微電機(jī)定轉(zhuǎn)子制作工藝研究

田延凱

（淄博市機(jī)電泵類產(chǎn)品質(zhì)量檢驗(yàn)研究院，山東 淄博255000）

1 引言

微電機(jī)的主要優(yōu)點(diǎn)是體積小、相對(duì)輸出力矩大、質(zhì)量輕等，從而被廣泛應(yīng)用在家用電器、汽車、音像設(shè)備、運(yùn)動(dòng)機(jī)械以及國(guó)防裝備等多個(gè)領(lǐng)域，在改善人們生活的同時(shí)，有效促進(jìn)了我國(guó)工業(yè)的發(fā)展。而定轉(zhuǎn)子作為微電機(jī)的主要零部件，其質(zhì)量與精度會(huì)直接影響微電機(jī)自身的質(zhì)量與性能。所以，應(yīng)不斷地提高定轉(zhuǎn)子的制作質(zhì)量，因此，本文主要對(duì)微電子中的定轉(zhuǎn)子制作工藝進(jìn)行分析與討論，希望能進(jìn)一步提高微電機(jī)定轉(zhuǎn)子的精度與質(zhì)量。

2 微電機(jī)定轉(zhuǎn)子的制作工藝要求與制作方法

2.1 微電機(jī)定轉(zhuǎn)子制作的相關(guān)工藝的要求

定轉(zhuǎn)子是微電機(jī)中非常重要的一個(gè)零部件，其制作質(zhì)量與精度會(huì)直接影響微電機(jī)的工作性能和配置質(zhì)量，所以，對(duì)定轉(zhuǎn)子的制作要求較高。進(jìn)行定轉(zhuǎn)子制作時(shí)，必須遵循3 點(diǎn)工藝要求：首先，必須保證定轉(zhuǎn)子的內(nèi)部直徑、外部形狀、槽底以及槽的形狀等構(gòu)造的尺寸符合要求；其次，在制作定轉(zhuǎn)子的過(guò)程中，需要確保其內(nèi)部與外部結(jié)構(gòu)的圓心可以和槽底部結(jié)構(gòu)的圓心重合[1]；最后，定轉(zhuǎn)子應(yīng)確保遍布其周圍的毛刺的長(zhǎng)度符合設(shè)計(jì)要求，且保證其能夠具備平整、無(wú)任何波浪的形狀。

2.2 微電機(jī)定轉(zhuǎn)子的制作方法

常用的微電機(jī)定轉(zhuǎn)子的制作方法包括：

1）先沖槽后完成落料的制作方法。這種制作方法的主要優(yōu)點(diǎn)就在于生產(chǎn)效率比較高，同時(shí)，能夠完成轉(zhuǎn)子和定子的制作，并且沖片的制作質(zhì)量也比較理想，可以充分滿足定子與轉(zhuǎn)子需要進(jìn)行同軸度運(yùn)行的相關(guān)操作要求。但是，該制作方法也存在明顯的缺點(diǎn)：在制作過(guò)程中，需要將硅鋼片作為原材料，因此，會(huì)影響材料的使用效果，與此同時(shí)，制作精準(zhǔn)度不高，容易出現(xiàn)誤差累積等情況，最終導(dǎo)致制作后的槽孔無(wú)法統(tǒng)一[2]。

2）先落料后沖槽的制作方法。相比較下，該方法具有較高的生產(chǎn)效率，同時(shí)，能夠進(jìn)一步提高對(duì)硅鋼片相關(guān)材料的使用效率與效果，實(shí)現(xiàn)單機(jī)的自動(dòng)化運(yùn)行，從而降低了生產(chǎn)周期。但是該方法也有比較明顯的缺點(diǎn)：在制作過(guò)程中，在對(duì)定子槽進(jìn)行統(tǒng)一復(fù)沖時(shí)，容易導(dǎo)致內(nèi)圓中的定位盤(pán)遭受到摩擦與損害，使操控發(fā)生不對(duì)等、不整齊等情況。

