DE19522287C2 - Herstellungsverfahren für Planar-Mikromotoren - Google Patents
Herstellungsverfahren für Planar-MikromotorenInfo
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Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Her
stellung eines Planar-Mikromotors mit einem von einem elek
trisch isolierenden Substrat unterstützten Stator, der in
einer Ebene angeordnete Mikrospulen für die Aufnahme elek
trischer Ströme aufweist, um selektiv elektromagnetische
Felder zu erzeugen.
Mikrofertigungstechniken sind für die Herstellung von mikro
elektronischen Schaltungen bekannt. In letzter Zeit wurden
solche Mikrofertigungstechniken bei der Herstellung drei
dimensionaler mechanischer Mikrobauteile, wie z. B. auf den
Gebieten der Mikrooptik, Mechanik und Medizintechnik u. dgl.
eingesetzt. Unter Einsatz derartiger Techniken können Mi
krostrukturen gefertigt werden, die eine Vielzahl von Mate
rialien aufweisen, um Leitfähigkeits- oder andere funktio
nelle Anforderungen zu erfüllen. Es wurden Einsatz
möglichkeiten für Miniatur-Motoren im Automobilbereich ge
funden, die verbesserte Einbaumöglichkeiten bieten und zu
Kostenreduzierungen führen.
Technologien zur Mikrofertigung werden als MEMS-Technologien
(microelectromechanical systems) bezeichnet. Zu den MEMS-Tech
nologien gehören solche, die die Dünnschichtabscheidung
und Strukturierungsverfahren der Siliziumelektronikindustrie
nutzen. Miniaturmotoren und elektrisch betriebene Aktoren
wurden unter Einsatz von MEMS hergestellt, und es können Ko
steneinsparungen durch die Chargenverarbeitung von Silizium- oder
anderen Wafern erzielt werden.
Eine als LIGA-Technologie (ein deutsches Akronym aus Worten,
die sich auf Lithographie, Galvanisieren und Spritzgießen
beziehen) wendet MEMS auf Konstruktionen an, die auf Kunst
stoffen, Metallen, Legierungen und Keramiken basieren. LIGA
kann auch bei einer Chargenfertigung eingesetzt werden.
Andere MEMS-Technologien, die in der vorliegenden Erfindung
einsetzbar sind, umfassen solche, welche als MPP-MEMS
("micropatterned polymer for MEMS") bezeichnet werden. An
stelle der Verwendung eines PMMA-Fotolacks und Synchrotron-Be
lichtungen wie bei LIGA-Technologien, setzt das MPP-MEMS-Ver
fahren fotoempfindliche Polyimide als Fotolack ein und
setzt diese ultraviolettem Licht aus. Dann wird eine Elek
troformung (Galvanoformung) eingesetzt, um Teile und Merkma
le in dem strukturiertem Polyimid auszuformen. Die minimale
Merkmalgröße ist typischerweise größer als bei dem LIGA-Ver
fahren, und das Aspektverhältnis ist nicht so groß.
Die Bedeutung der Mikrofertigung nimmt mit den allgemeinen
Miniaturisierungstrends und einem wachsenden Bedarf nach ei
ner Integration mechanischer, elektronischer und optischer
Komponenten zu Mikrosystemen zu.
Aus der CH 6 68 160 G A3 ist ein Verfahren der eingangs ge
nannten Art bekannt, bei dem ein Planar-Mikromotor mit einem
von einem elektrisch isolierenden Substrat unterstützten
Stator und ein über dem Stator ausgerichteter, eine Achse
aufweisender, planarer Rotorkörper erzeugt wird. Der Rotor
ist innerhalb eines fest mit dem Substrat verbundenen Gehäu
ses drehbar eingeschlossen und weist permanentmagnetische
Pole auf. Der Stator weist eine oder mehrere planare Spulen
auf, die von auf dem Substrat befindlichen Leiterbahnen mit
elektrischem Strom versorgt werden, wodurch eine Drehung des
Rotors erzielt wird. Das bekannte Verfahren erfordert eine
separate Fertigung von Rotor- und Stator- bzw. Rotorkammer
komponenten, die nachfolgend in einem mechanischen Prozeß
zusammengesetzt werden müssen, was insbesondere im Hinblick
auf die geringen Abmessungen der Mikromotoren kosten- und
arbeitsaufwendig ist.
Aus der EP 0 444 539 A1 ist eine Anregungsspulenanordnung
für Mikromotoren sowie ein Verfahren zu deren Herstellung
bekannt, bei der bzw. bei dem eine Stapelung mehrerer
Schichten auf einem isolierenden Substrat vorgesehen ist,
wodurch innerhalb einer monolithischen Struktur mehrere in
verschiedenen Ebenen liegende Spulen mit den zugehörigen
Versorgungsleitungen ausgebildet werden können.
Mit der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zur Her
stellung von Planar-Mikromotoren in sich selbst zusammenbau
ender Form unter Einsatz bekannter Mikrofertigungstechniken,
wie den vorstehend erwähnten - zusammen mit bestimmten neuen
Techniken - geschaffen.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist durch die im Kennzeich
nungsteil des Patentanspruches 1 genannten Verfahrensschrit
te gekennzeichnet. Zweckmäßige Ausgestaltungen ergeben sich
aus den Unteransprüchen.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur Her
stellung eines Planar-Mikromotors vorgesehen, der einen von
einem Substrat unterstützten Stator und in einer ersten Ebe
ne regelmäßig angeordnete EMK-Einrichtungen zur Aufnahme
elektrischer Ströme aufweist, um selektiv elektromagnetische
Felder zu erzeugen. Die EMK-Einrichtung umfaßt mehrere Mi
krospulen, vorzugsweise bifilare Mikrospulen, die in einer
Ebene um einen Mittelpunkt herum kreisförmig in Abständen
verteilt angeordnet sind. Ein Rotor weist einen planaren Ro
torkörper auf, der über den EMK-Einrichtungen in einer zwei
ten, parallelen Ebene ausgerichtet ist. Der Rotorkörper ist
in einer Rotorkammer eingeschlossen, die gemeinsam von dem
Stator und einem Gehäuse gebildet wird, welches einteilig
mit dem Substrat ausgebildet ist. Der Rotorkörper kann sich
in der Rotorkammer als Reaktion auf elektromagnetische Fel
der drehen, die von den Mikrospulen des Stators über dem
zwischen dem Stator und dem Rotorkörper eingeschlossenen
planaren Spalt erzeugt werden. Der Rotorkörper weist im all
gemeinen ferner eine Rotorwelle auf, die sich aus dem Rotor
körper von dem Stator weggerichtet erstreckt und eine Längs
rotationsachse aufweist, welche die Ebene der Mikrospulen
durch den vorgenannten Mittelpunkt hindurch kreuzt. Der Ro
torkörper weist mehrere magnetische Pole oder Bereiche auf,
die in dem Rotorkörper an auf dem Umfang beabstandeten Stel
len eingebettet sind, wobei jeder typischerweise einen Kör
per aus magnetischen Material aufweist. Es sind Erregungs
einrichtungen vorgesehen, um selektiv mehrphasige elektri
sche Ströme aus einer geeigneten Erregerquelle durch selek
tierte Untergruppen der Mikrospulen zu führen. Derartige Er
regungseinrichtungen umfassen im allgemeinen elektrisch lei
tende Zuleitungen von Versorgungsbussen zu den Mikrospulen.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung umfaßt das
Verfahren zur Herstellung sich selbst zusammenbauender Mi
kromotoren die Schritte der Mikrofertigung des Stators, Ro
tors und des Gehäuses auf dem Substrat mit einer Grenz
schicht aus Freigabematerial (release material), das den Ro
torkörper innerhalb der Rotorkammer einkapselt. Wenn dann
das Freigabematerial entfernt wird, wird der Rotorkörper für
die Drehung innerhalb der Rotorkammer freigegeben. Somit
wird in besonders vorteilhafter Weise der Planar-Mikromotor
mit den vorstehend beschriebenen wesentlichen Komponenten
gefertigt, ohne daß die Notwendigkeit besteht, solche Kompo
nenten getrennt und gefolgt von deren mechanischem Zusammen
bau zu fertigen.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung werden mehrere
Schichten eines fotoempfindlichen Strukturierungsmaterials
bei dem Fertigungsverfahren der Erfindung eingesetzt. Einige
Schichten des Strukturierungsmaterials werden in ihrer Ge
samtheit wieder entfernt. Teilabschnitte zumindest einiger
Schichten verbleiben jedoch in dem Mikromotor, um zumindest
teilweise das Gehäuse und/oder einen Teil des Rotorkörpers
zu bilden. Die Anwendung dieser Technik, wie sie nachstehend
weiter beschrieben wird, ergibt signifikante Verfahrensvor
teile, einschließlich der Reduzierung der Fertigungskomple
xität, eine hervorragende Verfahrens- und Dimensionssteue
rung u. dgl.
