CN109921527B - 一种mems电磁电动机及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明实施例提供了一种MEMS电磁电动机及其制造方法，包括：定子和转子，定子的中心设置有用于安装转子的第一通孔，转子与定子旋转连接；其中，定子包括第一硅衬底、软磁铁芯和多个螺线管；转子包括第二硅衬底、转轴和多个永磁体；通过将电磁电动机定子的绕组和转子径向布置，使得电磁电动机具有绕组线圈密度高，横截面积大的优点，能够在同样的平面面积上得到更高的电感值，同样的输出力矩所需的驱动电流更小，整体效率较高；同时，硅衬底能够对软磁铁芯及螺线管起到散热和保护作用，使得电磁电动机散热性好，抗冲击性能好。

Description

一种MEMS电磁电动机及其制造方法

技术领域

本发明实施例涉及微机电系统(MEMS)技术领域，更具体地，涉及一种MEMS电磁电动机及其制造方法。

背景技术

随着各类复杂机电系统向高集成度、高复杂度方向发展，势必要求在更小的体积上集成更多的元器件。除了发展高密度集成技术外，从器件本身出发，研制小型化的器件以减小系统的整体体积、重量也是一条必要途径。

微型电动机作为一种微型动力部件，具有体积小、质量轻、功耗低的特点，因此广泛应用于信息领域、医疗领域、航空航天领域以及军事领域。目前产品化的微型电动机绝大部分依然采用微型精密机械加工的形式，技术成熟，但对于加工设备要求高，导致微型机械加工的相对价格也比较高。同时精密机械加工的加工形式也限制了微型电动机向更小的尺寸发展。MEMS加工技术是一种微米级加工技术，最早源自于集成电路加工技术，这种技术相比微型精密加工技术，可以制作器件的尺寸更小、且更适用于大规模生产、成本更低。可见，MEMS技术的特点正好满足了机电系统微型化的要求，利用MEMS技术设计和研制微型电动机是近年来研究的热点。

MEMS微型电动机从工作原理上，分为静电型微电机、电磁型微电机、压电型微电机、记忆合金微电机以及磁致伸缩微电机。相较与其他电机驱动原理，电磁型微电机具有转速高、驱动力矩大、驱动电压低、工作稳定可靠、易于控制、易于实用化等特点。但是，目前已有的微型电磁型电动机普遍为轴向分布结构，即转子与定子沿轴向分布，与常规电动机的径向分布不同。此种轴向结构的缺点在于线圈匝数有限、整体结构漏磁比较严重，导致电机输出力矩有限，整体效率较低，严重影响了其市场化的能力。

发明内容

本发明实施例提供了一种克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的MEMS电磁电动机及其制造方法。

一方面本发明实施例提供了一种MEMS电磁电动机，包括：定子和转子，所述定子的中心设置有用于安装所述转子的第一通孔，所述转子与所述定子旋转连接；其中，

所述定子包括第一硅衬底、软磁铁芯和多个螺线管；其中，所述软磁铁芯包裹在所述第一硅衬底内部，所述软磁铁芯设置有多个凸起，且所述多个凸起围绕所述第一通孔设置；所述第一硅衬底上设置有多个螺旋孔道，且所述多个凸起分别穿过所述多个螺旋孔道的中心，所述多个螺线管分别设置在所述多个螺旋孔道中；

所述转子包括第二硅衬底、转轴和多个永磁体；其中，所述第二硅衬底的中心设置有第二通孔，围绕所述第二通孔设置有多个凹槽，所述多个永磁体设置在所述多个凹槽中，所述转轴穿装于所述第二通孔中。

进一步地，所述第一硅衬底分为上硅衬底和下硅衬底，所述软磁铁芯分为上铁芯和下铁芯，且所述上铁芯和所述下铁芯形状相同；

所述上硅衬底的下表面设置有与所述上铁芯形状相对应的铁芯槽，所述下硅衬底的上表面设置有与所述下铁芯形状相对应的铁芯槽，所述上铁芯和所述下铁芯分别设置在对应的铁芯槽中，且所述上硅衬底的下表面和所述下硅衬底的上表面相互键合，使得所述上铁芯的下表面和所述下铁芯的上表面相互对准。

