微細加工 ( Micro Machining )
超音波加工 ( Ultra Sonic Machining 簡稱 USM )
東京大學生產技術研究所曾用超音波加工，在玻璃、矽膠及陶瓷等硬脆材料上，成功鑽取了直徑5μm的微細孔穴（請參閱圖一）
起首是用線放電研磨法(WEDG)在加工機具上構成微細的圓柱狀對象，接著讓該對象扭轉時，加工物件端會產生振幅1μm的超音波振動，最後再以次微米鑽石磨粒控制加工感化力。因此藉由本加工方法可從事縱比2 之鑽孔加工。線放電研磨法(WEDG)是可以或許製作微細東西的製作方式，它的精緻是能讓在加工機具上製作之對象主動的調劑中心點，故産生偏疼的機會極小。本方式不但可以或許從事圓孔穴加工，亦可從事異形孔或三維外形加工，應用範圍極為普遍。
今朝日本九州大學正在從事附有超音波振動小徑鑽孔加工之切削機構，超音波振動對加工精度的影響結果，在傾斜面上孔穴加工的合用性，各類展延性材料上的適用性及直徑50μm等極小徑鑽頭合用效木進行研究，以下是較為明確的研究成果。
- 由於有超音波振動的關係，除因摩擦下降使切屑變薄並增添切排出速度外，更會因為鑽頭中間側及稜角側之切屑排出速度差減少，故橫向捲繞切屑會變小，而且會構成膩滑螺旋狀或帶狀的切屑，使切屑排出更為順暢，因此不需要分級進目便可從事深孔加工。
- 因有超音波振動，故對仰制孔穴進口處鑽頭振韻振動有相當程度的效果。是以也不易產應變圓( Strain round )藉著鑿尖鎚繫作用限制鑽頭，鑽頭笸加工物件間歇性接觸，下降鑽頭彈性變形恢復力及磨擦力，相對的也能減少徑向感化力的改觀。
- 因增添了超音波振動，在傾斜孔加工裡孔穴的應變也變小了。
- 藉由超音波振動，利用直徑60μm極小徑鑽頭從事不鏽鋼鑽孔加工變得更輕易。
圖(一) 利用線放電研磨法()製作之微米刀具及在石英玻璃上加工成內徑5μm之微細孔的景遇
5-2 微放電加工 ( Micro Electrical Discharge Machining, 簡稱U-EDM )
1、加工道理
放電加工以一極當作電極東西，加一極看成被加工的工件，南北極在連結細小的間隙中產生放電行為，藉由放電所引發的熱感化（電離、熔融、蒸發）及力學感化（放電、爆發力）以到達加工的目的。今朝，普遍被利用於複雜3D外形之模穴加工及特定形狀之加工（如齒形、尖角外形、小R角形狀等?），每每放電加工可概分為幾種型態，其一為純真之孔加工，其二為仿形加工（Sinking），其三為路徑加工（Scanning）。在利用為於精微產品或精微模具加工時，所利用的微放電加工首要是微細孔放電及路徑加工為主。
將放電加工手藝導入運用於微細加工之鼻祖為日本東京大學生產技術研究所之增澤隆久傳授，他首創WEDG（Wire Electrical Disch-arge Grinding）之微細電極成形加工法，並以此微細電極搭配EDM機台之2.5D及3D CAD/CAM控制，使此一微細電極可經過每一切層之2D路徑加工而到達加工3D外形模穴之目標，其道理如圖(一)、圖(二)所示。
圖(一)WEDG示意圖 圖(二)微放電加工（μ-EDM）機關
2、適用實例
（一）微細孔加工
要以微放電加工完成微細孔加工，起首需以WEDG加工微細電極，WEDG之加工體式格局與車床近似，wire近似於車刃而電極相當於工件，以wire對電極自己進行放電加工，使電極尺寸縮小，而藉著電極之迴轉，構成一圓形斷面且具極小斷面之圓形細棒形電極，再以此電極進行微細孔放電加工，目前前此種作法可達成之最小微細孔徑φ20μm之微細孔，而其深徑比則達10:1以上。
（二）微細溝槽加工
一樣以WEDG加工完成之微細電極當做雷同銑削之銑目，可做兩種方式之溝槽加工，其一為直接以此微細電極進行路徑式放電加工，其二則為操縱做成具平切面之微細電極當做微細銑目，一面扭轉切削，一面依路徑行進，而構成雷同銑削加工之方式根基上這兩種方式皆可告竣微細溝槽之加工，但在適用上或量產上而言，這兩種加工體式格局，都有其待降服的問題，仍待後續研發去戰勝。
（三）3D外形模具加工
有了2D之溝槽加工經驗以後，其本上3D模穴之加工就工應用層切法之體例來殺青，但在實用上仍有電極消耗抵償，加工效力低等問題亟待降服，另外，若何製作更小直徑電極來加工以到達更小圓角之模穴外形，亦是有待努力之處。比來美國Nebraska-Lincoln大學即針對3D微放電加工進行一系列研究，並提出將平均消耗法( Uniform Wear Method )整合於CAD/CAM系統之作法，期使層切法之電極均勻耗損，並連結切削形狀之准確性。
5-3 線放電研磨加工( Wire Electrical Discharge Machining 簡稱WEDM )