Die vorgenannten Erregungseinrichtungen des Planar-Mikro
motors können optional Schaltungseinrichtungen zum Steuern
der Dauer und Ablauf folge der Mikrospulenaktivierung aufwei
sen, um wiederum die Richtung und den Grad der Drehung des
Rotors zu steuern. Unter diesem Gesichtspunkt ist das Ferti
gungsverfahren der Erfindung insbesondere gut für die Her
stellung von Mikro-Schrittmotoren geeignet, wie weiter unten
erläutert werden wird. Ein Anzeigemittel - beispielsweise
eine auf einer Rotorwelle angebrachte sichtbare Zeigerfahne
oder Markierung - kann dazu verwendet werden, einen Meßwert,
Systemzustand od. dgl. anzuzeigen.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand der in den Zeichnungen
dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zei
gen:
Fig. 1 bis 35 schematische Querschnittsansichten aufeinan
derfolgender Stufen der Herstellung eines Planar-
Mikro-Schrittmotors gemäß einer bevorzugten Aus
führungsform der Erfindung;
Fig. 36 eine schematische Draufsicht auf die Statorkompo
nenten des Mikromotors der Fig. 1 bis 35, welche
die bifilaren Mikrospulen zeigt, die jeweils mit
einem gemeinsamen Massebus und mit drei sich ab
wechselnden Versorgungsbussen verbunden sind;
Fig. 37 eine perspektivische Ansicht (teilweise in Schnitt
darstellung) des Rotors des in den Fig. 1 bis 35
dargestellten Mikromotors, und
Fig. 38 eine schematische Draufsicht, welche die Phasen
beziehung der drei Untergruppen von bifilaren Mi
krospulen zu den magnetischen Rotorelementen in dem
in den Fig. 1 bis 35 dargestellten Dreiphasen-
Mikro-Schrittmotor darstellt.
Bezüge zur Richtung und Lage beziehen sich - auch in den Pa
tentansprüchen -, soweit nicht anders angegeben, auf die
Orientierung, in welcher die Merkmale des Mikromotors in den
Zeichnungen dargestellt sind. Nach dem Verfahren dieser Er
findung hergestellte Mikromotoren sind typischerweise für
den Einsatz in jeder Orientierung einschließlich des Einsat
zes in wechselnder Orientierung anpaßbar. Desweiteren sind
die Figuren nicht maßstäblich gezeichnet und sollten so ver
standen werden, daß sie eine vereinfachte Darstellung des
Mikromotors zeigen, welcher nach dem Verfahren der vorlie
genden Erfindung hergestellt werden kann. Solche in kommer
ziellen Ausführungsformen eingesetzte Mikromotoren können
hunderte und möglicherweise sogar tausende Mikrospulen auf
weisen. Einige Merkmale wurden auch vergrößert oder im Ver
gleich zu anderen verzerrt dargestellt, um eine leichtere
Visualisierung der Komponenten und ihrer Herstellung zu er
möglichen. Insbesondere können extrem dünne Merkmale dicker
und relativ lange Merkmale verkürzt dargestellt sein. Mikro
motoren dieses Typs können ohne weiteres mit Merkmalen, die
Dimensionen in der Größenordnung von 20 µm aufweisen, herge
stellt werden. Minimale Merkmalgrößen liegen typischerweise
in der Größenordnung von 10 µm.
Die bevorzugte Planarkonstruktion umfaßt einen Stator, der
aus in einer Ebene angeordneten Mikrospulen besteht, und ei
nen über den Mikrospulen angeordneten Rotor. Die Mikrospulen
können eine Vielfalt von Konfigurationen, optional gekrümmt
oder in der Form polygonal, mit einer oder mehreren Windun
gen aufweisen. Der Rotor weist bevorzugt eine regelmäßige
Anordnung magnetischer Bereiche auf, die auf oder in dem Ro
torkörper so angeordnet sind, daß sich zumindest einer immer
ausreichend nahe an einer Mikrospule befindet, um die Dreh
kraft des elektromagnetischen Feldes zu erfahren, wenn diese
Mikrospule aktiviert wird. Die magnetischen Bereiche des Ro
torkörpers können aus Permanentmagneten ausgebildet werden,
welche Vorteile bei der Anpassung der Form und Intensität
der Energiedichte des magnetischen Feldes und somit der An
triebskraft des Planar-Mikromotors bieten. Dieses kann je
doch in bestimmten Ausführungsformen die Notwendigkeit einer
Abschirmung gegen äußere elektromagnetische Felder mit sich
bringen. Die magnetischen Bereiche können aus Permanentma
gnet-Materialien, wie z. B. einer CoNiReMn-P-Legierung herge
stellt werden. Mikromotoren mit variabler Reluktanz (mit ma
gnetisch weichem Material wie beispielsweise Eisen anstelle
der Permanentmagnete) werden in weiteren alternativen Aus
führungsformen der Erfindung bereitgestellt. Nach der elek
trischen Erregung der Mikrospulen wirkt das sich um die er
regten Spulen ausbildende elektromagnetische Feld auf die
magnetischen Bereiche des Rotorkörpers ein. Gradienten in
dem sich ergebenden Feldmuster erzeugen elektromotorische
Kräfte, die den Rotor so drehen, wie die magnetischen Berei
che des Rotors zu den Mikrospulen hingezogen (oder von die
sen abgestoßen) werden.
Insbesondere besteht das Starten und Betreiben des Planar-Mi
kromotors aus einer sequentiellen Erregung von weniger als
allen Mikrospulen in der Weise, daß ein oder mehrere magne
tische Bereiche des Rotors zu dem Mittelpunkt seiner benach
barten Spule hingezogen wird bzw. werden. Die Erregung kann
aus periodisch angelegten Spannungen mit verschiedenen Wel
lenformen, einschließlich Impulsketten, bestehen, die für
das Erreichen des gewünschten Erregungsstroms strukturiert
sind. Solche Zeitmuster sind über einen breiten Frequenzbe
reich bis zu einem Punkt anwendbar, an welchem die Trägheit
des Systems die Fähigkeit des Rotors, der Erregungsfrequenz
zu folgen, begrenzt. Die Erregungsspannung wird mit einer
Phase und Dauer zyklisch angelegt (oder gepulst), um eine
Drehung in der gewünschten Richtung zu veranlassen. D.h., es
wird eine Mikrospule, welche sich in der richtigen Richtung
bezogen auf einen magnetischen Bereich des Rotors befindet,
um eine Anziehungskraft in der gewünschten Richtung zu be
wirken, erregt und innerhalb ausreichender Zeit wieder
entregt, um eine Verlangsamung der Rotordrehung zu vermei
den, nachdem der magnetische Bereich den Winkel der maxima
len Kraft für diese Mikrospule passiert hat. In ähnlicher
Weise kann eine geeignete Phasengestaltung der Erregungs
spannung dazu verwendet werden, den Rotor zu verlangsamen
und/oder zu stoppen. Die Drehbewegung des Rotors einschließ
lich der Richtung und des Betrags der Drehung kann mit einem
hohen Präzisionsgrad durch Steuerung der Sequenz und Dauer
der Mikrospulen-Erregung gesteuert werden. D.h., die Drehung
kann für eine gewünschte Zeitdauer ausgesetzt oder in ande
rer Weise gesteuert werden, indem eine Erregungssequenz und
Perioden der Erregung der einzelnen Mikrospulen gewählt wer
den, um die gewünschte zeitliche Folge der auf den Rotor
einwirkenden Drehkräfte zu erzeugen. Der Drehsinn des Folge
musters bestimmt die Richtung der Rotation.
Das Fertigungsverfahren der Erfindung wird nachfolgend unter
Einbeziehung verschiedener bevorzugter und alternativer
Merkmale und unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnun
gen beschrieben. In der nachstehenden Erläuterung soll unter
dem verwendeten Begriff "Durchkontakt" bzw. der Pluralform
"Durchkontakte" die Bezeichnung für Pole verstanden werden,
die durch eine Schicht hindurch verlaufen und mit Metall zum
Erzeugen eines Verbindungsleiters gefüllt (oder zu füllen)
sind, um einen elektrischen Pfad zwischen oder durch Schich
ten hindurch zu erzeugen. Ferner wird der Begriff
"fotoempfindliches Strukturierungsmaterial" verwendet, wel
cher jede Art von Positiv- oder Negativ-Fotolackmaterialien
u. dgl. bezeichnen soll, soweit keine spezielle Einschrän
kung auf eines der beiden gemacht wird. Viele dieser Mate
rialien sind handelsüblich und Fachleuten bekannt. Dieses
beinhaltet beispielsweise den Einsatz eines PMMA-Fotolacks
bei LIGA-Techiken. Für die Herstellung von für zahlreiche
Anwendungsmöglichkeiten vorgesehenen Mikromotoren sind auch
alternative MEMS-Technologien geeignet. Obwohl die LIGA-Tech
niken eine gute Dimensionsgenauigkeit, insbesondere bei
der Verwendung dickerer Schichten, oder allgemeiner, bei
größeren Komponentendimensionen bieten können, erfordern die
LIGA-Techniken die Verwendung eines Synchrotrons und sind
oft mit größeren Kosten und Komplikationen verbunden. Fo
toempfindliches Polyimid (PSP) wird für viele Anwendungen
bevorzugt, da es durch fotolithographische Standardverfahren
unter Verwendung im Handel erhältlicher Materialien struktu
riert werden kann. Dem Fachmann auf diesem Technologiegebiet
werden angesichts der vorliegenden Erfindung zahlreiche wei
tere geeignete Fotolack-Materialien geläufig sein. Alle der
artigen Materialien werden, wie vorstehend erwähnt, hierin
kollektiv als fotoempfindliche Strukturierungsmaterialien
bezeichnet.