进一步地，所述螺旋孔道包括多条第一水平沟槽、多条第二水平沟槽以及多个竖直通孔；

所述第一水平沟槽设置在所述第一硅衬底的上表面，所述第二水平沟槽设置在所述第一硅衬底的下表面，所述竖直通孔贯通所述第一硅衬底的上表面和下表面；

所述螺旋孔道中的任一所述第一水平沟槽的首尾分别与两个竖直通孔连通，且所述两个竖直通孔分别与两个相邻的第二水平沟槽连通。

进一步地，所述定子中每一螺线管还包括两个引脚，每一路螺旋孔道还包括两个引脚槽；

所述两个引脚槽设置在所述第一硅衬底的上表面，所述两个引脚槽分别与所述螺旋孔道的首尾连通，所述两个引脚分别设置在所述两个引脚槽中。

进一步地，所述软磁铁芯由铁镍合金材料或铁钴合金材料制作而成。

进一步地，所述多个永磁体由钕铁硼材料制成，所述转轴由铁镍合金材料制成。

另一方面本发明实施例提供了一种MEMS电磁电动机的制造方法，包括：分别制作定子和转子，并装配所述定子和所述转子得到所述MEMS电磁电动机；其中，

所述定子的制作过程包括：

步骤1，分别制作第一硅衬底的上硅衬底和下硅衬底；其中，

制作所述上硅衬底包括：

对第一预设厚度的第一硅片进行第一次热氧化；

根据螺旋孔道的结构，分别在经第一次氧化后的所述第一硅片的上表面、内部和下表面硅深刻蚀出多条平行的第一水平沟槽、多个竖直通孔的上半部分以及铁芯槽；

对经硅深蚀刻得到的所述第一硅片进行第二次热氧化，得到所述上硅衬底；

制作所述下硅衬底包括：

对第一预设厚度的第二硅片进行第一次热氧化；

根据螺旋孔道的结构，分别在经第一次氧化后的所述第二硅片的上表面、内部和下表面硅深刻蚀出铁芯槽、多个竖直通孔的下半部分及多条平行的第二水平沟槽；

对所述第二硅片进行第二次热氧化，得到所述下硅衬底；

步骤2，分别在所述上硅衬底和所述下硅衬底的铁芯槽内电镀形成上铁芯和下铁芯；

步骤3，将所述上硅衬底的上表面和所述下硅衬底的下表面相互对准，将所述上硅衬底和所述下硅衬底低温键合，键合后的所述上硅衬底和所述下硅衬底中形成所述螺旋孔道；

步骤4，在所述螺旋孔道中电镀形成螺线管；

步骤5，根据第二硅衬底的形状在键合后的上硅衬底和下硅衬底的中心加工出第一通孔，即得到所述定子；

所述转子的制作过程包括：

步骤1，制作第二硅衬底：

根据转轴和多个永磁体的形状，在经第一次热氧化后的所述第三硅片上硅深蚀刻出第二通孔和多个凹槽，即得到所述第二硅衬底

步骤2，在所述多个凹槽中电镀形成所述多个永磁体，并磁化所述多个永磁体形成永磁特性；

步骤3，将所述转轴插入所述第二通孔，即得到所述转子。

进一步地，在制作所述定子的步骤2中，所述在所述上硅衬底的铁芯槽内电镀形成上铁芯，具体包括：

将带有铁芯槽图案的金属掩膜版与所述上硅衬底的下表面上的铁芯槽配准后，将所述金属掩膜版紧贴在所述上硅衬底的下表面；

在所述上硅衬底的下表面磁控溅射第二预设厚度金属镍或金属钴作为种子层后，在所述上硅衬底的铁芯槽内电镀第三预设厚度的铁镍合金或铁钴合金即得到上铁芯；相应地，

所述在所述下硅衬底的铁芯槽内电镀形成下铁芯，具体包括：

将带有铁芯槽图案的金属掩膜版与所述下硅衬底的上表面上的铁芯槽配准后，将所述金属掩膜版紧贴在所述下硅衬底的上表面；

在所述下硅衬底的上表面磁控溅射第二预设厚度金属镍或金属钴作为种子层后，在所述下硅衬底的铁芯槽内电镀第三预设厚度的铁镍合金或铁钴合金即得到下铁芯。

进一步地，在制作所述定子的步骤4中，所述在所述螺旋孔道中电镀形成螺线管，具体包括：

在所述下硅衬底的下表面磁控溅射第四预设厚度的金属钛作为中间层，并在所述中间层上磁控溅射第五预设厚度的金属铜作为种子层，再在所述旋孔道的第二沟槽和竖直通孔内电镀金属铜直至金属铜填充至第一沟槽的下平面的位置；