要解決這類電極消耗問題的方法之一，就是開辟以行走的線來庖代傳統以金屬塊做為電極的新方式。這就是線放電研磨(WEDG)
如圖(三)所示為線放電研磨的原理。用直徑50μm~200μm的細金屬線來庖代以往做為電極的金屬塊。金屬線在與紙面垂直的標的目的慢慢行走，被加工軸則一面反轉展轉，一面往軸標的目的送入。
此方式和線切割一樣，由於金屬線連續地被送出，構成經常以新的電極面來加工，即便電極消費現實上是存在，對精度的影響照舊很小到可以疏忽的程度。
圖(三)微細電極製作法及使用放電來研磨電極的方式
假如一最先將金屬線設定在所定的位置，軸徑也會主動地加工至所進展的值。也就是說，沒必要要像以往那樣經由反覆測家，以接近所但願的尺寸，而今操縱此研磨手藝，已可以加工直徑5μm電極。
WEDG之利用功能有：
（一）微放電加工（μEDM）用電極：每每採用逆放電加工法（電極限制ψ50mm），材質大多使用鎢、超硬合金等。線放電研磨加工可輕易加工ψ10mm以下之鎢或超硬合金電極。
（二）微鑽頭或微端銑刀：微鑽頭之加工大多操縱磨輪研磨製作，材質愈硬，其製作果難度愈高。線放電研磨加工可容易完成超硬合金微鑽頭或微端銑目之製作。
（三）微沖切模具之微沖頭及母模加工，利用線放電研磨加工可輕易達成，沖頭材質依其用處有工具鋼、超硬合金、燒結鑽石等。
5-4 微雷射加工( Micro Laser Machining )
1、加工道理
如圖四所示為一典型雷射加工設備示意圖，由其中床台節制X-Y軸之位置，Z軸透鏡之起落則可節制其聚焦深度。至於其加工方式概可分為兩大類：
（一）紅外線雷射：將材料表面物質加熱汽化（蒸發），以除去材料之加工體例，故稱為熱加工。
1. CO2雷射（波長10.6μm）
2. Nd：YAG雷射（波長1.064μm）
圖(四)微雷射加工示意圖
（二）紫外線雷射：直接將材料之份子鍵打斷，使份子脫離本體之加工體例，不會產生高熱，故習稱為冷加工。
1. UV-YAG雷射：係將Nd：YAG雷射經非線性倍頻晶體轉換為波長532、355、266、213nm的紫外線雷射。
2. 準份子雷射( Eximer laser )
2、特征
不同之雷射加工體例，其所顯示之不同手藝能力以下：
（一）深徑比：
1. CO2雷射：0.4~0.9：1，用於盲孔。
2. UV-YAG：0.25~10：1，通孔、盲孔皆可。
（二）孔徑：
1. CO2雷射：150~350μm
2. UV-YAG雷射：25~150μm
（三）加工精度：以圓孔為例
1. CO2雷射：150μm（誤差5μm）
2. UV-YAG雷射：25μm（誤差2μm）
（四）加工速度：
1. CO2雷射：300孔／min
2. UV-YAG雷射：24000孔／min
（五）合用對象：
如表（一）所示，各類不同之雷射加工體例，各有其分歧之合用對象，對精微模具之3D加工而言，以ND：YAG(532nm)較適合。
表（一）不同雷射源適用對象
| 雷射 | 工件材質 | 深徑比 | 最小橫向尺寸 | 佈局高度 | 對應產品 |
| [μm] | [μm] |
| Nd:YAG(持續波) | 不鏽鋼 | >5 | 30 | >150 | 生物晶片點片針 |
| Nd:YAG(脈衝) | 鎳鈦合金，矽 | 3-4 | 40~50 | 150 | 網套，植入物，儀器，致動器 |
| Q-switch Nd:YAG | 董青石cordierite | 10 | 50 | 500 | 電路板鑽孔 |
| Nd:YAG(532nm) | 碳化鎢 | 10 | 50 | 400 | 模仁 |
| 準份子雷射 | 聚碳酸酯polycarbonate | 50 | 2 | 100 | 細胞培養器鑽孔 |
圖(五) 雷射微加工實例
5-5 電子束加工( Electro Beam Machining, 簡稱EBM )
利用電子束來加工，除焊接以外，還有鑽孔及輪廓處理等，不管那一種都是屬於利用高電功來加速電子束的熱加工。其中，鑽孔加工為將高能量密度的電子束照耀在材料上，操縱其時所產生的熱將材料熔融、蒸發，並加以排除的加工法。這種加工法和其它加工法比，是一種相當優秀的高速加工，同時具有高度的節制性及斜孔加工的特徵，可望取代現有的鑽孔加工，乃至能發展出更新的用處。
哄騙電子束鑕孔，由入手下手直至鑽透為止。如圖（六）所示，個中有幾個過程存在。同時，電子鑽孔法為了獲得標致的貫串孔，在工件底下還敷有持定的輔助材料（墊襯）。
l 大約10KW/cm的，具有高密度集中能量的電子束照耀在工件上最先先將局 部熔解。
l 塞滿蒸發物的樸陋越來越深，並在其四周產生熔融層。