Es sollte offensichtlich sein, daß, obwohl die hierin im De
tail diskutierte bifilare Mikrospulen-Konstruktion bevorzugt
wird, der Stator Mikrospulen aufweisen kann, welche eine
breite Vielfalt von Konfigurationen, insbesondere bezüglich
ihrer elektrischen Verbindung zu den Erregungseinrichtungen,
besitzen. In ähnlicher Weise weist der Rotor bevorzugt eine
regelmäßige Anordnung radialer magnetischer Elemente auf,
die auf dem oder in dem Rotorkörper angeordnet sind. Wie in
dem Falle der Statorkonstruktion, werden jedoch dem Fachmann
auf diesem Technologiegebiet zahlreiche alternative Rotor
konstruktionen geläufig sein. Als generelles Prinzip sollte
der Rotor in allen statorbezogenen Stellungen eine oder meh
rere magnetische Elemente ausreichend nahe an einer Mikro
spule haben, um kollektiv eine ausreichende Kraft aus dem
erzeugten elektromagnetischen Feld beizutragen, wenn diese
Mikrospule erregt wird, um eine Drehung des Rotors zu bewir
ken.
Wie vorstehend erwähnt, kann eine große Anzahl von Mikro
motoren gleichzeitig in einem Chargenprozeß gemäß dem Ver
fahren der Erfindung aus einem einzigen Wafer eines isolie
renden Substratmaterials hergestellt werden. Glattflächige
Wafer aus Glas oder polierten oxidierten Silizium sind ge
eignet und für solche Fertigungsprozesse bekannt. Gemäß Dar
stellung in Fig. 1 wird eine Oberseite 12 eines Substrats 10
gleichmäßig mit einer in verschiedenen späteren Galvanisie
rungsschritten zu verwendenden Metallschicht 14 beschichtet.
Bevorzugt besteht die Metallschicht 14 aus einer Schicht
struktur von Metallschichten, besonders bevorzugt aus Chrom
oder Titan unmittelbar auf der Oberfläche des isolierenden
Substrats, gefolgt von Kupfer, gefolgt von einer weiteren
Schicht aus Chrom. Diese Schichten können durch Sputtern
(Zerstäuben) oder Aufdampfen mittels bekannter Techniken je
weils bis zu einer Dicke von bevorzugt etwa 100 nm aufge
bracht werden. Die untere Schicht aus Chrom oder Titan wirkt
als eine Haftschicht zwischen der Substratoberfläche 12 und
der galvanischen Kupferzwischenschicht. Die gleichmäßige
Kupferzwischenschicht erzeugt eine gleichmäßige Stromvertei
lung über die Oberfläche des Substrats. Die oberste Chrom
schicht erzeugt eine verbesserte Haftung mit der Schicht 16
eines fotoempfindlichen Strukturierungsmaterials, die gemäß
Darstellung in Fig. 2 als nächste aufgebracht wird. Die
Schicht 16 besteht bevorzugt aus PSP-Material, das durch
Aufschleudern (Schleudergießen) bis zu einer Dicke von etwa
20 µm in der üblichen Weise aufgebracht wird. In vorteilhaf
ter Weise stellt das PSP nahezu vertikale Wände nach der
Entwicklung bereit. Nach der Entwicklung des fotoempfindli
chen Strukturierungsmaterials werden Spuren eines solchen
Materials bevorzugt unter Verwendung eines Sauerstoffplasmas
entfernt. In der schematischen Ansicht von Fig. 2 ist das
Strukturierungsmaterial so strukturiert dargestellt, daß es
eine Öffnung 17 bildet, in welcher eine Leitungsbrücke aus
gebildet wird, um eine elektrische Verbindung zwischen einem
Anschlußpunkt einer bifilaren Mikrospule und einem Versor
gungsbus herzustellen, die beide in den nachfolgend erläu
terten aufeinanderfolgenden Schritten ausgebildet werden.
Fig. 3 zeigt eine durch galvanisches Einbringen von Kupfer
oder eines anderen Metalls in die Öffnung 17 ausgebildete
Leitungsbrücke 18. Fig. 3A zeigt die entsprechende Quer
schnittsansicht für eine benachbarte Leitungsbrücke 18A,
welche eine elektrische Verbindung zwischen dem zweiten An
schlußpunkt der bifilaren Mikrospule und einem Massebus her
stellt, der sich radial außerhalb des Versorgungsbusses be
findet, mit welchem der erste Anschlußpunkt verbunden ist.
Da der Massebus radial außerhalb des Versorgungsbusses
liegt, erstreckt sich die Leitungsbrücke 18A in Fig. 3A wei
ter nach rechts als die Leitungsbrücke 18 in Fig. 3. Die re
lativen Lagen der Leitungsbrücken 18 und 18A sind aus
Fig. 36 ersichtlich (in der das Substrat nicht dargestellt
ist). Man sieht, daß sich die Leitungsbrücke 18 von einem
ersten Anschlußpunkt 20 der bifilaren Mikrospule 22 radial
nach außen zu einem sich im Kreis erstreckenden Versorgungs
bus 24 erstreckt. Der Versorgungsbus 24 ist der zweite von
drei konzentrischen Versorgungsbussen. Der erste Versor
gungsbus 26 liegt radial innerhalb des Versorgungsbusses 24
und der dritte Versorgungsbus 28 radial außerhalb des Ver
sorgungsbusses 24. Ein vierter konzentrischer Bus, der Mas
sebus 30, liegt radial außerhalb der drei Versorgungsbusse.
Es ist ersichtlich, daß sich die elektrische Leitungsbrücke
18A von dem zweiten Anschlußpunkt 21 der bifilaren Mikrospu
le 22 radial nach außen zum Massebus 30 erstreckt. Somit er
streckt sich die Leitungsbrücke 18A, wie vorstehend erwähnt,
in Fig. 3A weiter nach rechts als die Leitungsbrücke 18 in
Fig. 3.
Um einen visuellen Bezug und eine Orientierung zu vermit
teln, ist ein kleiner Abschnitt des radial äußeren Endes der
elektrischen Leitungsbrücke 18A in den Fig. 4 bis 35 dar
gestellt. Es sollte jedoch klar sein, daß die Leitungsbrücke
18A tatsächlich auf eine andere Querschnittstiefe im Ver
gleich zu derjenigen der Leitungsbrücke 18 verschoben ist.
Ebenfalls in Fig. 36 ist der Übergang von Stromphasen von
einer bifilaren Mikrospule zur nächsten dargestellt. Insbe
sondere der erste Anschlußpunkt 32 der bifilaren Mikrospule
34, welche der vorgenannten bifilaren Mikrospule 22 unmit
telbar benachbart ist, ist mit dem Versorgungsbus 28 über
eine elektrische Leitungsbrücke 36 verbunden. Der Schalt
kreis für die Mikrospule 34 wird durch eine elektrische Lei
tungsbrücke 38 vervollständigt, welche sich von dem zweiten
Anschlußpunkt 40 der Mikrospule 34 zum Massebus 30 er
streckt. Der erste Anschlußpunkt 42 der nächsten benach
barten Mikrospule 44 ist über die elektrische Leitungsbrücke
46 mit dem innersten Versorgungsbus 26 verbunden. Ihr zwei
ter Anschlußpunkt 48 ist über eine elektrische Leitungsbrüc
ke 50 mit dem Massebus 30 verbunden. Die nächste benachbarte
Mikrospule 52 hat dieselbe Phase wie die erste Mikrospule 22
und ist demzufolge mit demselben Versorgungsbus verbunden.
Desweiteren werden gemäß Fig. 3 und Fig. 3A die elektrischen
Leitungsbrücken 18 und 18A bevorzugt durch galvanisches Ein
bringen von Kupfer in die strukturierte Schicht 16 ausgebil
det. Wenn eine Schichtstruktur von Metallschichten für die
galvanische Zwischenschicht 14 eingesetzt wird, sollte die
oberste Chromhaftschicht in den aufgrund der Entwicklung der fotoemp
findlichen Schicht 16 freiliegenden Flächen entfernt werden, wie z. B.
durch Eintauchen der Anordnung in eine wäßrige Salzsäurelö
sung, typisch 1 : 1 HCl/Wasser. Nach einem Abspülen mit deio
nisiertem Wasser wird der freigelegte Wafer in einer 10%igen
Schwefelsäurelösung gebeizt, um jedes Kupferoxid zu entfer
nen. Dann wird eine Kupferschicht, bevorzugt 20 µm dick, in
die Schicht 16 unter Verwendung von sauren Standard-Gal
vanikbädern für Kupfer und einer Standard-Gleich
spannungs-Stromversorgung galvanisiert. Obwohl galvanisch
aufgebrachtes Kupfer vorgezogen wird, wird dem Fachmann auf
diesem Technologiegebiet die Eignung für verschiedene Auf
bringungen alternativer Metalle, Legierungen und Abscheide
verfahren geläufig sein.