在所述上硅衬底的上表面磁控溅射金属铜作为种子层后，电镀金属铜直至所述螺旋孔道完全被金属铜填满，即得到所述螺线管。

进一步地，在制作所述定子的步骤1中，所述制作所述上硅衬底还包括：

根据两个引脚的结构和位置，在经第一次氧化后的所述第一硅片的上表面硅深刻蚀出两个引脚槽；相应地，

在制作所述定子的步骤4中还包括：

在所述两个引脚槽中电镀形成所述两个引脚。

本发明实施例提供的一种MEMS电磁电动机及其制造方法，通过将电磁电动机定子的绕组和转子径向布置，此种布置方式带来绕组线圈密度高，横截面积大的优点，能够在同样的平面面积上得到更高的电感值，同样的输出力矩所需的驱动电流更小，整体效率较高；同时，硅衬底能够对软磁铁芯及螺线管起到散热和保护作用，使得电磁电动机散热性好，抗冲击性能好。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的一种MEMS电磁电动机的立体结构示意图；

图2为本发明实施例中定子去除第一硅衬底后的立体结构示意图；

图3为本发明实施例中转子的立体结构示意图；

图4为本发明实施例中上硅衬底的立体结构示意图；

图5为本发明实施例中下硅衬底的立体结构示意图；

图6为本发明实施例提供的实例中定子的制造过程的步骤(1)至(6)的截面示意图；

图7为本发明实施例提供的实例中定子的制造过程的步骤(7)至(12)的截面示意图；

图8为本发明实施例提供的实例中定子的制造过程的步骤(13)至(17)的截面示意图；

图9为本发明实施例提供的实例中定子的制造过程的步骤(18)至(20)的截面示意图；

附图标记：

1-定子； 2-转子；

11-第一硅衬底； 12-软磁铁芯；

13-螺线管； 14-引脚；

14’-引脚槽； 111-上硅衬底；

112-下硅衬底； 121-上铁芯；

122-下铁芯； 131’-第一水平沟槽；

132’-第二水平沟槽； 133’-竖直通孔；

21-第二硅衬底； 22-转轴；

23-永磁体。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

图1为本发明实施例提供的一种MEMS电磁电动机的立体结构示意图，如图1所示，包括：定子1和转子2，所述定子1的中心设置有用于安装所述转子2的第一通孔，所述转子2与所述定子1旋转连接。

其中：

所述定子1包括第一硅衬底11、软磁铁铁芯12和多个螺线管13。其中，所述软磁铁芯12包裹在所述第一硅衬底11内部，所述软磁铁芯12设置有多个凸起，且所述多个凸起围绕所述第一通孔设置；所述第一硅衬底11上设置有多个螺旋孔道，且所述多个凸起分别穿过所述多个螺旋孔道的中心，所述多个螺线管13分别设置在所述多个螺旋孔道中。

具体地，螺旋孔道设置在第一硅衬底11上，则设置在螺旋孔道中的螺线管13的大部分结构也被包裹在第一硅衬底11内部，即定子1的软磁铁芯12和螺线管13都被包裹在第一硅衬底11内部。多个凸起分别穿过多个螺旋孔道的中心，则多个螺线管13缠绕在多个软磁铁芯12的凸起四周，构成多个定子绕组，且构成的多个定子绕组围绕第一通孔均匀布置。可以理解地，绕组的个数以及绕组上螺线管13的匝数都可以根据实际需要设定。

如图2所示，所述转子2包括第二硅衬底21、转轴22和多个永磁体23。其中，所述第二硅衬底21的中心设置有第二通孔，围绕所述第二通孔设置有多个凹槽，所述多个永磁体23设置在所述多个凹槽中，所述转轴22穿装于所述第二通孔中。

