超微型電機的制造技術及其發展動態
楊大偉(蘇州市廣播電視局215006)
張耀安（蘇州電訊電機廠）
1引 言
微細加工技術是一種新興的高科技技術，它使人們制造大型機械設備轉而能制造微型機械。微型機械亦稱為微電子機械系統或超微機電系統，這是一種采用微細加工技術制成的體積很小、重量很輕、組成構件以微米或納米為度量單位的超微細機電一體化產品，主要用在醫療、信息、航空航天、軍事裝備等領域，微型機械的動力構件即是采用微細加工技術制成的超微型電機。
2超微型電機
微型機構不僅縮小了機器尺寸、節約材料與能源，而且它是人類探索微觀領域科學技術的一種重要工具，作為微型機械的動力構件，超微型電機的研制已成為國內外的科研重點。
電機一般分為電磁型和靜電型兩類，電磁型電機及其傳動裝置在辦公、工廠、家庭自動化等領域占主導地位，其特點是可以低電壓驅動易于利用電流對驅動力進行控制，但因其結構上需要采用產生磁場的線圈，故難以達到極端小型化，因而在超微型電機中電磁型電機很少。據報道，目前世界上最小的電磁式電機是日本東芝公司所研制的直徑0. 8mm輔向間隔型同步電機，電機重量4×10-6kg，電壓1.7v，轉速60～10 000r/m in，電機轉矩5×10-8nm，電機體積不到immb，在直徑o．imm的鐵心上繞20圈o．03mm的導線，制成直徑0. 25mm的定子等[1]。
靜電型電機早在電磁型電機發明前100年，即1750年即已誕生，但因材料及加工技術的制約而未能實用化，1988年用表面超微加工技術在硅片上制出靜電型超微型電機后，靜電型電機才有了廣泛應用，目前超微型電機的研制主要是靜電型的。
靜電電機是利用兩個極板間電荷分布產生的吸引力和推斥力，從而把電能轉換成機械能，靜止電極稱為電機定子，而移動電極則稱為轉子。靜電型超微型電機主要有旋轉型和直線型兩類，國內外研制較多的是旋轉型，又分為共振型（擺動型）和突極型兩種，圖l為共振型電機結構示意圖，工作時定子（靜止電極）被依次激磁，轉子（移動電極）靠電荷吸力趨向定子相應磁極，因而旋轉。共振型電機推力轉矩較大，速比達70—90，轉速可達700r/min，但負載跟著電機擺動較大。
靜電型超微型電機在功率和控制方面仍存在問題，摩擦是制約這種電機的壽命、效率的主要因素，目前國內外研究開發的重點是研制摩擦小的新材料、新型結構的靜電電機及其組裝技術。并光刻出軸承，用氫氟酸(hf)除去s102，圖2a～d完成電機轉子的加工與裝配，轉予支撐在基板上并繞軸承旋轉，采用同樣方法制成定子，轉子配對如圖2e所示。
3超微型電機的制造技術
制造超微型電機的微細加工技術有多種，以80年代初期美國加利福尼亞大學伯克利分校研制的滑塊連桿機構為開始的半導體微細加工光刻技術為主流，80年代后期德國卡爾斯魯厄核研究中心開創的以同步軸射x射線深度光刻為核心的liga技術為后起之秀。
3.1微細加工光刻技術
在一塊多晶硅基板上采用過氧化法或汽相沉積等方法外延一層sioz，再在其上涂光致抗蝕劑，并按預先設計好的掩膜圖形，用x線或激光進行光刻制取微型構件或組件，這種方法只限于硅材料，且構件厚度只能達到幾微米，圖2為用這種方法制作超微型電機的工藝程序圖。
圖2a在多晶硅基板上附s102薄膜，光刻法蝕刻出一定深度的環槽。圖2b在圖2a基礎上再在s102表面附上多晶硅并光刻出轉子。圖2c在圖2b基礎上附上s102，并光刻出軸承孔。圖2d在圖2c基礎上再附上多晶硅并光刻出軸承，用hf出去sio2，圖2a-d完成電機轉子的加工與裝配，轉子支撐在基板上并繞軸承旋轉，采用同樣方法制定釘子，轉子配對如圖2e所示
3.2 光刻電鑄(ltga)技術
由深層x射線光刻、電鑄成形及塑注成形工藝組成，主要工藝過程為制作用于x光刻的掩膜板；x光深光刻；光刻膠顯影；電鑄成模；光刻膠剝離；塑料模制作；塑料脫模成形，具體加工過程為，首先用丙烯酸酯等作為光致抗蝕劑涂于基板上將已刻好零件圖形的金屬掩膜蓋在基板上，并用x射線使抗蝕層爆光，然后顯影，將未受x光爆光的抗蝕層溶解，從而制成抗蝕層 |