Dann wird eine dünne Schicht fotoempfindlichen Strukturie
rungsmaterials, bevorzugt etwa 10 µm, auf die in Fig. 3 dar
gestellte Anordnung abgeschieden. Diese zweite Schicht wird
für Durchkontaktöffungen für die Herstellung von Durch
kontakten, bevorzugt durch galvanisches Aufbringen von Kup
fer, strukturiert, die sich senkrecht nach oben erstrecken,
um einen elektrischen Kontakt mit den jeweiligen bifilaren
Mikrospulen und Versorgungsbussen, wie vorstehend erläutert,
herzustellen. Fig. 4 zeigt diese Schicht 54 des Strukturie
rungsmaterials als erste aufgebrachte Schicht. In Fig. 5
sind die Schicht 54 bereits strukturiert und die Durchkon
takte ausgebildet. Insbesondere ist zu sehen, daß die elek
trische Leitungsbrücke 18 mit einem radial einwärts liegen
den Durchkontakt 56, welcher eine elektrische Verbindung mit
dem ersten Anschlußpunkt 20 der bifilaren Mikrospule 22
(siehe Fig. 36) herstellt, und einem radial auswärts lie
genden Durchkontakt 58 versehen ist, welcher eine elektri
sche Verbindung mit dem Versorgungsbus 24 herstellt. Es ist
zu sehen, daß das radial äußere Ende 19 der elektrischen
Leitungsbrücke 18A einen vertikalen Durchkontakt 60 für einen
elektrischen Kontakt mit dem Massebus 30 aufweist. Die elek
trischen Durchkontakte bestehen bevorzugt auch aus gal
vanisch aufgebrachtem Kupfer.
Die Strukturierungsschichten 16 und 54 werden dann abgelöst
und die galvanische Zwischenschicht 14 entfernt, was die in
Fig. 6 dargestellte Anordnung ergibt. Ein geeigneter Ablöser
für das Entfernen der strukturierten Schichten ist handels
üblich und dem Fachmann bekannt. Die galvanische Metall
schicht 14 wird mittels geeigneter Ätzmittel entfernt, um
die Strukturen der elektrischen Leitungsbrücken und Durch
kontakte elektrisch voneinander zu isolieren. Wenn die gal
vanische Zwischenschicht der vorstehend beschriebene
Ti/Cu/Cr-Schichtstapel ist, kann die oberste Chromschicht
zuerst mittels einer 50%igen wässrigen Salzsäurelösung ent
fernt werden. Die Kupferschicht kann in einer 35 Grad Baum-Ei
sen(III)-Chlorid-Lösung oder in einem anderen milden Kup
ferätzmittel entfernt werden, wobei Sorgfalt aufzuwenden
ist, um nicht die elektrischen Leitungsbrücken und Durch
kontakte signifikant anzuätzen. Die untere Titanschicht kann
mittels einer verdünnten Salzsäurelösung entfernt werden.
Die in Fig. 6 dargestellte Anordnung wird im nächsten
Schritt geebnet. Insbesondere wird gemäß Darstellung in
Fig. 7 eine Schicht 62 aus Epoxid abgeschieden. Geeignete
Epoxid-Materialien und andere geeignete Materialien sind im
Handel erhältlich und dem Fachmann geläufig. Prinzipiell muß
das Material ausreichend stabil gegenüber den nachstehend
beschriebenen Prozeßschritten sein. Die Schicht 62 kann bei
spielsweise durch Aufschleudern oder ein anderes geeignetes
Verfahren aufgebracht werden. Nach der Aushärtung der
Schicht 62 wird deren Oberseite bevorzugt mittels drehender
Diamantwerkzeuge ausreichend weit geschliffen oder mikroge
fräst, um das Metall der Durchkontakte 56, 58 und 60 (und
natürlich der anderen Durchkontakte, die für die vielen an
deren Mikrospulen dieses und anderer auf dem Wafer herge
stellter Mikromotoren ausgebildet sind) gemäß Darstellung in
Fig. 8 freizulegen. Auf die geebnete Oberfläche 64 wird eine
zweite galvanische Zwischenschicht 66 aufgebracht, die einen
elektrischen Kontakt zu den Durchkontakten herstellt. Die
galvanische Zwischenschicht 66 ist bevorzugt ein Metall
schichtstapel, der gemäß vorstehender Beschreibung abge
schieden wird. Die sich ergebende Anordnung (oder
"Unteranordnung") ist in Fig. 9 dargestellt. Eine dritte
Schicht 68 eines fotoempfindlichen Strukturierungsmaterials
wird auf der galvanischen Zwischenschicht 66 für die Ausbil
dung der Mikrospulen-, Versorgungsbus- und Massebus-Struk
turen abgeschieden und strukturiert. Die Schicht 68,
welche in Übereinstimmung mit der bevorzugten Dicke der vor
genannten Statorkomponentenstrukturen bevorzugt etwa 20 µm
beträgt, ist nach der Strukturierung in Fig. 10 dargestellt.
Die Statorkomponenten werden bevorzugt durch galvanisches
Aufbringen von Kupfer im wesentlichen in der zuvor disku
tierten Art aufgebracht. Die sich ergebende Anordnung ist in
Fig. 11 dargestellt, die die bifilare Mikrospule 22, ein
schließlich ihres ersten Anschlußpunktes 20, in vertikaler
Ausrichtung zu dem Durchkontakt 56 aufweist, der einen elek
trischen Kontakt mit der Leitungsbrücke 18 herstellt. Radial
außerhalb (d. h., in Fig. 11 rechts) von der Mikrospule 22
befinden sich die Versorgungsbusse 26, 24 und 28 in dieser
Reihenfolge, wobei der Durchkontakt 58 einen elektrischen
Kontakt zwischen dem äußeren radialen Ende der Leitungsbrüc
ke 18 und dem Versorgungsbus 24 herstellt. Radial auswärts
von dem Versorgungsbus 28 befindet sich der Massebus 30,
welcher über den Durchkontakt 60, der sich von dem radialen
äußeren Ende 19 der Leitungsbrücke 18A nach oben zu dem Mas
sebus 30 erstreckt, in elektrischem Kontakt mit der Lei
tungsbrücke 18A steht.
Wenn Rasterzähne in die Mikromotorstruktur, wie z. B. bei ei
ner Schrittmotorkonstruktion, einzubringen sind, wird ein
magnetisches Material abgeschieden, um Statorzähne für das
Aufbringen einer Rastkraft (detente force) auf den Rotor
auszubilden. Zuerst wird das Strukturierungsmaterial 68 ent
fernt, was zu der in Fig. 12 dargestellten Anordnung führt.
Dann wird eine vierte Schicht 70 bevorzugt durch Gießen oder
eine Rakel-Technik aufgebracht. Die Statorstruktur wird
oberhalb der Schicht 70, welche die Mikrospulen und Busse
enthält, aufgebracht. Aufschleudern wird nicht bevorzugt, da
die großen Statorstrukturen typischerweise signifikante Un
gleichmäßigkeiten in der Tiefe der Schicht 70 ergeben wür
den. Dann wird die Schicht in der üblichen Art strukturiert,
gefolgt von einer Abscheidung magnetischen Materials, um die
in Fig. 14 dargestellte Anordnung zu erzeugen. Die Stator
zähneanordnung 72 wird bevorzugt durch galvanisches Aufbrin
gen eines magnetischen Materials, wie z. B. Ni-Fe (80% Ni,
20% Fe), welches als ein geeignetes magnetisches Material
mit niedriger Permeabilität dient, hergestellt. Die Stator
zähneanordnung 72 kann auf die Kupferzwischenschicht 66 in
der üblichen Weise galvanisch aufgebracht werden. Das Ablö
sen der Strukturierungsschicht 70 und das Entfernen der Flä
chen der galvanischen Zwischenschicht 66, welche dadurch
freigelegt werden, ergibt die in Fig. 15 dargestellte Anord
nung. Die galvanische Zwischenschicht 66 wird entfernt, um
die Statorkomponenten und elektrischen Leitungen auf dieser
Tiefe voneinander elektrisch zu isolieren.
Die Anordnung von Fig. 15 wird geebnet, wiederum bevorzugt
durch Einkapselung oder Einbettung der Anordnung in eine zu
sätzliche Epoxidschicht 73 über der Epoxidschicht 62, ge
folgt von einem Mikrofräsen seiner Oberseite 74, um Un
regelmäßigkeiten des galvanischen Auftrags und Gieß-Unregel
mäßigkeiten des Epoxids zu beseitigen. Die glatte Oberfläche
74 dient als Lagerfläche für den Rotor in der Endkonfigu
ration. Die sich ergebende Anordnung ist in Fig. 16 darge
stellt.