具体地，第二硅衬底21在转子2中作为转轴22和多个永磁体23的承载结构。多个永磁体23设置在第二硅衬底21的凹槽中，凹槽围绕第二通孔均匀设置，转轴22穿装于凹槽中，即多个永磁体23围绕转轴22均匀设置。第一通孔的直径与第二硅衬底21的直径相适应，在转子2装配到第一通孔后，转子2可以相对于定子1绕转轴22旋转，及转子2和定子1的绕组为径向布置。

本发明实施例提供的一种MEMS电磁电动机，通过将电磁电动机定子的绕组和转子径向布置，使得电磁电动机具有绕组线圈密度高，横截面积大的优点，能够在同样的平面面积上得到更高的电感值，同样的输出力矩所需的驱动电流更小，整体效率较高；同时，硅衬底能够对软磁铁芯及螺线管起到散热和保护作用，使得电磁电动机散热性好，抗冲击性能好。

在上述实施例中，如图1和图3所示，所述硅衬底11分为上硅衬底111和下硅衬底112，所述直线形软磁铁芯12分为上铁芯121和下铁芯122，且所述上铁芯121和所述下铁芯122形状相同；

所述上硅衬底111的下表面设置有与所述上铁芯121形状相对应的铁芯槽，所述下硅衬底112的上表面设置有与所述下铁芯122形状相对应的铁芯槽，所述上铁芯121和所述下铁芯122分别设置在对应的铁芯槽中，且所述上硅衬底111的下表面和所述下硅衬底112的上表面相互键合，使得所述上铁芯121的下表面和所述下铁芯122的上表面相互对准。

其中，上铁芯121和下铁芯122为形状相同的两块铁芯，是由软磁铁芯12在竖直方向平分而成，两者的形状可以是多边形，且带有多个凸起，而厚度为软磁铁芯12的一半。同理，上硅衬底111和下硅衬底112是由第一硅衬底11在竖直方向平分而成，两者对称设置。

通过将硅衬底和软磁铁芯分别平分了两个部分，使得定子整体便于加工的同时，将软磁铁芯分为上铁芯和下铁芯两个部分可以减少铁芯内的涡流损耗，进一步提高效率。

在上述实施例中，如图4和图5所示，所述螺旋孔道包括多条第一水平沟槽131’、多条第二水平沟槽132’以及多个竖直通孔133’；

所述第一水平沟槽131’设置在所述第一硅衬底11的上表面，所述第二水平沟槽132’设置在所述第一硅衬底11的下表面，所述竖直通孔133’贯通所述第一硅衬底的上表面和下表面；

所述螺旋孔道中的任一所述第一水平沟槽131’的首尾分别与两个竖直通孔133’连通，且所述两个竖直通孔133’分别与两个相邻的第二水平沟槽132’连通。

其中，当第一硅衬底11被分为上硅衬底111和下硅衬底112时，每个竖直通孔133’也被分为分别位于上硅衬底111和下硅衬底112的两个部分。

具体地，在螺旋孔道中，多个第一水平沟槽131’相互平行设置，多个第二水平沟槽132’也相互平行设置，且通过多个竖直通孔133’连通。可以理解的，竖直通孔133’可以是直线形或弧形，第一水平沟槽131’和第二水平沟槽132’也可以是直线形或弧形。

在上述实施例中，如图4所示，定子1中每一螺线管13还包括两个引脚14，每一路螺旋孔道还包括两个引脚槽14’；

所述两个引脚槽14’设置在所述第一硅衬底11的上表面，所述两个引脚槽14’分别与所述螺旋孔道的首尾连通，所述两个引脚14分别设置在所述两个引脚槽14’中。

具体地，由于两个引脚槽14’与螺旋孔道的首尾连通，所以，两个引脚14分别与螺线管13的首尾连接。在电动机工作时，两个引脚14分别构成每个定子绕组的输入端和输出端。