l 電子束貫串工件，一直到達輔助材料處為止。
l 輔助材料於瞬間氣化，產生很高的蒸氣壓，將貫串孔的蒸發物及熔融層向外部飛散出去以完成鑽孔。
為了能准確鑽出特定孔徑和深度的孔，通將加速電功設為一定，而調整電子束電流（脈衝電流）和照耀時候。同時，加快度依孔經和孔深來決定其上限，而孔徑、孔深愈增添，加工速度就愈下降。
電子束鑽孔的特徵
電子束對材料的侵透力強，並富節制性，具有焦點深度深等特性，同時操縱加工操控軸移動的主動節制，工以取得以下的長處：
l 鑽孔十分快（最14000孔／秒）
l 孔的節距准確，可以獲得相當標致的孔。
l 可以鑽出斜角度的孔（對工件表面而言，最低可至20度）。
l 即便是複雜外形的孔也能鑽。
l 幾乎所有的材料都能鑽孔。
電子束鑽孔之運用
l 大型微細過濾器
l 真空滾子
l 軟燥室
l 工業用微細濾網
另外，利用微細孔濾網的離心分手機、脫水機、自動過濾器、造粒機等都是電子束的用處。以往，孔徑0.3mm以下，並且板厚0.5mm以上的濾網是不可能加工的。目下當今，使用電子束鑽孔就能夠做到是以，電子束還可望開辟更多新的用處。
圖（六）電子束鑽孔進程
5-6 電射加工（Laser Machining）
雷射加工在國內工業界的利用上已相當廣逤，但利用的局限多限制在以熱加工體例的紅外線雷射上，本文商量紫外光雷射冷加工模式的技術，如微細鑽孔。
所謂的紫外光指的是波長約散佈在150~400奈米之間的光源，目前被使用在工業利用上的紫外光雷射首要有兩種，第一種是氣態的準份子雷射 (Excimer Laser)另外一種是哄騙Nd:YAG電射的光源經由非線性倍頻晶體轉換手藝(nonlinear crystal conversion)而將紅外光波長轉換成紫外光波長。
準份子雷射是使用兩種在常態下不起反映的氣體，但在激發能會結合成不不變份子後敏捷解離而放出紫外光，取其『excited dimer』的字面而成之為excimer雷射。一般工業上常用的種類首要包羅XeC1(308nm)，KrF(248nm)，ArF(193nm)三種波長的準份子雷射。準份子雷射是一種脈衝式的雷射，每個脈衝所能攜帶的電子束鑽孔加工制品如圖（七）所示。能量是目前所有紫外光雷射中最高的。從準份子雷射是一種多模(Multi-mode)的雷射，一般輸出的雷射光束截面積約在數十個平方毫米，是以非常合適利用光罩做投影式的加工(Image projection system)體例。
圖（七）電子束鑽孔加工成品
Nd: YAG自己的波長為1064奈米(nanometer)，利用倍頻手藝可將頻率做2倍、3倍、4倍甚至5倍的轉換，由於波長和頻率成反比，是以分別可獲得532、355、266及213奈米的雷射光波長，其中532為綠光，其餘的皆為紫外光，一般簡稱為UV YAG。UV YAG和準份子雷射光的主要別在於倍頻手藝是相當低效力的能量轉換方式，是以每個脈衝的能量凡是都在1mJ以下，所能攜帶的能量相當的低，但由於UV YAG 每個脈衝的時候比excimer小一個order（約4~7ns），是以還是有足夠高的尖峰脈衝功率來工作，再加上UV YAG的脈衝頻率可到達1KHZ以上，因此合適用在單點鑽孔(single hole drilling)或直接刻寫(Direct writing)的工作模式上。
紫外光在鑽孔上的應用跟著電子工業愈來愈要求微小化的趨向，因其可達10μm直徑，1μm精度的鑽孔能力而越來越受正視。以目前印刷電路板的鑽孔而言，已有很大的比例由UV YAG的鑽孔機來取代，鑽孔速度快而切確。另外很多細小的過濾板，醫療用導管上的鑽孔等，都必須操縱紫光雷射才能達到其要求。
以準份子雷射而言，其最成功的鑽孔應用為噴墨頭上的噴墨板(inkjet nozzle plate)的噴孔鑽孔利用。噴孔的要求要在Polyimide的TAB電路板上鑽出300個50μm或更小的微孔，利用準份子雷射的光罩投影式加工可以在12秒內完成一組噴孔片的加工，並且良率可高達98%以上。
圖（七）準分子電射在Kapton-E上所鑽出的噴墨孔
CO2雷射加工與印刷基板
圖（八）所示為加工機的概念圖和裝置例。由雷射振盪器來的雷射光束照耀在光罩上，藉助控制鏡掃描，並哄騙具有F-☉特征的轉映透鏡，使投影在印刷基板上，加工出依光罩上孔徑所劃定的BVH。
鑽孔之際，工作台為靜止狀況，藉由節制鏡與f☉透鏡進行某一區域的鑽孔。所採用的體例是鑽完該區域的孔後，再驅開工作口依序加工下一掃描區域的慢慢與反覆 (Step and Repear)的體例，控制掃描的高速化：現在1000孔／秒的系統已經適用化。而且，藉由全像光學系統之採用，可編用4552孔／秒的速度做定形圖樣的超高速加工。