3）先在落料時(shí)沖定子槽，之后再?zèng)_轉(zhuǎn)子槽的制作方法。該制作方法主要分成2 個(gè)工序：先采用整體制作工序來(lái)制作定子，主要包括外圓制作、內(nèi)圓制作、記號(hào)槽的制作、定子槽的制作以及鳩尾槽的制作；在完成定子的制作后，再采用整體制作的方法制作轉(zhuǎn)子，主要指的是軸孔的制作、轉(zhuǎn)子槽的制作、軸孔鍵槽的制作以及平衡槽的制作。該方法一方面能夠進(jìn)一步提高最終的制作效果，提升成品操型的統(tǒng)一性和整齊性，另一方面能夠有效降低誤差率，提高制作的準(zhǔn)確度。

3 微電機(jī)定轉(zhuǎn)子制作的相關(guān)工藝

進(jìn)行微電機(jī)制作時(shí)，定子的制作難度更大。進(jìn)行定子線圈制作時(shí)，定子圈的制作工藝非常復(fù)雜，并且涉及很多工序，包括硅微機(jī)械加工工藝、雙面光刻工藝、LIGA 工藝以及雙面顯影工藝等，只有確保上述各項(xiàng)工藝的高質(zhì)量完成，才能使襯底和定子線圈之間的鏈接更加精密，進(jìn)而滿足微電機(jī)的設(shè)計(jì)，保證線圈的導(dǎo)電性能符合要求。

3.1 轉(zhuǎn)子的制作工藝

對(duì)于傳統(tǒng)轉(zhuǎn)子的制作方法，其在實(shí)際制作過(guò)程中通常會(huì)使用切割的方法將比較大的磁塊進(jìn)行切割，而后再將切割后得到的較小的磁體進(jìn)行處理，使其更好地安裝到指定位置，從而完成轉(zhuǎn)子的制作。但是隨著微電機(jī)的逐漸發(fā)展，其體積越來(lái)越小，而傳統(tǒng)的制作方法卻很難完成對(duì)磁體的有效充磁，并且在實(shí)際安裝與定位時(shí)要保持不變。為了有效解決這一問(wèn)題，可以將一體化多極磁體的方法引入制作過(guò)程中，利用多級(jí)脈沖磁化的方法完成對(duì)整個(gè)磁體的充磁，使后續(xù)工藝更加簡(jiǎn)便化，同時(shí)，永磁體也都是在同一標(biāo)準(zhǔn)電壓下進(jìn)行充磁的，進(jìn)一步提高了轉(zhuǎn)子制作的質(zhì)量與制作效率[3]。

3.2 定子的制作工藝

傳統(tǒng)定子線圈的制作工藝是先加工好完整的定子鐵芯，再對(duì)完整的定子鐵芯進(jìn)行繞線。該方法無(wú)法對(duì)銅所產(chǎn)生的腐蝕情況以及腐蝕的速度進(jìn)行控制，會(huì)導(dǎo)致制作的定子線圈存在嚴(yán)重的腐蝕問(wèn)題，同時(shí)，會(huì)在一定程度上對(duì)線圈的深度比造成限制，嚴(yán)重影響定子線圈的精準(zhǔn)度和質(zhì)量，所以，在定子線圈的制作過(guò)程中，應(yīng)將硅作為基礎(chǔ)片，而后通過(guò)深刻工藝制作正反兩面的線孔。

1）準(zhǔn)備1 片厚度為380μm 的硅片，并采用雙面氧化的方法對(duì)硅片進(jìn)行處理，確保在硅片的表面能夠形成約1μm 的二氧化硅絕緣層，在完成這一步驟后，進(jìn)行前烘、甩膠、顯影、光刻等工藝處理，最后，完成線孔串口的制作。在整個(gè)制作過(guò)程中，除了窗口位置會(huì)使用二氧化硅絕緣層，其他部分采用光刻膠進(jìn)行覆蓋，從而形成有效的保護(hù)。