在上述实施例中，所述软磁铁芯12由铁镍合金材料或铁钴合金材料制作而成。

在上述实施例中，所述螺线管13由金属铜制作而成。

在上述实施例中，所述多个永磁体23由钕铁硼材料制成，所述转轴22由铁镍合金材料制成。

本发明实施例提供的一种电磁电动机的制造方法，包括：分别制作定子和转子，并装配所述定子和所述转子得到所述MEMS电磁电动机。其中：

第一，所述定子的制作过程包括：

步骤1，分别制作第一硅衬底的上硅衬底和下硅衬底；其中，制作所述上硅衬底包括：对第一预设厚度的第一硅片进行第一次热氧化；根据螺旋孔道的结构，分别在经第一次氧化后的所述第一硅片的上表面、内部和下表面硅深刻蚀出多条平行的第一水平沟槽、多个竖直通孔的上半部分以及铁芯槽；对经硅深蚀刻得到的所述第一硅片进行第二次热氧化，得到所述上硅衬底；制作所述下硅衬底包括：对第一预设厚度的第二硅片进行第一次热氧化；根据螺旋孔道的结构，分别在经第一次氧化后的所述第二硅片的上表面、内部和下表面硅深刻蚀出铁芯槽、多个竖直通孔的下半部分及多条平行的第二水平沟槽；对所述第二硅片进行第二次热氧化，得到所述下硅衬底；

步骤2，分别在所述上硅衬底和所述下硅衬底的铁芯槽内电镀形成上铁芯和下铁芯；

步骤3，将所述上硅衬底的上表面和所述下硅衬底的下表面相互对准，将所述上硅衬底和所述下硅衬底低温键合，键合后的所述上硅衬底和所述下硅衬底中形成所述螺旋孔道；

步骤4，在所述螺旋孔道中电镀形成螺线管；

步骤5，根据第二硅衬底的形状在键合后的上硅衬底和下硅衬底的中心加工出第一通孔，即得到所述定子；

其中，在步骤1中，上硅衬底和下硅衬底之间结构上的差异实质上仅仅在于，上硅衬底上表面设置的是第一水平沟槽，下硅衬底下表面设置的是第二水平沟槽，其余部分的结构均相同，且硅衬底和下硅衬底对称设置，在两者键合之前的加工过程基本一致。

在步骤2中，在上硅衬底和下硅衬底上分别电镀形成上铁芯和下铁芯，因为需要将铁芯完全包裹在硅衬底之内，故铁芯电镀这一步骤在键合上硅衬底和下硅衬底之前完成。

在步骤3中，键合上硅衬底和下硅衬底时，需要保证且使上铁芯的下表面和下铁芯的上表面相互对准，以保证两者的磁场相互协调。同时，上硅衬底和下硅衬底键合后，之前分别设置在上硅衬底和下硅衬底的水平沟槽和竖直通孔组合形成螺旋孔道。

在步骤4中，螺旋孔道形成后，只需要在其中电镀相关金属，即可形成螺线管。

进一步地，在制作所述定子的步骤2中，所述在所述上硅衬底的铁芯槽内电镀形成上铁芯，具体包括：

将带有铁芯槽图案的金属掩膜版与所述上硅衬底的下表面上的铁芯槽配准后，将所述金属掩膜版紧贴在所述上硅衬底的下表面；

在所述上硅衬底的下表面磁控溅射第二预设厚度金属镍或金属钴作为种子层后，在所述上硅衬底的铁芯槽内电镀第三预设厚度的铁镍合金或铁钴合金即得到上铁芯；相应地，

所述在所述下硅衬底的铁芯槽内电镀形成下铁芯，具体包括：

将带有铁芯槽图案的金属掩膜版与所述下硅衬底的上表面上的铁芯槽配准后，将所述金属掩膜版紧贴在所述下硅衬底的上表面；

在所述下硅衬底的上表面磁控溅射第二预设厚度金属镍或金属钴作为种子层后，在所述下硅衬底的铁芯槽内电镀第三预设厚度的铁镍合金或铁钴合金即得到下铁芯。

进一步地，在制作所述定子的步骤4中，所述在所述螺旋孔道中电镀形成螺线管，具体包括：

在所述下硅衬底的下表面磁控溅射第四预设厚度的金属钛作为中间层，并在所述中间层上磁控溅射第五预设厚度的金属铜作为种子层，再在所述旋孔道的第二沟槽和竖直通孔内电镀金属铜直至金属铜填充至第一沟槽的下平面的位置；