Gemäß einem weiteren Merkmal des erfindungsgemäßen Mikrofer
tigungs-Verfahrens werden Freigabeschichten dazu verwendet,
eine kontinuierliche Herstellung des Mikromotors in einer
sich selbst zusammenbauenden Form zu ermöglichen. Wegen der
kleinen Abmessungen der Mikromotorkomponenten wäre es teuer
und unpraktisch, die Mikromotorkomponenten getrennt herzu
stellen und sie dann mechanisch zusammenzubauen. Aufgrund
der Verwendung von Freigabeschichten geht nun die Herstel
lung des Mikromotors unter Verwendung derselben MEMS-Tech
nologien weiter, um den Rotor und die Gehäusekomponenten
an Ort und Stelle über der in Fig. 16 dargestellten Sta
tor/Substrat-Anordnung aufzubauen. In höchst bemerkenswerter
Weise werden die Freigabeschichten dazu verwendet, einen Ro
tor herzustellen, welcher innerhalb einer Rotorkammer, die
im Verlauf der Mikrofertigung des Mikromotors ausgebildet
wird, permanent eingeschlossen und gleichwohl drehbar ist.
Insbesondere wird gemäß Darstellung der Anordnung in Fig. 17
eine Freigabeschicht 76 auf der Oberseite 74 der in Fig. 16
dargestellten Anordnung abgeschieden und dann strukturiert,
um eine Fläche abzudecken, die der Bodenfläche der Rotorkam
mer in der endgültigen Anordnung entspricht. In der Anord
nung von Fig. 17 ist zu sehen, daß die strukturierte Freiga
beschicht 76 die Statorkomponenten, nämlich die Mikrospule
22 und die Statorzähneanordnung 72, überdeckt. Zur Vereinfa
chung wird das Bezugszeichen 73 dazu verwendet, die verein
ten Epoxidschichten 73 und 62 in den Fig. 17 bis 35 zu be
zeichnen. Die Freigabeschicht besteht bevorzugt aus Poly-Al
pha-Metylstyrol, das in einer Benzol-Lösung abgeschieden
wird. Es kann auf die Oberfläche 74 aufgeschleudert werden.
Das Lösungsmittel wird dann beispielsweise durch Ausbacken
entfernt. Für die Erzeugung der Freigabeschicht 76 wird ein
geeignetes fotoempfindlichen Strukturierungsmaterial auf die
Anordnung aufgebracht. Der Fotolack wird in der üblichen
Weise strukturiert und entwickelt, und die von dem struk
turierten Fotolack nicht geschützten Flächen der Freigabe
schicht können dann in Benzol oder in einem anderen geeig
neten Lösungsmittel entfernt werden. Die Fotolackschicht
wird dann ebenfalls in der üblichen Weise entfernt. Das Po
ly-Alpha-Methylstyrol wird in Hinblick auf seine Verarbei
tungseigenschaften bevorzugt: es verdampft, wenn es im Vaku
um auf eine Temperatur von 180°C aufgeheizt wird. Andere ge
eignete Freigabematerialien sind im Handel erhältlich und
dem Fachmann bekannt. Bevorzugte Freigabematerialien umfas
sen Polymere mit niedriger Verglasungstemperatur. Das Frei
gabematerial sollte mittels eines trockenen Entfernungspro
zesses entfernt werden, um Flüssigkeits-Kapillarkräfte zu
vermeiden, welche die Komponenten des Mikromotors festfres
sen lassen könnten. Alternative geeignete trockene Entfer
nungstechniken umfassen beispielsweise Ionenätzen und Plas
maveraschung in einer Sauerstoff-Partialdruck-Atmosphäre.
Ein erster Schritt bei der Ausbildung des Rotors und der Ge
häusestrukturen ist das Abscheiden einer galvanischen Zwi
schenschicht 78 auf der Oberseite der Anordnung von Fig. 17.
Die galvanische Zwischenschicht 78 kann beispielsweise einen
100 nm dicken Schichtstapel aus Titan über Nickel aufweisen.
Die sich ergebende Anordnung ist in Fig. 18 dargestellt.
Dann wird eine dicke Fotolackschicht 80 über der galvani
schen Zwischenschicht 78 abgeschieden und strukturiert, um
die magnetischen Bereiche oder Pole und die Rotor
zähnestruktur des Rotors auszubilden. Das Strukturierungs
material für die Schicht 80 ist bevorzugt etwa 20 µm dick,
was der beabsichtigten Höhe der vorgenannten Rotorkomponen
ten entspricht, und kann durch Aufschleudern aufgebracht
werden. Fig. 19 zeigt die Anordnung nach der Strukturierung
der Schicht 80.
Die magnetischen Komponenten des Rotors werden bevorzugt
durch elektrodenloses Galvanisieren eines permanentmagne
tischen Materials, bevorzugt eines Materials mit hoher Koer
zitivfeldstärke, besonders bevorzugt oberhalb von 119 · 10³
pie ausgebildet, was ein permamentmagnetisches Moment senk
recht zu der Ebene des Rotorkörpers ergibt, wenn er magneti
siert wird. Diese Richtung des magnetischen Moments ergibt
die größten Drehmomente, wenn elektrischer Strom an die Mi
krospulen angelegt wird. Die Koerzitivfeldstärke des Materi
als sollte hoch sein, um eine starke permanente Magnetisie
rung in dem Material zu erzeugen, nachdem es durch die übli
chen externen Maßnahmen, wie z. B. durch Einwirkung eines
starken Magnetfelds, magnetisiert wurde. Bevorzugt wird eine
CoNiReMn-P-Legierung oder ein ähnliches für elektrodenloses
Galvanisieren geeignetes Material verwendet. Dieses bevor
zugte Material, eine komplexe Legierung von Co, Re, Ni, Mn
und P, bildet die Rotorpole und die Rotorrastzähnestruktur
durch elektrodenloses Abscheiden als Ergebnis einer autoka
talytischen Reaktion des Zwischenschichtmaterials, wenn der
Wafer in das elektrodenlose Bad der Glavanisierungslösung
eingetaucht wird (vgl. Osaka-T. et al., JPN. J. APPL. PHYS.,
26, 1674 (1987)).
Obwohl das elektrodenlose Galvanisieren im Prinzip zu
Schichten beliebiger Dicke führen kann, sind die gemäß die
ser Erfindung ausgebildeten magnetischen Pole und die Rast
zähnestruktur des Rotors etwa 20 bis 40 µm dick (Dicke in
vertikaler Richtung gemäß Darstellung in den Fig. 1 bis 35).
Die dickeren magnetischen Körper können eine stärkere An
sprechempfindlichkeit auf ein gegebenes elektromotorisches
Feld erzeugen, aber die Dimensionsgenauigkeit und die Frei
gabefähigkeit des Rotors kann schwieriger zu erreichen sein.
Alternative magnetische Materialien und Herstellungstechni
ken sind dem Fachmann geläufig. Bei gesputterten Cr-Co-Schi
chten hat sich eine senkrechte Anisotropie ergeben. Die
se weisen aber im allgemeinen eine Schichtdicke von weniger
als 1 µm auf, was ihre Nützlichkeit signifikant einschränkt.
Gemäß Darstellung in Fig. 20 werden der magnetische Bereich (Pol 82)
und die Rotorrastzähnestruktur 84 in der Schicht 80 ausge
bildet. Die Schicht 80 wird dann entfernt, was die in
Fig. 21 dargestellte Anordnung ergibt, worauf dann eine dic
ke Schicht 86 eines Fotolacks auf die Anordnung von Fig. 21
aufgebracht und strukturiert wird, um einen unteren Ab
schnitt der Rotorwelle und des Massebuskontaktes zu erzeu
gen. Es bedarf keiner näheren Erläuterung, daß ein elektri
scher Kontakt auch für die Versorgungsbusse 24, 26 und 28
erforderlich ist, wofür sich vertikal erstreckende Kontakte
ebenfalls an entsprechenden Stellen in einer im wesentlichen
gleichen Weise ausgebildet werden können, wie für den Masse
bus 30 dargestellt. Gemäß Darstellung in Fig. 22 weist die
Schicht 86 des fotoempfindlichen Strukturierungsmaterials
eine ausreichende Dicke auf, um die Rotorstrukturen aus dem
magnetischen Material zu überdecken. Es ist evident, daß die
Öffnung 88 in dieser sechsten Lage des Strukturierungsmate
rials, was auch für alle in den Fig. 1 bis 35 dargestellten
Schichten gilt, im wesentlichen symmetrisch bezüglich einer
vertikalen Linie an der linken Kante ist, da zur Vereinfa
chung nur die rechte Seite der Fertigungsanordnung des Mi
kromotors dargestellt ist.
Fig. 23 zeigt die Anordnung in dem Zustand, in dem der Mas
sebuskontakt 90 und die Rotorwelle 92 bevorzugt aus Nickel
durch Galvanisierung ausgebildet sind. Besonders einfach ist
es, wenn dasselbe Material sowohl für die Rotorwelle 92 als
auch für den Massebuskontakt 90 verwendet wird. Das Entfer
nen der Strukturierungsmaterialschicht 86 und der Abschnitte
der dadurch freigelegten galvanischen Zwischenschicht 78 er
gibt die in Fig. 24 dargestellte Anordnung.
