电子束加工类似，也是在真空条件下，利用聚焦后的离子束，以极高的速度冲击到工件极小表面上的一种加工工艺，与电子束加工不同的是离子质量远大于电子（数千、数万倍），以更大的动能，靠机械撞击加工，而不是靠转化成热能加工。,第三节 离子束加工的原理和特点,二、离子束加工的分类,1、离子刻蚀（离子铣削）,用0.55keV的氩离子倾斜轰击工件，将工件原子逐个剥离。,离子刻蚀,第三节 离子束加工的原理和特点,离子刻蚀（离子铣削）速率影响因素,离子能量从1001000eV时，离子刻蚀速率随能量增加而迅速增加，而后增加速率逐渐减慢。,离子刻蚀速率与入射角关系,离子刻蚀速率随入射角增加而增加，但太大会使表面有效束流减小，反而降低刻蚀速率，一般=40 60 时刻蚀速率最高。,第三节 离子束加工的原理和特点,2、离子溅射沉积,也是用0.55keV的氩离子倾斜轰击某种材料制成的靶材，离子将靶材原子击出，垂直沉积靶材附近的工件上，使工件镀上一层薄膜。,离子溅射沉积,第三节 离子束加工的原理和特点,3、离子镀（离子溅射辅助沉积）,用0.55keV的氩离子倾斜轰击工件，离子束同时轰击靶材与工件表面，也可将靶材高温蒸发，同时进行离子轰击，增强镀膜与工件基材结合力。,4、离子注入,离子镀,离子注入,用5500keV较高能量离子束垂直轰击工件，离子挤入工件表面（如P、B、C、N等离子注入）。,第三节 离子束加工的原理和特点,三、离子束加工的特点,1、可微细加工，刻蚀达纳米级（0.001m），离子注入深度、浓度可精确控制，离子镀膜附着力强。,2、无污染，不氧化。,3、无宏观应力，无热变形。,4、设备昂贵，成本高，效率低。,本章结束请认真复习,电子束加工原理及设备组成 还原,锥面打孔与打锥孔 还原,电子束便于控制 还原,焊接热源特性 还原,电子束加工原理及设备组成 还原,厚板焊接 还原,光化学腐蚀加工 还原,一、光化学腐蚀加工原理与工艺过程,原图,曝光,显影,坚模,烘烤,修正,腐蚀,照相,金属板,涂感光胶,整理（去胶）,印刷版,电子束光刻与蒸镀结合 还原,电子束光刻与离子束刻蚀结合 还原,电子束光刻与离子束刻蚀结合 还原,光化学腐蚀加工,离子刻蚀 还原,离子刻蚀入射角对刻蚀速率的影响 还原,离子溅射沉积 还原,离子镀 还原,离子镀膜附着力强 还原,击,离子注入 还原,离子刻蚀精度高 还原,离子镀膜附着力强 还原,击,离子刻蚀率 还原,
