超微電機(jī)發(fā)展概況
楊大偉 （江蘇漣水電訊電機(jī)廠 223400）
【摘 要】介紹超微電機(jī)的概念、關(guān)鍵制作技術(shù)及超微電機(jī)的應(yīng)用、發(fā)展概況。
【敘 詞】／超微電機(jī)／超微技術(shù)應(yīng)用發(fā)展
1引言
超微技術(shù)使人們從制造大型機(jī)械設(shè)備的工業(yè)時(shí)代轉(zhuǎn)入制造超微機(jī)電產(chǎn)品的微型技術(shù)時(shí)代，用這種技術(shù)制作的微型機(jī)械可進(jìn)入人體內(nèi)或極狹小的空間，廣泛用于醫(yī)療衛(wèi)生、航空航天、生物工程、機(jī)電工程等領(lǐng)域。超微技術(shù)在微電機(jī)領(lǐng)域的應(yīng)用引起國(guó)內(nèi)外的廣泛重視。
本文介紹超微電機(jī)的概念、制作技術(shù)及電機(jī)的應(yīng)用、發(fā)展概況。
2超微電機(jī)及其制作技術(shù)
制造大規(guī)模集成電路的半導(dǎo)體微細(xì)加工技術(shù)為研究開(kāi)發(fā)超微機(jī)電系統(tǒng)(microelec-tromechanical systems縮寫(xiě)為mems)打下了技術(shù)基礎(chǔ)，mems體積小、重量輕。
2.1超微電機(jī)概念
電動(dòng)機(jī)一般有電磁型和靜電型兩類(lèi)，電磁式電機(jī)可用低電壓驅(qū)動(dòng)，易于利用電流量對(duì)驅(qū)動(dòng)力進(jìn)行控制，但由于其結(jié)構(gòu)上需采用產(chǎn)生電磁場(chǎng)的線(xiàn)圈，故難以達(dá)到極端小型化，這類(lèi)電機(jī)及其傳動(dòng)裝置在工廠、辦公、家庭自動(dòng)化等領(lǐng)域占主導(dǎo)地位；‘靜電型電機(jī)早在1750年就已發(fā)明，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、易于小型化，但在功率和控制方面尚存在許多難題，同時(shí)由于材料及加工技木的制約限制了它的發(fā)展，直到表面超微加工技術(shù)發(fā)明后，于1988年在硅片上制出超微靜電電機(jī)，靜電電機(jī)才重新被人們所重視。超微機(jī)電系統(tǒng)是人們借助于多種毫微電子技術(shù)和利用硅片技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)而制造出來(lái)的超微細(xì)機(jī)械，其動(dòng)力構(gòu)件即靜電電機(jī)，因而超微電機(jī)大多為靜電電機(jī)。
靜電電機(jī)的原理是利用兩個(gè)極板間電荷分布產(chǎn)生的吸引力和推斥力而把電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能的，電機(jī)的定子為靜止電極，轉(zhuǎn)子為移動(dòng)電極，適當(dāng)變換兩個(gè)電極上的電荷，即能使轉(zhuǎn)子連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)。靜電型超微電機(jī)主要有旋轉(zhuǎn)型和直線(xiàn)型兩種，旋轉(zhuǎn)型中又有共振型和突極型兩類(lèi)。共振型靜電電機(jī)工作時(shí)電機(jī)定子磁極被依次激磁，在電荷吸引力作用下轉(zhuǎn)子趨向與定子相應(yīng)磁極靠攏而旋轉(zhuǎn)，其結(jié)構(gòu)如附圖所示。與其它類(lèi)型的靜電電機(jī)相比，同樣的外形尺寸共振型電機(jī)有較大的推力轉(zhuǎn)矩和速比，電機(jī)轉(zhuǎn)速可達(dá)700r/min，速比為70～90，其缺陷是負(fù)載擺動(dòng)較大。
2.2超微電機(jī)關(guān)鍵制作技術(shù)
超微電機(jī)的制作要在潔凈的環(huán)境和在高倍顯微鏡下進(jìn)行，所用材料以硅為主，因?yàn)楣栀|(zhì)輕不生銹，彈性好，能適應(yīng)超微技術(shù)制作微米級(jí)構(gòu)件，其缺點(diǎn)是脆性大，摩擦系數(shù)大，影響超微電機(jī)的壽命、性能與效率。為克服這些缺點(diǎn)，在某些特定場(chǎng)合用其它材料來(lái)替代硅，如用聚酰亞胺等高分子材料或鎢、鉬、鎳、銅、金等金屬作結(jié)構(gòu)材料，或石英、鋯石、氧化鈦
壓電材料，或tini等形狀記憶合金作傳動(dòng)材料，或si3n‘和金剛石狀碳膜等作潤(rùn)滑材料。
用超微技術(shù)制作的電機(jī)主要是靜電電機(jī)，超微技術(shù)是一種在制造大規(guī)模、超大規(guī)模集成電路的半導(dǎo)體微細(xì)加工技術(shù)基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的微米級(jí)加工技術(shù)，目前正向超微細(xì)加工技術(shù)方向發(fā)展，采用量子級(jí)(o. lpm)以下的加工技術(shù)，最終可望達(dá)到納米級(jí)，甚至原子量級(jí)。
制作超微電機(jī)的關(guān)鍵技術(shù)主要有以下幾種：
2.2.1 ic技術(shù)
這是一種發(fā)展十分迅速且比較成熟的制作大規(guī)模集成電路的加工技術(shù)，該技術(shù)刻蝕深度只有數(shù)百納米，是一種平面加工技術(shù)，在超微電機(jī)中應(yīng)用較早，且比較普遍，但其僅限于制作以硅為材料的構(gòu)件。
2.2.2 liga技術(shù)
逮種技術(shù)稱(chēng)為光刻電鑄技術(shù)(liga為lithographic galvanoformung abformung的縮寫(xiě)），是由半導(dǎo)體光刻工藝派生出來(lái)的一種加工超微電機(jī)微型構(gòu)件的方法，德國(guó)卡爾斯魯厄核研究中心首先開(kāi)發(fā)了該技術(shù)。它由深層x射線(xiàn)光刻、電鑄成型及塑注成型工藝組成，主要工藝過(guò)程為：
a．用于x光光刻掩膜版的制作。
b．x光深光刻。
c．光刻膠顯影。
d．電鑄成模。
e．光刻膠剝離。
f．塑模制作。
g．塑模脫模成型。
liga技術(shù)適用于多種金屬、非金屬材料制作大縮比的超微細(xì)構(gòu)件，該技術(shù)使用波 |
