探索新結(jié)構(gòu)平面電機(jī) 加快IC產(chǎn)業(yè)發(fā)展步伐

本報(bào)訊 集成電路(Integrated Circuit, IC)的集成度和特征尺寸直接體現(xiàn)了一個(gè)國(guó)家的制造技術(shù)水平。超精密工件臺(tái)作為制造集成電路的關(guān)鍵設(shè)備，是IC產(chǎn)業(yè)向高集成度、高效率和低成本方向不斷發(fā)展的重要支柱。超精密工件臺(tái)具有納米級(jí)高精度同步定位的要求，直接決定了光刻機(jī)所能實(shí)現(xiàn)的特征尺寸和生產(chǎn)效率，其各項(xiàng)指標(biāo)代表了超精密運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)的國(guó)際前沿技術(shù)水平。因?yàn)槲覈?guó)對(duì)光刻機(jī)及其超精密工件臺(tái)的研究正處于初級(jí)階段，并且國(guó)外在相關(guān)領(lǐng)域?qū)ξ覈?guó)進(jìn)行了技術(shù)封鎖，所以目前只能直接引進(jìn)國(guó)外的成套部件。因此，開展超精密工件臺(tái)的研究，對(duì)我國(guó)光刻機(jī)及其關(guān)鍵配套部件的研制具有重要意義，是我國(guó)實(shí)現(xiàn)IC產(chǎn)業(yè)自主化發(fā)展的必經(jīng)之路。

發(fā)表在2011年31卷15期的《中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào)》上，哈爾濱工業(yè)大學(xué)電磁與電子技術(shù)研究所寇寶泉教授、張赫博士和李立毅教授的論文《集成繞組結(jié)構(gòu)短行程直流平面電機(jī)》提出了一種可應(yīng)用于光刻機(jī)超精密工件臺(tái)的平面電機(jī)新型結(jié)構(gòu)，并對(duì)相關(guān)問題做出了深入研究。

平面電機(jī)是一種能夠直接利用電磁力產(chǎn)生平面運(yùn)動(dòng)的電機(jī)。與傳統(tǒng)的由多臺(tái)旋轉(zhuǎn)電機(jī)或直線電機(jī)組合驅(qū)動(dòng)的方式相比，平面電機(jī)產(chǎn)生的運(yùn)動(dòng)軌跡不是憑借兩個(gè)相互垂直的導(dǎo)軌在運(yùn)動(dòng)方向上的合成產(chǎn)生，而是直接利用電磁力產(chǎn)生平面定位運(yùn)動(dòng)。因此它具有系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、推力密度大、定位精度高、電機(jī)損耗小等特點(diǎn)。另外由于摒棄了絲杠、螺桿等中間轉(zhuǎn)換裝置，可以實(shí)現(xiàn)控制對(duì)象與平面電機(jī)的一體化，從而使平面電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)具有響應(yīng)速度快、靈敏度高、隨動(dòng)性好以及體積小等優(yōu)勢(shì)。

論文在總結(jié)比較國(guó)內(nèi)外現(xiàn)有平面驅(qū)動(dòng)裝置的基礎(chǔ)上，提出一種基于音圈電機(jī)運(yùn)行原理的平面電機(jī)新結(jié)構(gòu)。這種平面電機(jī)可以實(shí)現(xiàn)高精度、高頻響的定位運(yùn)動(dòng)，在光刻機(jī)超精密工件臺(tái)的應(yīng)用領(lǐng)域中具有很高的研究?jī)r(jià)值。文中對(duì)平面電機(jī)多自由度運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的實(shí)現(xiàn)過程進(jìn)行了運(yùn)動(dòng)分析，利用磁荷法和鏡像法建立了平面電機(jī)的解析模型，通過3D有限元仿真進(jìn)行模型驗(yàn)證，并最終加工一臺(tái)滿足指標(biāo)的實(shí)驗(yàn)樣機(jī)。仿真結(jié)果和實(shí)驗(yàn)結(jié)果均與理論計(jì)算相符，驗(yàn)證了理論分析的正確性。

論文所提出的平面電機(jī)結(jié)構(gòu)新穎，理論分析深入。文中所涉及的內(nèi)容有很好的應(yīng)用價(jià)值和推廣價(jià)值，為我國(guó)從事平面電機(jī)的相關(guān)研究人員拓展了研究思路。相信在不久的將來，隨著科研工作者的深入研究，平面電機(jī)在精密、超精密加工領(lǐng)域中發(fā)揮的作用將越來越顯著。