探索新结构平面电机 加快IC产业发展步伐

本报讯 集成电路(Integrated Circuit, IC)的集成度和特征尺寸直接体现了一个国家的制造技术水平。超精密工件台作为制造集成电路的关键设备，是IC产业向高集成度、高效率和低成本方向不断发展的重要支柱。超精密工件台具有纳米级高精度同步定位的要求，直接决定了光刻机所能实现的特征尺寸和生产效率，其各项指标代表了超精密运动系统的国际前沿技术水平。因为我国对光刻机及其超精密工件台的研究正处于初级阶段，并且国外在相关领域对我国进行了技术封锁，所以目前只能直接引进国外的成套部件。因此，开展超精密工件台的研究，对我国光刻机及其关键配套部件的研制具有重要意义，是我国实现IC产业自主化发展的必经之路。

发表在2011年31卷15期的《中国电机工程学报》上，哈尔滨工业大学电磁与电子技术研究所寇宝泉教授、张赫博士和李立毅教授的论文《集成绕组结构短行程直流平面电机》提出了一种可应用于光刻机超精密工件台的平面电机新型结构，并对相关问题做出了深入研究。

平面电机是一种能够直接利用电磁力产生平面运动的电机。与传统的由多台旋转电机或直线电机组合驱动的方式相比，平面电机产生的运动轨迹不是凭借两个相互垂直的导轨在运动方向上的合成产生，而是直接利用电磁力产生平面定位运动。因此它具有系统结构简单、推力密度大、定位精度高、电机损耗小等特点。另外由于摒弃了丝杠、螺杆等中间转换装置，可以实现控制对象与平面电机的一体化，从而使平面电机驱动系统具有响应速度快、灵敏度高、随动性好以及体积小等优势。

论文在总结比较国内外现有平面驱动装置的基础上，提出一种基于音圈电机运行原理的平面电机新结构。这种平面电机可以实现高精度、高频响的定位运动，在光刻机超精密工件台的应用领域中具有很高的研究价值。文中对平面电机多自由度运动状态的实现过程进行了运动分析，利用磁荷法和镜像法建立了平面电机的解析模型，通过3D有限元仿真进行模型验证，并最终加工一台满足指标的实验样机。仿真结果和实验结果均与理论计算相符，验证了理论分析的正确性。

论文所提出的平面電机结构新颖，理论分析深入。文中所涉及的内容有很好的应用价值和推广价值，为我国从事平面电机的相关研究人员拓展了研究思路。相信在不久的将来，随着科研工作者的深入研究，平面电机在精密、超精密加工领域中发挥的作用将越来越显著。