超微型电机的制造技术及其发展动态
杨大伟(苏州市广播电视局215006)
张耀安（苏州电讯电机厂）
1引 言
微细加工技术是一种新兴的高科技技术，它使人们制造大型机械设备转而能制造微型机械。微型机械亦称为微电子机械系统或超微机电系统，这是一种采用微细加工技术制成的体积很小、重量很轻、组成构件以微米或纳米为度量单位的超微细机电一体化产品，主要用在医疗、信息、航空航天、军事装备等领域，微型机械的动力构件即是采用微细加工技术制成的超微型电机。
2超微型电机
微型机构不仅缩小了机器尺寸、节约材料与能源，而且它是人类探索微观领域科学技术的一种重要工具，作为微型机械的动力构件，超微型电机的研制已成为国内外的科研重点。
电机一般分为电磁型和静电型两类，电磁型电机及其传动装置在办公、工厂、家庭自动化等领域占主导地位，其特点是可以低电压驱动易于利用电流对驱动力进行控制，但因其结构上需要采用产生磁场的线圈，故难以达到极端小型化，因而在超微型电机中电磁型电机很少。据报道，目前世界上最小的电磁式电机是日本东芝公司所研制的直径0. 8mm辅向间隔型同步电机，电机重量4×10-6kg，电压1.7v，转速60～10 000r/m in，电机转矩5×10-8nm，电机体积不到immb，在直径o．imm的铁心上绕20圈o．03mm的导线，制成直径0. 25mm的定子等[1]。
静电型电机早在电磁型电机发明前100年，即1750年即已诞生，但因材料及加工技术的制约而未能实用化，1988年用表面超微加工技术在硅片上制出静电型超微型电机后，静电型电机才有了广泛应用，目前超微型电机的研制主要是静电型的。
静电电机是利用两个极板间电荷分布产生的吸引力和推斥力，从而把电能转换成机械能，静止电极称为电机定子，而移动电极则称为转子。静电型超微型电机主要有旋转型和直线型两类，国内外研制较多的是旋转型，又分为共振型（摆动型）和突极型两种，图l为共振型电机结构示意图，工作时定子（静止电极）被依次激磁，转子（移动电极）靠电荷吸力趋向定子相应磁极，因而旋转。共振型电机推力转矩较大，速比达70—90，转速可达700r/min，但负载跟着电机摆动较大。
静电型超微型电机在功率和控制方面仍存在问题，摩擦是制约这种电机的寿命、效率的主要因素，目前国内外研究开发的重点是研制摩擦小的新材料、新型结构的静电电机及其组装技术。并光刻出轴承，用氢氟酸(hf)除去s102，图2a～d完成电机转子的加工与装配，转予支撑在基板上并绕轴承旋转，采用同样方法制成定子，转子配对如图2e所示。
3超微型电机的制造技术
制造超微型电机的微细加工技术有多种，以80年代初期美国加利福尼亚大学伯克利分校研制的滑块连杆机构为开始的半导体微细加工光刻技术为主流，80年代后期德国卡尔斯鲁厄核研究中心开创的以同步轴射x射线深度光刻为核心的liga技术为后起之秀。
3.1微细加工光刻技术
在一块多晶硅基板上采用过氧化法或汽相沉积等方法外延一层sioz，再在其上涂光致抗蚀剂，并按预先设计好的掩膜图形，用x线或激光进行光刻制取微型构件或组件，这种方法只限于硅材料，且构件厚度只能达到几微米，图2为用这种方法制作超微型电机的工艺程序图。
图2a在多晶硅基板上附s102薄膜，光刻法蚀刻出一定深度的环槽。图2b在图2a基础上再在s102表面附上多晶硅并光刻出转子。图2c在图2b基础上附上s102，并光刻出轴承孔。图2d在图2c基础上再附上多晶硅并光刻出轴承，用hf出去sio2，图2a-d完成电机转子的加工与装配，转子支撑在基板上并绕轴承旋转，采用同样方法制定钉子，转子配对如图2e所示
3.2 光刻电铸(ltga)技术
由深层x射线光刻、电铸成形及塑注成形工艺组成，主要工艺过程为制作用于x光刻的掩膜板；x光深光刻；光刻胶显影；电铸成模；光刻胶剥离；塑料模制作；塑料脱模成形，具体加工过程为，首先用丙烯酸酯等作为光致抗蚀剂涂于基板上将已刻好零件图形的金属掩膜盖在基板上，并用x射线使抗蚀层爆光，然后显影，将未受x光爆光的抗蚀层溶解，从而制成抗蚀层 |