圖（八）短脈衝CO2雷射鑽孔加工機概念圖
圖（九）BVH多層基板組織例
5-7 超周詳加工( Ultra Precision Machining )
（一）加工原理
超周詳加工主要係以超緊密切削刀具( Ultra Precision Cutting Tool, UPC )來進行切削加工，每每此類目具係以單晶鑽石製成，單晶鑽石具有高硬度、優勝的熱分散性和被切削材之低親和性，可做成很是尖銳之切刃等優可合用於鋁、銅等非鐵金屬或非金屬之超精宓切削。至於單晶鑽石之加工方式則有研磨、超音波加工、劈切割( Cleaving)、鋸切（Sawing）、胴削（Bruting, Girdling）、放電加工及雷射加工等分歧方式，其加工道理及利用範疇如表（二）所示。
（二）加工裝備
今朝所利用的超嚴密加工，主要分為工件扭轉的車床型和目具旋轉的銑削型，二者基本上都利用氣／液靜壓軸承、線性滑軌來做為扭轉部及直線移動部之結柟。並加裝雷射干涉或光學尺的測長器，再共同精密節制器及滾珠導螺桿或線性馬達等驅動系統，才可成為高精度加工之超精密切削加工機。固然，此類機器要到達其加工精度，必需在防振及溫度節制等方面分外加強。加工手藝領域之比力如表（二）所示。
如表（二）加工手藝範疇之比力
| 加工種類 | 運用範疇 |
| 微放電加工 | 1.WEDG：微電極、微目具、微軸、微螺桿、微探針? 2.微孔加工：微噴嘴、濾光板、光罩? 3.Micro Milling：微模具（模穴、模仁、沖頭）。 4.微沖壓：可整合微沖壓模具與沖頭成形、微沖壓製程於同一機台上。 5.電鍍成形：微細噴嘴等管狀微佈局製作。 |
| 微雷射加工 | 1.微鑽孔：印刷電路板（PCB）、濾網、冠狀動脈網套? 2.微切割：冠狀動脈網套光罩、導線架? 3.微镌刻：醫療器材標志、導線標志? 4.微細加工：3D立體模穴、微軸? 5.微焊接：二極體 |
| 超緊密加工 | 1.光電元件：平面透鏡、繞射鏡片、LCD導光板與菱鏡片、光纖連接器、微光柵 2.超緊密模具：鏡片射出模? 3.精密軸加工：車用傳動軸、對象機主軸 4.微細加工：3D立體模穴、微軸? 5.脆性材料加工：磁碟基板加工、晶圓切割? |
（三）高速鑽削( High Speed Milling, 簡稱HSM )
高速銑削是一項倍受矚目的潛力手藝，這項手藝從1990年日本理化學研究所揭曉每分鐘超出1000m的切削實驗功效以來，即致力於模具生產現場的適用化而一向延續到現在。比來，利用直徑0.1mm以下之細小徑端銑刀的高速銑削被視為前程看好的加工技術，並且已進入適用化，其切削加工臉孔前已達到足以實現Ry1μm以下之高精度化的階段了。
但是，在提高切削加工之超精密化與微細化方面，還有很多應當解決的問題點，例如具稀有μm以下之振動精度的小徑端銑刀、在每分鐘超過100,000min-1之高速扭轉下具有高夾具剛性與振動精度的夾治具系統、和在綜合加工機方面，具有高熱位移特征與振動精度等的高速扭轉主軸、動作活絡的高速進刀機構、以及高定位精度等都是被要求的項目。
在利用細小切削刀具於模具部品加工方面，若CNC加工機也可以或許相對地適度縮小規格的話，將有益於達成包孕讓進目動作靈敏以及因應熱影響等高速與高精度化的目的，是以日本理化學研究所已開辟出桌上型高速CNC銑床，圖(十)便是理化學研究所利用直徑0.6mm之端銑目的微細形狀之切削加工實例。這些場所所利用的切削刀具其所要求的是像超硬合金、cBN燒結體、鑽石燒結體及單結晶鑽石等目具材質，和目具的最適化設計。
圖(十) 小徑端銑刀之微細外形加工例
（四）微型工場( Micro Factory )
讓機械微型化則是近年來全球起勁的標的目的。為了因應環境的轉變，使得微型工廠( Micro factory )和狹小部的點檢機械手臂等機械的微型化的需求由此而生，不只是這類新的需求，傳統的細密機械部品也入手下手訴求更高精度及更低本錢的新製造法。
日本通產省工業手藝院機械技術研究院目前開辟出的微車床32mm、深25mm、高30.5mm的製品，如圖(十一)所示。重量約100g，主軸驅動用馬達的額定功率為1.5W，比起平凡用的車床，尺寸約為1/50，重量在1/50000以下，額定功率在1/500以下。
它是由主軸驅動元件、X-Y移動元件、刀架等3個元件構成。主軸驅動元件則是早個內徑4mm的轉動軸承所支持主軸和DC微型馬達組入穀內後，所構成的構造。加工部品是使用和主軸一起的夾具來夾持，刀具位置是固定的，加工時只需移動加工部品便可。