Eine siebente Schicht 94 eines fotoempfindlichen Struk
turierungsmaterials wird über der Anordnung von Fig. 24 in
ausreichender Tiefe abgeschieden, um die Rotorkomponenten
und Buskontakte abzudecken. Gemäß einem vorteilhaften Aspekt
des hierin beschriebenen Verfahrens, bleiben Abschnitte der
Strukturierungsmaterialschicht 94 als ein Teil der fertig
gestellten Mikromotoranordnung stehen. Die Schicht 94 kann
aufgerakelt werden, um eine dicke, relativ glatte Schicht zu
erhalten. Die Schicht 94 wird gemäß Darstellung in Fig. 26
strukturiert, um eine vertikale Umfangs-Freigabeschicht aus
zubilden, in welche Freigabematerial gemäß vorstehender Be
schreibung eingebracht wird. Die vertikale Freigabeschicht 96 ist
bevorzugt etwa 2 bis 5 µm breit und dient dazu, die radiale
Außenoberfläche der Rotorkammer in der fertiggestellten An
ordnung zu definieren. Die bevorzugten vorstehend offenbar
ten Freigabematerialien können in die Umfangs-Frei
gabeschicht 96 eingebracht werden, indem die Schicht 94
auf der Anordnung bei reduziertem Atmosphärendruck beschich
tet, die Schicht mit Freigabematerial gefüllt, und dann der
Druck auf Atmosphärenpegel gebracht wird. Es hat sich ge
zeigt, daß dadurch das flüssige Freigabematerial in die
Schicht getrieben wird, und eingeschlossene Luftblasen redu
ziert oder eliminiert werden. Die vertikale Schicht 96 er
streckt sich von dem radial äußeren Durchmesser der horizon
talen Freigabeschicht 76 aus nach oben. Die Oberseite 98 der
in Fig. 26 dargestellten Anordnung wird dann ausreichend mi
krogefräst, um die Oberseite der Rotorwelle 92 und den Bus
kontakt 90 freizulegen.
Eine achte Schicht 98 eines fotoempfindlichen Strukturie
rungsmaterials wird auf die in Fig. 27 dargestellte Anord
nung aufgebracht und strukturiert, um die Rotorwelle 92, die
vertikale Umfangs-Freigabeschicht 96 und den Buskontakt 90
weiter vertikal zu verlängern. Da die galvanische Zwischen
schicht 78 entfernt wurde (im Gegensatz zu dem Verfahren bei
bekannten Rotorstrukturen), werden der Buskontakt und die
Rotorwelle bevorzugt durch elektrodenloses Galvanisieren
nach oben verlängert. Beispielsweise kann ein elektrodenlo
ses Galvanisieren von Nickel ausgeführt werden, um selektiv
weiter auf der freiliegenden Oberseite der zuvor galvanisch
aufgebrachten Rotorwelle und Buskontaktbereiche abzuschei
den. Das elektrodenlose Galvanisieren beeinträchtigt nicht
die Öffnung 100, welche für eine vertikale Aufwärtsverlänge
rung der Umfangs-Freigabeschicht 96 ausgebildet wurde. Die
sich ergebende Struktur ist in Fig. 28 dargestellt. Das
Freigabematerial wird dann in der vorstehend beschriebenen
Weise in die vertikale Verlängerung 100 der Umfangs-Frei
gabeschicht 96 eingefüllt und über die Oberseite der in
Fig. 28 dargestellten Anordnung verteilt. Die obere horizon
tale Freigabeschicht 102 wird gemäß Darstel
lung in Fig. 29 strukturiert. Diese entspricht der Oberseite
der Rotorkammer in der endgültigen Mikromotoranordnung. Es
ist ersichtlich, daß sie sich zwischen der vertikalen Um
fangs-Freigabeschicht 96/100 und der mittigen Rotorwelle 92
erstreckt. Es sollte angemerkt werden, daß vieles von der
achten Strukturierungsmaterialschicht, nämlich der Schicht
98, in der fertiggestellten Mikromotoranordnung stehen
bleibt. Insbesondere bleiben radial innerhalb der Umfangs-Frei
gabeschicht 96/100 befindliche Abschnitte in dem Mikro
motor als Teil des planaren Rotorkörpers stehen, während Ab
schnitte der Schicht 98 radial außerhalb der Umfangs-Frei
gabeschicht als Abschnitte des Mikromotorgehäuses stehen
bleiben.
Gemäß Darstellung in Fig. 30 wird eine neunte Schicht 104 foto
empfindlichen Strukturierungsmaterials auf die Anordnung von
Fig. 29 aufgebracht und strukturiert, um die Rotorwelle 92
und den Buskontakt 90 weiter zu verlängern. Die Schicht 104
ist besonders bevorzugt ein Positiv-Fotolackmaterial, um ei
ne erste Strukturierung zu ermöglichen, um eine weitere ver
tikale Verlängerung der Rotorwelle und Buskontakte, wiederum
bevorzugt durch ein elektrodenloses Abscheiden von Nickel,
gefolgt von einer zweiten Strukturierung, zu ermöglichen,
und um eine zweite vertikale Umfangs-Freigabeschicht gemäß
der unmittelbar folgenden Beschreibung zu erzeugen. Wenn ein
negatives Fotolackmaterial, wie z. B. PSP verwendet werden
würde, wäre das zu entfernende Material für die Ausbildung
der zweiten vertikalen Umfangs-Freigabeschicht bereits be
lichtet und könnte nicht weiter strukturiert werden. Somit
stellt die Verwendung eines Positiv-Fotolacks für die
Schicht 104 einen signifikanten und vorteilhaften Aspekt des
hierin beschriebenen Verfahrens dar.
Die vorstehend erwähnte zweite vertikale Umfangs-Freigabe
schicht ist in Fig. 31 dargestellt. Insbesondere wird die
vertikale Umfangs-Freigabeschicht 106 in der Schicht 104
strukturiert und dann gemäß vorstehender Beschreibung mit
Freigabematerial aufgefüllt. Da die Schicht 104 als ein Teil
des Gehäuses des Mikromotors stehenbleibt, erlaubt die Frei
gabeschicht 106 die Drehung der Rotorwelle 92 in der endgül
tigen Anordnung. Man beachte, daß sich die vertikale Schicht
106 von dem radial inneren Umfang der oberen Freigabeschicht
102 nach oben erstreckt.
Um eine weitere vertikale Verlängerung der Rotorwelle 92 zu
erleichtern, wird eine Schutzschicht 108 über dem Rest der
Oberseite 110 der Anordnung in Fig. 31 aufgebracht. Die sich
ergebende Struktur ist in Fig. 32 dargestellt. Die Schutz
schicht 108 kann beispielsweise durch eine herkömmliche Auf
dampf- oder Sputter-Abscheidung von Aluminium bis zu einer
Dicke von etwa 100 nm hergestellt werden. Die Schutzschicht
108 verhindert, daß die darunterliegende Strukturierungs
materialschicht 104 UV-Strahlung sowie weiteren Fotolackbe
arbeitungen bei den letzten Schritten ausgesetzt wird.
Auf die in Fig. 32 dargestellte Untereinheit wird eine dicke
zehnte Schicht 110 eines fotoempfindlichen Strukturierungs
materials aufgebracht und für eine weitere vertikale Ver
längerung der Rotorwelle 92 strukturiert. Die Struktu
rierungsschicht 110 ist typischerweise etwa 20 µm dick. Die
sich ergebende Struktur ist nach einer elektrodenlosen Nic
kelabscheidung zur Verlängerung der Rotorwelle 92 in Fig. 33
dargestellt.
Die Strukturierungsschicht 110 und die Schutzschicht 108
werden dann mittels herkömmlicher Techniken entfernt, was
die in Fig. 34 dargestellte Anordnung ergibt. Die eigentli
che Mikromotorstruktur wird dann durch Entfernen des Freiga
bematerials vervollständigt. Insbesondere werden die verti
kalen Umfangs-Freigabeschichten 106 und 100/96 zusammen mit
der oberen Freigabeschicht 102 und der unteren Freigabe
schicht 76 entfernt, was den Rotor frei drehbar innerhalb
der Rotorkammer zurückläßt. Gemäß vorstehender Beschreibung
wird ein trockenes Entfernungsverfahren bei der Entfernung
des Freigabematerials eingesetzt, wie z. B. ein Aufheizen un
ter Vakuum in dem Falle des bevorzugten Freigabematerials
Poly-Alpha-Methylstyrol. Die vollständig fertiggestellte Mi
kromotoranordnung ist in Fig. 35 dargestellt.