在所述上硅衬底的上表面磁控溅射金属铜作为种子层后，电镀金属铜直至所述螺旋孔道完全被金属铜填满，即得到所述螺线管。

进一步地，在制作所述定子的步骤1中，所述制作所述上硅衬底还包括：

根据两个引脚的结构和位置，在经第一次氧化后的所述第一硅片的上表面硅深刻蚀出两个引脚槽；相应地，

在制作所述定子的步骤4中还包括：

在所述两个引脚槽中电镀形成所述两个引脚。

具体地，如图6-图9所示，定子制作过程具体可以为如下流程：

(1)采用1000μm厚双抛硅片。硅片热氧化，生成双面2μm厚热氧化层。

(2)涂覆光刻胶，上硅衬底上表面曝光第一水平沟槽(覆盖竖直通孔位置)、触点图案，下硅衬底上表面曝光竖直通孔和第二水平沟槽，上硅衬底和下硅衬底的下表面分别曝光铁芯槽图案，第一水平沟槽、第二水平沟槽及竖直通孔构成螺旋孔道。

(3)使用BOE(Buffered Oxide Etch)溶液去除暴露位置的二氧化硅，图形化。

(4)第二次涂胶，上硅衬底和下硅衬底的上下表面曝光竖直通孔图案。

(5)硅深刻蚀上下表面，刻蚀出硅通孔图案

(6)使用piranha溶液，去除光刻胶

(7)以氧化层作为掩蔽层进行上表面刻蚀，刻蚀出竖直通孔与上表面水平沟槽。以氧化层作为掩蔽层进行下表面刻蚀，刻蚀出铁芯图案。

(8)热氧化，形成2μm厚氧化层。

(9)取带有铁芯槽图案的金属掩膜版，将其上铁芯槽图案与一二号硅片下表面的铁芯槽图案对准，紧贴在硅片下表面上。

(10)下表面磁控溅射100nm金属镍作为种子层。

(11)电镀铁镍合金，使铁镍合金从底部填充到距硅片表面100um。

(12)将上硅衬底和下硅衬底的下表面相对，进行低温硅硅键合。

(13)下表面磁控溅射100nm金属钛为中间层，随后溅射500nm金属铜作为种子层。

(14)电镀金属铜，使电镀铜从底部填充到顶部水平导线下平面位置。

(15)上表面磁控溅射500nm金属铜。

(16)电镀金属铜，使得上表面全部结构被电镀铜完全覆盖。

(17)使用CMP(化学机械抛光机)进行上下表面金属铜减薄，直到金属铜减薄至于硅片热氧化层表面相同高度停止，随后CMP抛光表面。

(18)在上下表面进行PECVD工艺，各沉积2μm厚氧化层。

(19)双面旋涂光刻胶，双面曝光放置转子的第一通孔图案。

(20)使用BOE溶液腐蚀第一通孔图案的氧化层；使用ICP刻蚀上表面第一通孔图案，至深度达到硅片厚度的一半，再使用ICP刻蚀下表面第一通孔图案，至得到通孔，完成MEMS电磁电动机定子的加工。