切削加工實例如圖(十二)所示，右邊的黃銅棒其先端直徑為100μm。左邊黃銅棒的切削面概況粗度約1.5μm、圓度 2.5μm，和普通的車床比較之下，大致都可以得一致的加工精度。相對於普通車床的主軸驅動用馬達，其額定功率為1~3KW，本微型車床可以到達 1.5W，可以節流許多的能源，而這也是它的長處之一。
圖（十一） 微車床之外觀
圖（十二） 微車床之切削加工實例
4、微型工廠（Micro Factory）（MEL、FANUC集團及其他）
在「小工具讓小機械製作」的概念下，通產省的產技策劃（產業科學手藝研究開發軌制）相幹部分已著手研究「微型工場（Micro Factory）」等開辟技術，也就是讓小型部品或設計，藉由小型生產系統來製作。以此刻的生產系統而立，不管尺寸多小的產品，原則上還是由非常大的機械在生產。例如手義、相機等小型嚴密機器都是由毫米級的部品所組成，可是這些產品倒是由公尺級的工作機械製造，生產線的長度竟也長達數十公尺。假如小型產品可以用跟它差不多大尺寸的小型生產系統來製造，不只可以省下良多的能源、空間、資本、設備投資等，並且對於產品種類的變化也有對應的彈性，而這些都是小型生產系統的長處。按照估算，若是將生產機械尺寸縮小為1/100閣下。假定在調養品或化妝品店裡設置微型化學工場，就能夠立即製作客石所需要的化裝品和醫藥品，由此可知微型工場具有很大的彈性，而這也是一般工場所沒有的。
圖(十三)為桌上型微型工廠的概念圖。它是由三個元件所柟成：以放電或雷射光來進行微細部品加工，簡單組立的「加工組立平台」；在系統外則有供給加工部品的「部品供給平台」；和組立這些部品的細密組立平台，而這些平台皆由外部電腦所控制，系統巨細大約是可以擺在桌上的尺寸。
日本工業手藝院機械手藝研究所已有試作過如許的系統，尺寸為50cm?/span>70cm 的桌面，幾英吋 的車床、銑床、沖壓機、搬送手臂、組立裝置等所設置裝備擺設的系統。另外，FANUC、SEIKO Instruments Inc.等機械公司和7家機電公司也共同開辟出微型工場。在長約86cm、寬約1m的桌面，利用7個機械手臂（Robot Arm）等超小型機械，製作直徑約1cm的小型齒輪箱（Gear Box）。圖(十四)是機械手藝研院所供應的微型工場照片。
圖（十三） 桌上型微型工場概念圖
圖（十四） 所供應的微型工場照片
結語
生產機械和動力機械的細小化是為了到達省能源、省資源、省空間等。許多微細機械固然都有被試作過，但幾近都還不克不及實實際用化，只到用單體的機械來確認動作的階段。固然要達到適用化將有更多的問題有待解決，而若何使其運用在現實的系統上，是從此待解決的課題。
在微細機械方面，有尺寸效應等非凡問題，為了能戰勝如許的問題，有用發展微細機械，微型物理學和微型磨擦學等的根蒂根基研究就極為主要。而這些研究仍為起步階段，沒法充裕闡釋微觀世界的現象。我們期待從此的研究能有更進一步的成長，讓成果反應在微細機械的設計製作上，也期待能在不久的未來實現微細機械的適用化。
5-8 電解拋光（Electrolytic Polishing）
所謂電解拋光，等于將工件放置陽極，於電解液中通電，在恰當操作參數下，使工件産生電解反應（亦稱反電鍍），工件表面而因電場集中效應而產生消融感化，因此可殺青工件輪廓平坦與光澤化之加工技術。電解拋光機制示意圖如圖（十五）所示：
圖（十五）電解拋光機制示意圖
電解拋光技術於1931年，由D.A.Jacquet發現採行。「電解拋光」手藝可普遍運用在半導體製程裝備、化工、航太和其他高精密等表面處理加工。
電解拋光利用局限：
(1) 可處理銅、黃銅、鉛、鎳、鈷、鋅、鍚、鋁、不銹鋼、鐵、鎢等材料。
(2) 電解拋光手藝普遍利用於半導體/LCD品級閥件、管配件、接頭、IGS之概況處置。
(3) 電解拋光可達鏡面級光澤，拋光後產品表面可達Ra=0.2~0.5μm。
(4) 不銹鋼電解拋光外觀可生成鈍化層，有用提昇抗腐蝕能力。
電解拋光制品如相片（一）所示：
相片（一）電解拋光制品
工研院機研所，兩年來，在沒有手藝引進情形下，自行設計、開發夾治具、電解液和設立實驗室，摸索出生避世界最新奇的輪廓處置「電解拋光」要害手藝。機械所目前已建立電解拋光實驗室，具有表裏孔電解拋光裝備，除開辟閥件內孔電解拋光手藝外，更將觸角延伸至管件內孔電解拋光高級手藝成長，期能創設我國紮實的電解拋光加工能力。
