平面微电机定子线圈制作工艺研究

为了在平面微电机有限大尺寸的定子上制作高深宽比结构的绕组线圈,对高深宽比微结构的制作工艺进行了研究,综合比较各方面因素,从中找出了成品率高、可重复性好、工艺步骤尽量简单的平面线圈制作工艺,即在硅沟槽里通过微电铸得到高深宽比平面铜线圈的深刻蚀成型电铸工艺,并分析了光刻工艺关键参数之间的关系及对后续工艺的影响.通过该工艺制作的直径为10 mm的定子线圈深宽比大(宽4

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微细加工技术

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平面微电机定子线圈制作工艺研究

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杨杰伟@，，吴一辉@，王淑荣@，张9平@

（@5中国科学院长春光学精密机械与物理研究所应用光学国家重点实验室，

长春@!##!!；"5中国科学院研究生院，北京@###!?）

摘要：为了在平面微电机有限大尺寸的定子上制作高深宽比结构的绕组线圈，对高深宽比微结构的

制作工艺进行了研究，综合比较各方面因素，从中找出了成品率高、可重复性好、工艺步骤尽量简单的平面线圈制作工艺，即在硅沟槽里通过微电铸得到高深宽比平面铜线圈的深刻蚀成型电铸工

艺，并分析了光刻工艺关键参数之间的关系及对后续工艺的影响。通过该工艺制作的直径为@#BB的定子线圈深宽比大（宽;#!B、深>#!B），无空洞，并且在工艺上还有很大的深宽比挖掘潜力。该工艺亦可应用于其他需要高深宽比平面线圈的微执行器的制作中。

关9键9词：微电机；高深宽比；平面线圈；深刻蚀；微电铸中图分类号：-%!>999文献标识码：+

!9引言

平面式电磁型微电机（图@）因其气隙是平面型的、气隙磁场是轴向的特殊结构而与传统电机相比具有结构简单、易散热、小尺寸和大转矩等特点，在医疗仪器、精密光学、自动控制及现代通讯等众多领

［@］域有着广泛的应用前景。当平面微电机的主要尺寸确定后，其转子永磁体的气隙磁感应强度即确

虑采用刻蚀性能较好的硅作为基片，在其上采用深刻蚀工艺刻蚀出连接正反面的过线孔，然后采用微

［;］

电铸法制作线圈。

定，为保证微电机有较大的输出转矩，要求定子线圈能通过较大的电流，且线圈电阻要小，这就需要在有限大尺寸的定子上制作高深宽比结构的绕组线圈。

制作高深宽比微结构的工艺有很多种，有基于

［"］

准1&2+工艺、聚合物或CD:>工艺等，但是这些［!］工艺都较复杂，且成本高，成品率低。通过对多

种工艺的借鉴吸收，本文对传统平面线圈的制作工艺进行了改进研究，在综合比较各方面因素的基础上，从中找出了成品率高、可重复性好的高深宽比平面线圈制作工艺。

印制电路板（E’,）工艺制作绕组线圈虽然工艺简单、成本低廉，但铜的腐蚀速度难以控制，侧蚀现象严重，且线圈的高深宽比受到限制，连接正反面线圈的过线孔制作困难，位置精度难以保证。因此，考

99收稿日期："##$:#;:#!；修订日期："##$:#<:"<

图@9微电机结构图

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99表面电铸工艺过程如下：首先在硅片表面氧化一层CF)"作为铜和基片之间的绝缘层，采用准1&2+工艺和感应耦合等离子体（&’E）深刻蚀技术在硅片上制作出连接正反面的过线孔，双面溅射铜种子层，然后采用+G;?#!厚胶工艺，刻蚀出线圈的光刻胶掩模图形，并电铸直至铜长满线圈结构，最后去胶、腐蚀掉多余的种子层，得到线圈结构（如图"所示）。

99基金项目：国家自然科学基金资助项目（$#<=;#>?）；中国科学院创新项目资助99作者简介：杨杰伟（@?==A），男，博士研究生，主要研究

向为集成微光机电系统。

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