第二，所述转子的制作过程包括：

步骤1，制作第二硅衬底：

根据转轴和多个永磁体的形状，在经第一次热氧化后的所述第三硅片上硅深蚀刻出第二通孔和多个凹槽，即得到所述第二硅衬底；

步骤2，在所述多个凹槽中电镀形成所述多个永磁体，并磁化所述多个永磁体形成永磁特性；

步骤3，将所述转轴插入所述第二通孔，即得到所述转子。

具体地，转子的具体制作过程可以为如下流程：

(1)取一片双面抛光双面氧化的硅片；

(2)双面旋涂光刻胶，曝光上表面的转轴孔图案和永磁体槽图案，曝光下表面的永磁体槽图案，显影，以上图案处的光刻胶剥落；

(3)使用BOE溶液腐蚀以上图案处的二氧化硅；

(4)使用ICP(电感耦合等离子刻蚀机)刻蚀上表面所有图案至一定深度，使用ICP(电感耦合等离子刻蚀机)刻蚀下表面图案至刻透；

(5)去除光刻胶，使用稀释的HF溶液去除硅片表面氧化层；

(6)在永磁体槽内电镀钕铁硼永磁体。磁化永磁体；

(7)在转轴孔里插入铁镍合金转轴；

(8)切割，得到多个微电机转子。

本发明实施例提供的一种MEMS电磁电动机的制造方法，将硅衬底分为两个对称的部分单独进行制作，并在键合前完成铁芯电镀，键合后电镀形成螺线管，整个制作过程无需采用多层硅深刻蚀，提高了加工的容错率，具有很好的可重复性，使得电磁电动机定子的绕组和转子径向布置，此种布置方式带来绕组线圈密度高，横截面积大的优点，能够在同样的平面面积上得到更高的电感值，同样的输出力矩所需的驱动电流更小，整体效率较高，且能够与IC半导体工艺兼容，适用于大规模生产。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种MEMS电磁电动机，其特征在于，包括：定子和转子，所述定子的中心设置有用于安装所述转子的第一通孔，所述转子与所述定子旋转连接；其中，

所述定子包括第一硅衬底、软磁铁芯和多个螺线管；其中，所述软磁铁芯包裹在所述第一硅衬底内部，所述软磁铁芯设置有多个凸起，且所述多个凸起围绕所述第一通孔设置；所述第一硅衬底上设置有多个螺旋孔道，且所述多个凸起分别穿过所述多个螺旋孔道的中心，所述多个螺线管分别设置在所述多个螺旋孔道中，则所述多个螺线管缠绕在多个所述凸起四周，构成多个定子绕组，且所述多个定子绕组围绕所述第一通孔均匀布置；

所述转子包括第二硅衬底、转轴和多个永磁体；所述转子装配到所述第一通孔后，所述转子和所述定子绕组为径向布置；其中，所述第二硅衬底的中心设置有第二通孔，围绕所述第二通孔设置有多个凹槽，所述多个永磁体设置在所述多个凹槽中，所述转轴穿装于所述第二通孔中。

2.根据权利要求1所述的MEMS电磁电动机，其特征在于，所述第一硅衬底分为上硅衬底和下硅衬底，所述软磁铁芯分为上铁芯和下铁芯，且所述上铁芯和所述下铁芯形状相同；

所述上硅衬底的下表面设置有与所述上铁芯形状相对应的铁芯槽，所述下硅衬底的上表面设置有与所述下铁芯形状相对应的铁芯槽，所述上铁芯和所述下铁芯分别设置在对应的铁芯槽中，且所述上硅衬底的下表面和所述下硅衬底的上表面相互键合，使得所述上铁芯的下表面和所述下铁芯的上表面相互对准。