Eine perspektivische Ansicht des Rotors ist in Fig. 37 ein
schließlich der Rotorwelle 92 dargestellt, die sich in senk
rechter Richtung zu dem Rotorkörper 93 erstreckt, in welchem
sich radial erstreckende magnetische Pole, einschließlich
des Pols 82, kreisförmig in Abständen verteilt sind. Die Ro
torrastzähnestruktur 84 ist am äußeren radialen Ende der ma
gnetischen Pole zu sehen. In Fig. 38 ist die Phasenbeziehung
zwischen einer repräsentativen Gruppe magnetischer Pole des
Rotors, denen allen das Bezugszeichen 90 zugeordnet ist, und
den darunterliegenden bifilaren Mikrospulen des Stators, de
nen allen das Bezugszeichen 95 zugeordnet ist, dargestellt.
Da der Mikromotor der Fig. 1 bis 35 eine 3-Phasen-Kon
struktion ist, sieht man, daß die Pol/Rotor-Phasen
beziehung ein sich bei jeweils 3 Polen wiederholendes Muster
aufweist.
Claims (12)
1. Verfahren zur Herstellung eines Planar-Mikromotors mit
einem von einem elektrisch isolierenden Substrat (10)
unterstützten Stator, der in einer Ebene angeordnete Mi
krospulen (22) für die Aufnahme elektrischer Ströme auf
weist, um selektiv elektromagnetische Felder zu erzeu
gen,
gekennzeichnet durch mindestens die nachfolgenden Schritte
in der beschriebenen Reihenfolge:
Ausbilden einer planaren unteren Freigabeschicht (76) zumindest über den Mikrospulen (22) des Stators;
Fertigen eines Rotorkörpers (93), einer Um fangs-Freigabeschicht (96, 100) radial außerhalb des Ro torkörpers (93) und einer Seitenwand des Gehäuses und Ausbilden einer planaren oberen Freigabeschicht (102) über dem Rotorkörper (93);
Ausbilden einer Abdeckwand des Gehäuses über der oberen Freigabeschicht (102), und
Ausbilden einer Rotorkammer durch Entfernen der Freigabeschichten (76, 96, 100, 102).
Ausbilden einer planaren unteren Freigabeschicht (76) zumindest über den Mikrospulen (22) des Stators;
Fertigen eines Rotorkörpers (93), einer Um fangs-Freigabeschicht (96, 100) radial außerhalb des Ro torkörpers (93) und einer Seitenwand des Gehäuses und Ausbilden einer planaren oberen Freigabeschicht (102) über dem Rotorkörper (93);
Ausbilden einer Abdeckwand des Gehäuses über der oberen Freigabeschicht (102), und
Ausbilden einer Rotorkammer durch Entfernen der Freigabeschichten (76, 96, 100, 102).
2. Verfahren zur Herstellung eines Planar-Mikromotors nach
Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Freigabema
terial für die Freigabeschichten (76, 96, 100, 102, 105)
Poly-Alpha-Metylstyrol ist, und dieses zur Aus
bildung der Rotorkammer durch Aufheizen auf mindestens
180°C bei einem Druck unterhalb des Atmosphärendrucks
entfernt wird.
3. Verfahren zur Herstellung eines Planar-Mikromotors nach
Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß es, vor
der Entfernung des Freigabematerials, das Ausbilden ei
ner Rotorwelle (92) aufweist, die sich von dem Rotorkör
per (93) nach oben erstreckt, wobei eine zusätzliche Um
fangs-Freigabeschicht (106) die Rotorwelle von dem Ge
häuse trennt.
4. Verfahren zur Herstellung eines Planar-Mikromotors nach
Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die
Rotorwelle (92) durch galvanisches Aufbringen eines er
sten Abschnittes nahe dem Rotorkörper gefolgt von einem
elektrodenlosen galvanischen Aufbringen eines zweiten
Abschnittes, der sich von dem ersten Abschnitt nach oben
erstreckt, hergestellt wird.
5. Verfahren zur Herstellung eines Planar-Mikromotors nach
einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß
der Stator bifilare Mikrospulen (22) für die Aufnahme
elektrischer Ströme zum Erzeugen elektromagnetischer
Felder aufweist, wobei sich die bifilaren Mikrospulen in
einer ersten Ebene um einen Mittelpunkt herum kreisför
mig in Abständen verteilt radial erstrecken.
6. Verfahren zur Herstellung eines Planar-Mikromotors nach
einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß
der planare Rotorkörper (93) mehrere um eine Rotorwelle
herum kreisförmig in Abständen verteilte und über den
bifilaren Mikrospulen (22) ausgerichtete magnetische Be
reiche (82) aufweist, wobei die magnetischen Bereiche
durch elektrodenloses Abscheiden eines permanentmagneti
schen Materials mit einer Koerzitivfeldstärke von ober
halb 119 · 10³ A/m (1500 Oe) und anschließendem Aussetzen
der Einwirkung eines externen Magnetfeldes hergestellt
werden.
7. Verfahren zur Herstellung eines Planar-Mikromotors nach
einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß
mehrere Schichten fotoempfindlichen Strukturierungsmate
rials bei der Mikrofertigung des Stators und Rotors ver
wendet werden, wobei Abschnitte zumindest einiger
Schichten des fotoempfindlichen Strukturierungsmaterials
in dem Mikromotor verbleiben, um zumindest teilweise das
Gehäuse zu bilden.
8. Verfahren zur Herstellung eines Planar-Mikromotors nach
einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß
Abschnitte zumindest einer der Schichten des fotoemp
findlichen Strukturierungsmaterials in dem Mikromotor
als Teil des Rotorkörpers verbleiben.
9. Chargenverfahren zum Fertigen mehrerer planarer Mi
kro-Schrittmotoren aus einem einzigen Wafer eines glat
ten, elektrisch isolierenden Substratmaterials unter Ver
wendung des Verfahrens nach ei
nem der Ansprüche 1 bis 8, wobei jeder Mikroschrittmotor
aufweist:
ein aus einem Abschnitt des Wafers hergestelltes Substrat (10); Statoreinrichtungen zum Aufnehmen einer dreiphasigen elektrischen Energie, um selektiv elektro magnetische Felder zu erzeugen, wobei die Statoreinrich tungen umfassen: (a) kreisförmig in Abständen verteilte bifilare Mikrospulen (22), die von dem Substrat unter stützt werden und radial in einer ersten Ebene um einen Mittelpunkt herum regelmäßig angeordnet sind und (b) in einem Kreis in der ersten Ebene radial außerhalb der bi filaren Mikrospulen regelmäßig angeordnete Statorzähne (72);
Rotormittel zur Drehung in einer im wesentlichen zu der ersten Ebene parallelen zweiten Ebene als Reaktion auf die elektromagnetischen Felder, wobei die Rotormit tel umfassen: kreisförmig in Abständen verteilte längli che magnetische Bereiche als Polelemente (82), die radial in einem planaren Rotorkörper (93) um eine Rotorwelle (92) herum regelmäßig angeordnet sind, die eine Rotationslängsachse im wesentlichen senkrecht zu dem Rotorkörper besitzt und sich durch den Mittelpunkt in der ersten Ebene er streckt, und Rotorrastzähne, die in dem Rotorkörper in einem Kreis in der zweiten Ebene radial außerhalb der Polelemente zu den Statorzähnen (72) ausgerichtet regel mäßig angeordnet sind;
Gehäuseeinrichtungen, welche eine auf den Statormit teln gelagerte und den Rotorkörper umgebende Seitenwand und eine einteilig damit ausgeführte Abdeckungswand, die sich über dem Rotorkörper (93) in einer zu der ersten und zweiten Ebene im wesentlichen parallelen dritten Ebene erstreckt, umfassen, wobei die Gehäuse- und Sta toreinrichtungen zusammen eine Rotorkammer bilden, in welcher der Rotor drehbar eingeschlossen ist, und
Erregungseinrichtungen zum selektiven Zuführen elek trischer Energie zu den bifilaren Mikrospulen (22), um elektromagnetische Felder zu erzeugen, wobei die Erre gungseinrichtungen konzentrische Versorgungsbusse (24, 26, 28, 30) im wesentlichen in der Ebene der bifilaren Mikrospulen umfassen, wobei mindestens ein Bus jeweils einer der drei Stromphasen entspricht, und jeder Versor gungsbus Bogensegmente aufweist, die sich von einer bi filaren Mikrospule zu der nächsten Mikrospule derselben Stromphase erstrecken,
wobei das Mikrofertigungsverfahren das Abscheiden einer er sten galvanischen Zwischenschicht (14) auf einer Oberseite des Wafers und anschließend, im wesentlichen gleichzeitig für jeden auf dem Wafer hergestellten Mikromotor, mindestens folgende Schritte in der nachstehenden Reihenfolge umfaßt:
Abscheiden und Strukturieren einer ersten Schicht (16) fotoempfindlichen Strukturierungsmaterials zum Aus bilden elektrischer Leitungsbrücken (18, 18A), die sich radial zwischen den bifilaren Mikrospulen und den ent sprechenden Versorgungsbussen erstrecken;