2）選擇使用氫氟酸溶液，在硅片窗口部位所具有的為氧化硅絕緣層開(kāi)展復(fù)試，而后采用光刻膠去除的方法處理硅片，將其放入ICP 離子刻蝕機(jī)中，開(kāi)展干法刻蝕。在這之后，采用清洗烘干的處理方法，對(duì)硅片中的過(guò)線孔穿孔口進(jìn)行處理，同時(shí)，要對(duì)硅片的雙面完成銅濺射處理，最后制作種子層。

3）完成濺射、制作種子層等工藝后，應(yīng)對(duì)硅片進(jìn)行雙面光刻、甩膠以及雙面顯影等相關(guān)工藝處理，而后完成硅片窗口電機(jī)線圈的制作，在完成上述所有處理工藝后，應(yīng)對(duì)硅片完成電鑄處理從，而完成定子線圈的初步處理與制作。

4）對(duì)硅片進(jìn)行去膠處理時(shí)，應(yīng)使用丙酮，將其放在具有FeCl3的溶液中，將硅片中殘余的銅完全清除，進(jìn)而有效提高定子線圈的制作質(zhì)量。

5）制作過(guò)程中，為了避免硅片因?yàn)槠渌蛩囟l(fā)生污染，最終使定子線圈的質(zhì)量受到影響，需要對(duì)硅片進(jìn)行徹底、全面的清洗，從而有效避免其他有機(jī)物、金屬顆粒等物質(zhì)的影響，最終確保整個(gè)制作過(guò)程的順利，提高定轉(zhuǎn)子制作的質(zhì)量。

4 微電機(jī)的未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)

4.1 發(fā)展節(jié)能、高效型微電機(jī)

微電機(jī)未來(lái)主要是朝著高效、節(jié)能的方向發(fā)展。相關(guān)調(diào)查結(jié)果顯示，我國(guó)電機(jī)的總用電量約占全國(guó)的60%。所以，重點(diǎn)發(fā)展節(jié)能、高效型微電機(jī)成為主要發(fā)展內(nèi)容。因此，必須深入研究新型材料與新型結(jié)構(gòu)，同時(shí)，從電機(jī)驅(qū)動(dòng)的角度進(jìn)行深入分析，從而改變電機(jī)的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)以及電機(jī)控制的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，并且采用更加先進(jìn)的控制算法。

4.2 減速器與微電機(jī)的一體化設(shè)計(jì)

一般的微電機(jī)屬于高速電機(jī)，其具體應(yīng)用往往需要與一套減速機(jī)構(gòu)進(jìn)行同時(shí)使用，并且也只有在減速后才能使用。但是減速機(jī)構(gòu)的使用與電機(jī)的轉(zhuǎn)接會(huì)直接增加系統(tǒng)的體積，從而降低了其可靠性、控制的精準(zhǔn)度與工作效率，有時(shí)還會(huì)收到安裝空間帶來(lái)的影響，需要減小體積，為了滿足這一要求，國(guó)內(nèi)外相關(guān)研究人員針對(duì)減速器與微電機(jī)的一體化設(shè)計(jì)進(jìn)行了深入研究，主要是對(duì)行星齒輪減速器與微電機(jī)進(jìn)行一體化的設(shè)計(jì)、滾珠絲杠減速器與微電機(jī)的一體化設(shè)備等。

5 結(jié)語(yǔ)

總而言之，為了確保微電機(jī)得到更好的應(yīng)用，必須提高定轉(zhuǎn)子的制作質(zhì)量與精準(zhǔn)度，同時(shí)，按照現(xiàn)階段的發(fā)展趨勢(shì)不斷進(jìn)行深入的研究，從而使定轉(zhuǎn)子能夠滿足微電機(jī)應(yīng)用的要求，進(jìn)一步推動(dòng)微電機(jī)制作工藝的改革與創(chuàng)新。