最近幾年，國內半導體製造業蓬勃成長，但半導體製程設備工業卻遠遠落後，詳究其緣由，首要在於國內缺半導體製程裝備所需的緊密表面加工手藝。電解拋光應用於半導體製程裝備中的節制閥內流道、廠務配管流道、回響反映腔壁皮相之處，凡與製程氣體接觸的地方理都需要電解拋光加工處置懲罰，運用規模多且廣。將電解拋光應用於半導體製程設備的目標有三，一為可生成抗蝕鈍化層，二為可產生高度幹淨表面，三為可鏡面拋光下降粗糙度。為創立電解拋光操作參數，機械所是從電流密度、電壓、通電時候、溫度、流速、電解液配方、比例、添加劑等，來了解其對鈍化抗蝕性的影響，並委託清華大學進行電解拋光試片抗蝕性研究，已嘗試完成且有不錯的功效。機械地點電解拋光高度潔淨表面研究方面，則從製程和步調著手，包孕前處置溶液清洗、鹼洗除油、酸洗除銹、電解液潔淨和控制、後處理化學清洗，和在無塵室進行超化學液配方、溫度、操作時候、角度等研究。
電解拋光效益（締造產值）：
(1) 為一具有機械、電控、熱流、材料化工高度整合性手藝。
(2) 1999年時國內半導體業者需求與EP有關之閥件、管配件等零組件損耗品總金額為67.5億，個中EP手藝產生價值約佔22%，總值約為15億。
5-9 化學機械拋光（Chemical Mechamical Polishing，簡稱CMP）
CMP機械之機關圖及製程示意圖如圖（十六）及圖（十七）所示：
圖（十六）CMP機械構造簡圖
圖（十七）CMP製程示意圖
CMP 是將工件壓在旋轉之彈性襯墊（研磨墊）上，使用相對活動加工之拋光手藝。將具有腐蝕性之加工液供給到工件上，當工件進行腐蝕加工（化學性）時，同時供給超微磨粒（直徑100奈米以下）拋光（機械性）材料，對工件之凸部進行選擇性的拋光操作，故稱機（械）化學拋光或化學機械拋光。
在LSI往微細、高積體化發展之同時，構成於矽概況之裝配構造也有多層化，其表面凹凸變大之傾向。為了實現多層扮裝置之配線的高相信性、高成功率，在裝置製造之過程當中，每層輪廓之凹凸必需很平坦化（Planarization）。
平展化進程之概念圖，如圖（十八）所示：
在矽晶片上所構成內部配線之凸起氧化膜部分，使用包含超磨粒拋光材之拋光襯墊進行拋光加工後，便會逐步平坦。
圖（十八）平展化過程之概念圖
化學機械研磨（CMP）手藝因其具有周全平展化（Global Planarization）的優勢，是以在最近幾年來成為各大IC相幹產業競相研發之手藝。
傳統的平展化手藝以Spin On Glass（SOG）和Resist Etchback（REB）手藝為主但在0.25μm以下IC製程SOG及REB手藝並沒有法到達周全平展化（Global Planarization）的方針，是以極需尋覓新平展化手藝，化學機械研磨手藝經過IBM及Intel等公司積極研發，在最近幾年來已成為周全平展化的新興手藝。它不但可以殺青全面平展化的目標，同時可增添元件設計的多樣性，如可將銅及鎢納入新元件設計中且可削減缺陷。圖（十九）乃各IC平展化手藝之比力，由此圖可看出CMP在全面平展化技術的優勢。
圖（十九）平展化技術
圖（十五）申明積體電路分歧製程的平坦化能力。以積體電路產品16M（百萬）DRAM的晶方邊長在拾厘米以上，是以理想的平展化距離也需要拾厘米以上長度，在製程上最早應用的硼磷玻璃回填（BPSG Reflow）平展化技術，除高溫限制在金屬化前的利用外，平坦化距離僅能合適數微米長。旋塗玻璃(Spin on Glass)是二層金屬連線製程最常使用的平展化手藝，其平展化距離僅及10微米長。以沈積／蝕刻交替及電子迴旋電漿（ECR）沈積薄膜很是適合深次微米製程中的填隙，如搭配化學機械研磨（Chemical Mechanical Polishing）則可完全利用在多層連線的製造，以阻劑填平後蝕刻（Resist Etch Back）的平坦化手藝，因沒有塗佈玻璃材質的吸水性及有機物揮發等問題，故為美、日的主要積體電路製造商在高靠得住度產品運用的平坦化手藝。由於阻劑填平的平坦化間距僅及百微米局限，及綜合圖(十九)的比力，化學機械研磨就成為全面平展化的最好選擇。
0.25μm 以下製程不可或缺之平展化設備，化學機械研磨機在中科院主導及相幹業者之協又合作F商品化研磨機已進入市場。以二氧化矽為主要成份的絕緣介質在CMP所利用的研磨劑目前Cabot公司所製造之研磨液系列產品為大都廠商所接受。Cabot公司能佔有研磨液，大部分市場乃因其能自行製造之高純度且穩定性佳Sio2粉末。同時Cabot公司具有研磨液所需成長之技術即研磨粉末製造手藝，研磨粉末分離手藝及研磨液配方投術。
研磨液乃是用來研磨二氧化矽介電層，BPSG介電層、淺溝阻隔層（Shallow Trench Isolation）及Polysillicon薄膜層之研磨液。研磨液一般包含以下組成SiO2研磨粉末（平均粒徑按照不同配方約在100nm擺佈），固含量約10~30%，PH值約在9.0~11.0（由KOH或NH4OH調整），和去離子水約70%。
