全国中等职业技术学校机电类通用教材第第 10 10 章章第第10章章 新兴制造技术新兴制造技术10.1 10.1 半导体制造简介半导体制造简介10.2 10.2 微细制造简介微细制造简介10.3 10.3 其他制造技术其他制造技术1. 1. 了解什么是半导体。了解什么是半导体。2. 2. 理解半导体的特点及相关实际应用。理解半导体的特点及相关实际应用。3. 3. 了解半导体的制造过程。了解半导体的制造过程。10.1 10.1 半导体制造简介半导体制造简介 什么是半导体。什么是半导体。 半导体的特点。半导体的特点。 半导体的相关实际应用。半导体的相关实际应用。一、半导体简介一、半导体简介 半导体已经成为我国重要的产业，在现阶段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。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。 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）物体分类（按导电能力）. 半导体分类（按制造技术）半导体分类（按制造技术）主动轮主动轮从动轮从动轮二、半导体定义二、半导体定义u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。u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。u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。u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）。u锗和硅是最常用的元素半导体。主动轮主动轮从动轮从动轮三、半导体的特点三、半导体的特点 指半导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热敏性热敏性2光电特性光电特性3掺杂性掺杂性四、半导体制造四、半导体制造1. 1. 了解微细制造技术和常见的微细制造技术的方法。了解微细制造技术和常见的微细制造技术的方法。2. 2. 掌握微机电系统和纳米技术的特点。掌握微机电系统和纳米技术的特点。3. 3. 理解微机电系统和纳米技术的发展应用。理解微机电系统和纳米技术的发展应用。 10.10. 微细制造简介微细制造简介 微机电系统和纳米技术的特点。微机电系统和纳米技术的特点。 微机电系统和纳米技术的发展应用。微机电系统和纳米技术的发展应用。一、微机电系统一、微机电系统(简称简称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. 定义定义. 组成组成. 特点特点（）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。. 微机电系统的应用微机电系统的应用（）民用领域（）军事应用领域二、纳米技术二、纳米技术纳米尺寸示意图. 纳米微粒的特性纳米微粒的特性n普通块状铜的熔点为1085，而20nm纳米铜的熔点降为39。n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1150，且烧结后的密度可高达99.7%。n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。n普通陶瓷质硬而脆，但是纳米陶瓷在室温下就具有可塑性。n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。n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纳米技术的发展途径（）自上往下（）自上往下（）自下往上（）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纳米技术的应用领域(1)日用工业日用工业(2) 航空工业航空工业利用纳米制件的轻质量与高强度，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) 能源与环境保护能源与环境保护(5) 半导体制造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. 1. 了解快速成形技术和逆向工程技术。了解快速成形技术和逆向工程技术。2. 2. 掌握快速成形技术和逆向工程的加工原理。掌握快速成形技术和逆向工程的加工原理。3. 3. 理解快速成形技术和逆向工程的加工过程。理解快速成形技术和逆向工程的加工过程。10.10. 其他制造技术其他制造技术 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原理。 快速成形技术和逆向工程的加工过程。快速成形技术和逆向工程的加工过程。一、快速成形技术一、快速成形技术(RP) 快速成形又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（）定义（）工艺过程（）工艺过程（）选择性激光烧结工作原理图（）选择性激光烧结工作原理图2. 立体石版印刷立体石版印刷(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。 工作原理图工作原理图二、逆向工程二、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. 定义定义. 测量设备测量设备 通过逆向工程所构建的通过逆向工程所构建的CADCAD模型，经过模型，经过CAMCAM产生刀具路径，产生刀具路径，其切割精度及效率比传统的仿削加工高。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逆向工程的制造流程