3.根据权利要求1所述的MEMS电磁电动机，其特征在于，所述螺旋孔道包括多条第一水平沟槽、多条第二水平沟槽以及多个竖直通孔；

所述第一水平沟槽设置在所述第一硅衬底的上表面，所述第二水平沟槽设置在所述第一硅衬底的下表面，所述竖直通孔贯通所述第一硅衬底的上表面和下表面；

所述螺旋孔道中的任一所述第一水平沟槽的首尾分别与两个竖直通孔连通，且所述两个竖直通孔分别与两个相邻的第二水平沟槽连通。

4.根据权利要求1所述的MEMS电磁电动机，其特征在于，所述定子中每一螺线管还包括两个引脚，每一路螺旋孔道还包括两个引脚槽；

所述两个引脚槽设置在所述第一硅衬底的上表面，所述两个引脚槽分别与所述螺旋孔道的首尾连通，所述两个引脚分别设置在所述两个引脚槽中。

5.根据权利要求1所述的MEMS电磁电动机，其特征在于，所述软磁铁芯由铁镍合金材料或铁钴合金材料制作而成。

6.根据权利要求1所述的MEMS电磁电动机，其特征在于，所述多个永磁体由钕铁硼材料制成，所述转轴由铁镍合金材料制成。

7.一种如权利要求1-6任一项所述MEMS电磁电动机的制造方法，其特征在于，包括：分别制作定子和转子，并装配所述定子和所述转子得到所述MEMS电磁电动机；其中，

所述定子的制作过程包括：

步骤1，分别制作第一硅衬底的上硅衬底和下硅衬底；其中，

制作所述上硅衬底包括：

对第一预设厚度的第一硅片进行第一次热氧化；

根据螺旋孔道的结构，分别在经第一次氧化后的所述第一硅片的上表面、内部和下表面硅深刻蚀出多条平行的第一水平沟槽、多个竖直通孔的上半部分以及铁芯槽；

对经硅深蚀刻得到的所述第一硅片进行第二次热氧化，得到所述上硅衬底；

制作所述下硅衬底包括：

对第一预设厚度的第二硅片进行第一次热氧化；

根据螺旋孔道的结构，分别在经第一次氧化后的所述第二硅片的上表面、内部和下表面硅深刻蚀出铁芯槽、多个竖直通孔的下半部分及多条平行的第二水平沟槽；

对所述第二硅片进行第二次热氧化，得到所述下硅衬底；

步骤2，分别在所述上硅衬底和所述下硅衬底的铁芯槽内电镀形成上铁芯和下铁芯；

步骤3，将所述上硅衬底的上表面和所述下硅衬底的下表面相互对准，将所述上硅衬底和所述下硅衬底低温键合，键合后的所述上硅衬底和所述下硅衬底中形成所述螺旋孔道；

步骤4，在所述螺旋孔道中电镀形成螺线管；

步骤5，根据第二硅衬底的形状在键合后的上硅衬底和下硅衬底的中心加工出第一通孔，即得到所述定子；

所述转子的制作过程包括：

步骤1，制作第二硅衬底：

根据转轴和多个永磁体的形状，在经第一次热氧化后的第三硅片上硅深蚀刻出第二通孔和多个凹槽，即得到所述第二硅衬底；

步骤2，在所述多个凹槽中电镀形成所述多个永磁体，并磁化所述多个永磁体形成永磁特性；

步骤3，将所述转轴插入所述第二通孔，即得到所述转子。

8.根据权利要求7所述方法，其特征在于，在制作所述定子的步骤2中，所述在所述上硅衬底的铁芯槽内电镀形成上铁芯，具体包括：

将带有铁芯槽图案的金属掩膜版与所述上硅衬底的下表面上的铁芯槽配准后，将所述金属掩膜版紧贴在所述上硅衬底的下表面；

在所述上硅衬底的下表面磁控溅射第二预设厚度金属镍或金属钴作为种子层后，在所述上硅衬底的铁芯槽内电镀第三预设厚度的铁镍合金或铁钴合金即得到上铁芯；相应地，

所述在所述下硅衬底的铁芯槽内电镀形成下铁芯，具体包括：

将带有铁芯槽图案的金属掩膜版与所述下硅衬底的上表面上的铁芯槽配准后，将所述金属掩膜版紧贴在所述下硅衬底的上表面；

在所述下硅衬底的上表面磁控溅射第二预设厚度金属镍或金属钴作为种子层后，在所述下硅衬底的铁芯槽内电镀第三预设厚度的铁镍合金或铁钴合金即得到下铁芯。

9.根据权利要求7所述方法，其特征在于，在制作所述定子的步骤4中，所述在所述螺旋孔道中电镀形成螺线管，具体包括：

在所述下硅衬底的下表面磁控溅射第四预设厚度的金属钛作为中间层，并在所述中间层上磁控溅射第五预设厚度的金属铜作为种子层，再在所述旋孔道的第二沟槽和竖直通孔内电镀金属铜直至金属铜填充至第一沟槽的下平面的位置；

在所述上硅衬底的上表面磁控溅射金属铜作为种子层后，电镀金属铜直至所述螺旋孔道完全被金属铜填满，即得到所述螺线管。

10.根据权利要求7所述方法，其特征在于，在制作所述定子的步骤1中，所述制作所述上硅衬底还包括：

根据两个引脚的结构和位置，在经第一次氧化后的所述第一硅片的上表面硅深刻蚀出两个引脚槽；相应地，

在制作所述定子的步骤4中还包括：

在所述两个引脚槽中电镀形成所述两个引脚。

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