以介電薄膜研磨所利用之SiO2研磨液為例，在PH值固守時，當研磨液的SiO2研磨粉末之含量或粒徑巨細增添時，其研磨速度亦相對增添，如圖（二十）所示，然而若其增添比例過高，亦會刮傷薄膜輪廓。當PH值增加時，研磨速度亦會隨之增添，但是額外之化學反映亦會提高，因而降低研磨薄膜之平展度。
圖（二十）介電膜研磨速率與SiO2研磨劑構成之關係
而CMP技術所利用之研磨墊－PU Pad，大體來講有兩種功能，一是研磨墊之孔隙度可協助研磨液於研磨進程輸送到分歧區域，另一種功能乃是協助將晶片皮相之研磨產物移去。研磨墊之機械性質會影響到薄膜皮相之平坦度及平均度，因此節制其構造及機械性質是十分主要的。
研磨墊則是研磨劑外的另外一個重要損耗材，由於積體電路製程的目標是平展化，異於傳統光學玻璃與矽晶圓的拋光感化。圖（十八）平展化進程的示意圖，平坦化的作用即要將晶圓外觀輪廓凸出部份削平，到達全面平展化。抱負的研磨墊是觸及凸出頭具名而不觸及凹面，到達敏捷平展化的結果。就研磨墊的運用言，其材料的化性需求較為純真，一般僅具備耐酸鹼，持久穩定即可。但在物性前提則相當複雜。Rodel 的研磨墊Suba系列產品為美國Sematech等所評定，適合CMP製程運用。此Suba系列的材質為Polyurethane Impregnated Polyster Felts。上述的PU材料，具多孔性及必然的硬度。如圖（二十一）所示，研磨墊的緊縮性差別，構成分歧的垂直與程度變形，軟性的研磨墊，因變形而容易觸及凹面，構成平坦度較差的現象。Rodel另外一系列的IC(品名)產品，具較低壓縮性，較高硬度的研磨墊，可以有效提昇平坦度的結果，但其均勻度的節制則變差了。利用IC 1000/Suba IV的組合墊則統籌了平展度與均勻度的效果，也就成為本日對氧化矽薄膜在CMP製程的首要研磨墊。不變的製程除了選擇恰當的研磨墊外，適當的保養則是必要的進程。在研磨過程當中，研磨墊皮相材質也會耗損，變形。別的外面聚積的反映物也需穩當的排除。因此在使用中，如無恰當的處置，研磨墊輪廓將出現快速老化，造成蝕刻率闌珊等現象。為認識決研磨墊的老化問題，現代的CMP機台都具有『研磨墊收拾整頓器』，具備與研磨過程同步整理或守時整理的功能。
化學機械研磨製程節制
RR=Kp．P．V
此中RR為蝕刻率，P為晶圓上的施加壓力，而V為相對線性速度。Kp則稱為Preston常數，此簡單的Preston方程式申明蝕刻率與壓力、線性速度成正比關係外，其他物性、化性及機械參數及特性都隱藏在Preston常數內。在傑出的機台參數節制下，一般氧化層膜的製程節制局限都可合用 Preston方程式。典型的例子如圖十所示。由圖上可以看出氧化矽膜的蝕刻率與施加壓力呈正比的線性關係，另外在不同設定的轉速下亦都顯現正比的線性關係，其斜率則跟著轉速而增添。圖（二十二）即在固定的施壓下，蝕刻率與平台轉速的關係。一般實驗成績可以獲得線性但非正比關係。
圖（二十一）熱氧化矽薄膜的CMP蝕刻率與壓力關係圖
圖（二十二）熱氧化矽的CMP蝕刻率與磨盤轉速的關係圖
5-10 製程中電解削銳(Electrolytic In-Process Dressing，簡稱ELID研磨)
電子零件等功能材料之前進是有目共睹的，但對於各種素材零件之加工精度要求則是越來越嚴厲。其加工技巧之磨料加工手藝的研磨、拋光方面，對於高效力、高精度、高品位、超細密、自動化等之期望也很高，知足其要求的加工手藝之一為ELID研磨法。
ELID研磨法為金屬結合砂輪的削銳方式之一，利用電氣化學感化所產生之電解溶泛起象，在研磨加工中也能夠連續地進行削銳，以連結不亂的銳利度。
圖（二十三）所示為平面磨床利用ELID研磨法時之示意圖。電解削銳是對與研磨加工無關之砂輪部分，在砂輪和電極之間產生電氣化學反映而進行的。
圖（二十四）所示為ELID研磨時之砂輪表面狀況的示意圖。
(a) 為砂輪剛削正後之狀況。
(b) 為在研磨加工之前僅實行削銳操作，利用電解方式，使砂輪之連系劑消融的狀況。
(c) 為跟著電解之進行，不導電薄膜產生，連系劑之溶解被按捺。
(d) 是由於加工之進行，磨料産生磨耗，不導電薄膜也被剝離之狀況。
(e) 是不導電薄膜變薄，導電性回復，結合劑之消融再度入手下手，而露出磨粒。
由於這些作用之反覆進行，使砂輪可以保持良好的鋒利度。
圖（二十三）利用ELID研磨法之平面磨床示意圖
圖（二十四）ELID研磨時之砂輪外面狀況示意圖
依據工研院微電機部H.Y.Lin及F.Y.Chang等人89年11月1~2日揭橥於第四屆奈米工程暨微系統手藝鑽研會之論文：
The Surface Morphology and Sub-surface Characteristics of ELID-Ground Single Crystal Silicon.
行使ELID鑽石磨輪研磨直徑300-400mm之矽晶圓，可取得所期望的外面粗度與平展度(flatness)其研磨後果則視電流、電壓、磨輪轉速、材質、磨粒粗細、進給率及工作台轉速而決意。Nachi RGS20N ELID研磨機之示意圖如圖（二十五）所示：
圖（二十五）Nachi RGS20N ELID研磨機示意圖
平常磨輪之磨粒越細，則研製工件之外觀粗度越好，但是磨輪外面越輕易被切屑(Chip)梗塞而釀成不鋒利，是以必須定時停機清算削銳，如斯一來就造成加工不輕易及損失，是以Ohmori提供ELID研磨法，使得在研磨過程中，經常連結磨輪在銳利狀況，因便可取得不亂又抱負之工件外面粗度。
相片（二）（三）（四）（五）（六）為利用AFM(Atomic Force Micro Scope 電子力顯微鏡)、SEM(Scanning Electron Micro Scope 掃描電子顯微鏡)及HRTEM(High Resolution Transmission Electron Micro Scope 高解析度穿透式電子顯微鏡)在分歧加工參數前提下所獲得之矽晶片概況狀態之相片。
相片（二）ELID研磨之矽晶片 SEM（左） AFM（右）相片
（#6000 Diamond ,Wheel ，30V, 20A,2000/400rpm,2μm/min）
相片（三）ELID研磨之矽晶片 HRTEM相片
（#6000 ,30V, 20A,2000/400rpm,2μm/min[110]）
相片（四）ELID研磨之矽晶片 AFM相片
（#6000 ,60V, 10A,3000/100rpm,8μm/min（左）,2μm/min（右））
相片（五）ELID研磨之矽晶片 HRTEM相片
（#6000 ,60V, 10A,3000/100rpm,8μm/min[110]）
相片（六）ELID研磨之矽晶片 HRTEM相片
（#6000 ,60V, 10A,3000/100rpm,8μm/min[110]）
由於磨輪進給率分歧，晶片概況之狀態也略微分歧，如圖（十三）所示，進給率為8μm/min時，在晶片概況產生10-30nm（奈米）之非晶形薄層(amorphous layer)如圖（十四）所示，當進給率為2μm/min時，因磨耗較大，致使摩擦生熱，是以在晶片外觀產生80μm之非晶形薄層，同時在基底下構成 200nm之差排薄層(dislocation layer)
Reference：
(1) 機械所無師自通電解拋光手藝 經濟日報(88.11.28)
(2) 微細加工技術 復漢出書社
(3) 電解拋光手藝 工研院機研所
(4) The Surface Morphology and Sub-surface Characteristics of ELID-Ground Single Crystal Silicon.
H.Y.Lin and F.Y.Chang 第四屆奈米工程暨微系統手藝鑽研會之論文集
(5) MATERIALS AND PROCESSES IN MANUFACTURING E.Paul De Garmo
(6) VLSI 製程概論 陳志芳 工業技術人材培訓設計課本
ref: http://blog.xuite.net/bwwiiiychen/BW/14164808
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OTEC為德國緊密拋光研磨的著名公司，其超卓的輪廓處置懲罰手藝，能讓產品具有出眾的表面，更是晉升了其價值。Jewelry Deburring Machines for jewelry, jewelry polishing OTEC Precision Finishing Inc - jewelry polishing and industrial deburring tools as well as content related to precision finishing machines, compounds, ...www.otecusa.com Deburring and Polishing solutions at Otec finishing Finishing Techniques Limited suppliers of OTEC CF, CFI, CFT, ECO, MG and ECOMINI DF finishing machines, compounds and medIa.
別的有 (ECM/PECM) 精微電化學加工手藝在未來各類細微加工運用中佔有極大的優勢。該技術之長處係在於其加工能力與材料硬度無關，且能加工出微細及外形複雜之輪廓結構，經過該製程加工後之產品外面具有粗糙度佳、無殘留應力及無裂痕產生等優秀特征，常應用於航太、光電半導體、醫療器材、綠色能源、模具等產業上，本次鑽研會中特殊約請國表裏知論理學者及專家，介紹於精微電化學領域內之各類加工手藝，可應用於燃料電池雙極板、生物晶片、微流體動壓軸承、微噴嘴、次世次流體分派閥元件、模具等產品加工上，機遇可貴，出色可期。PECM為精密電化學切削的工程公司，其領先的手藝，已在周詳電化學切削範疇到達量產化的水準。供顧客PECM嚴密電化學切削生產手藝和客制化的製程裝備。
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