galvanisches Einbringen der elektrischen Leitungs brücken (18, 18A) in die erste Schicht (16) fotoempfindli chen Strukturierungsmaterials;
Abscheiden und Strukturieren einer zweiten Schicht (54) fotoempfindlichen Strukturierungsmaterials zum Aus bilden elektrisch leitender unterer Durchkontakte (56, 58), die sich von den Leitungsbrücken (18, 18A) aus nach oben erstrecken;
galvanisches Einbringen der unteren Durchkontakte (56, 58) in die zweite Schicht (54) fotoempfindlichen Strukturierungsmaterials;
Entfernen der ersten (16) und zweiten (54) Schicht fotoempfindlichen Strukturierungsmaterials und der frei liegenden Flächen der ersten galvanischen Zwischen schicht (14);
Abscheiden einer ersten Epoxidschicht (62) auf der Oberseite des Substrats in ausreichender Tiefe, um die Durchkontakte zu überdecken, und dann Mikrofräsen zum Ebnen ihrer Oberseite und Freilegen der Durchkontakte (56, 58, 60);
Abscheiden einer zweiten galvanischen Zwischen schicht (66) auf der Oberseite der ersten Epoxidschicht (62) in elektrischem Kontakt mit den freigelegten Durch kontakten (56, 58, 60);
Abscheiden und Strukturieren einer dritten Schicht fotoempfindlichen Strukturierungsmaterials (68) auf der zweiten galvanischen Zwischenschicht (66) zum Ausbilden der bifilaren Mikrospulen (22) und der Versorgungsbusse in Ausrichtung zu den Durchkontakten (56, 58, 60);
Entfernen der dritten Schicht (68) fotoempfindlichen Strukturierungsmaterials;
Abscheiden und Strukturieren einer vierten Schicht (70) fotoempfindlichen Strukturierungsmaterials in aus reichender Tiefe zum Überdecken der Mikrospulen und Ver sorgungsbusse (24, 26, 28, 30) zum Ausbilden der Statorzäh ne (72);
galvanisches Einbringen der Statorzähne (72) aus ma gnetischem Material in die vierte Schicht (70) fotoemp findlichen Strukturierungsmaterials;
Entfernen der vierten Schicht (70) fotoempfindlichen Strukturierungsmaterials und der freigelegten Flächen der zweiten galvanischen Zwischenschicht (66);
Ausbilden einer Stator-Unteranordnung durch Abschei den einer zweiten Epoxidschicht (73) und dann Mikrofrä sen zum Ebnen ihrer Oberseite und Freilegen der bifila ren Mikrospulen (22), Statorzähne (72) und Versorgungs busse (24, 26, 28, 30);
Abscheiden einer ersten Freigabeschicht (76) über einem Mittenabschnitt der Oberseite der Stator-Un teranordnung, die der Unterseite der Rotorkammer ent spricht und mindestens die bifilaren Mikrospulen (22) und die Statorzähne (72) abdeckt;
Abscheiden einer dritten galvanischen Zwischen schicht (78) über der Freigabeschicht (76) und der frei gelegten Oberseite der Stator-Unteranordnung in elektri schem Kontakt mit den Versorgungsbussen (24, 26, 28, 30);
Abscheiden und Strukturieren einer fünften Schicht fotoempfindlichen Strukturierungsmaterials (80) auf der dritten galvanischen Zwischenschicht (78) zum Ausbilden der Rotorpolelemente und der Rotorrastzähne in Ausrich tung zu den bifilaren Mikrospulen (22) bzw. Statorzähnen (72);
Entfernen der fünften Schicht (80) fotoempfindlichen Strukturierungsmaterials;
Abscheiden einer sechsten Schicht (86) fotoempfind lichen Strukturierungsmaterials in einer Tiefe, die aus reicht, die Rotorpolelemente und Rotorrastzähne zu über decken, und Strukturieren der sechsten Schicht foto empfindlichen Strukturierungsmaterials zum Ausbilden un terer Abschnitte der Rotorwelle und elektrisch leitender oberer Durchkontakte für die Versorgungsbusse (24, 26, 28, 30);
galvanisches Einbringen der unteren Abschnitte der Rotorwelle und oberen Durchkontakte in die sechste Schicht (86) fotoempfindlichen Strukturierungsmaterials;
Entfernen der sechsten Schicht (86) fotoempfindli chen Strukturierungsmaterials und der freigelegten Flä chen der dritten galvanischen Zwischenschicht (78);
Abscheiden einer siebenten Schicht (94) fotoempfind lichen Strukturierungsmaterials zum Ausbilden einer er sten vertikalen Umfangs-Freigabeschicht (96), die sich von der ersten Freigabeschicht aus an deren Außenumfang, der einer Außenumfangsseite der Rotorkammer entspricht, nach oben erstreckt;
Einbringen von Freigabematerial in die erste Um fangs-Freigabeschicht (96) und Mikrofräsen der siebenten Schicht (94) fotoempfindlichen Strukturierungsmaterials, um ihre Oberseite zu ebnen und die Oberseiten der unte ren Abschnitte der Rotorwelle und der oberen Durchkon takte freizulegen, wobei ein Abschnitt der siebenten Schicht (94) fotoempfindlichen Strukturierungsmaterials in der Ebene der Rotorpolelemente sowohl radial inner halb als auch radial außerhalb der Umfangs-Frei gabeschicht stehenbleibt;
Abscheiden und Strukturieren einer achten Schicht (98) fotoempfindlichen Strukturierungsmaterials zum Auf wärtsverlängern der ersten Umfangs-Freigabeschicht (96) und oberer Abschnitte der Rotorwelle (92) und der Durch kontakte;
Einbringen von Material durch elektrodenloses Galva nisieren in die achte Schicht fotoempfindlichen Struk turierungsmaterials (98), um die oberen Abschnitte der Rotorwelle (92) und der oberen Durchkontakte nach oben zu verlängern, und Einbringen von Freigabematerial (a) in die obere Verlängerung (100) der ersten Umfangs-Frei gabeschicht (96), und (b) in eine zweite Freigabe schicht (102), die die Oberseite der achten Schicht (98) fotoempfindlichen Strukturierungsmaterials zwischen der ersten Umfangs-Freigabeschicht und der Rotorwelle über deckt, wobei eine solche zweite Freigabeschicht der Oberseite der Rotorkammer entspricht;
Abscheiden und Strukturieren einer neunten Schicht (104) fotoempfindlichen Strukturierungsmaterials, das aus einem Positiv-Fotolackmaterial besteht, um die obe ren Abschnitte der Rotorwelle (92) und der oberen Durch kontakte nach oben zu verlängern;
Verlängern der oberen Abschnitte der Rotorwelle (92) und der oberen Durchkontakte durch elektrodenloses gal vanisches Einbringen von Material in die neunte Schicht (104) fotoempfindlichen Strukturierungsmaterials;
weiteres Strukturieren der neunten Schicht (104) fo toempfindlichen Strukturierungsmaterials zum Ausbilden einer zweiten vertikalen Umfangs-Freigabeschicht (106), die den verlängerten oberen Abschnitt der Rotorwelle um gibt, und Einbringen von Freigabematerial in die neunte Schicht fotoempfindlichen Strukturierungsmaterials, um die zweite Umfangs-Freigabeschicht auszubilden;
Abscheiden und Strukturieren eines temporären Schutzfilms (108) über der neunten Schicht (104) fo toempfindlichen Strukturierungsmaterials, um dessen Aus setzung an aktinische Strahlung zu verhindern;
Abscheiden und Strukturieren einer zehnten Schicht (110) fotoempfindlichen Strukturierungsmaterials, um den oberen Abschnitt der Rotorwelle (92) nach oben zu ver längern;
Verlängern des oberen Abschnittes der Rotorwelle (92) nach oben durch elektrodenloses Galvanisieren;
Entfernen zumindest von Abschnitten der achten (98), neunten (104) und zehnten (110) Schicht fotoempfindli chen Strukturierungsmaterials und des Schutzfilms (108), wobei ein Abschnitt der achten Schicht fotoempfindlichen Strukturierungsmaterials als Teil des Rotorkörpers ste henbleibt, und zumindest Abschnitte der achten und neun ten Schicht fotoempfindlichen Strukturierungsmaterials in der Ebene des Rotorkörpers bzw. über dieser als ein Abschnitt des Mikromotorgehäuses stehenbleiben, und
Freigeben des Rotorkörpers (93) für die Drehung innerhalb der Rotorkammer als Reaktion auf elektromagnetische Fel der, die von den bifilaren Mikrospulen (22) erzeugt wer den, indem das Freigabematerial aus der ersten und zwei ten Freigabeschicht und der ersten und zweiten Umfangs-Frei gabeschicht (76, 96, 100, 102, 106) entfernt wird.
ein aus einem Abschnitt des Wafers hergestelltes Substrat (10); Statoreinrichtungen zum Aufnehmen einer dreiphasigen elektrischen Energie, um selektiv elektro magnetische Felder zu erzeugen, wobei die Statoreinrich tungen umfassen: (a) kreisförmig in Abständen verteilte bifilare Mikrospulen (22), die von dem Substrat unter stützt werden und radial in einer ersten Ebene um einen Mittelpunkt herum regelmäßig angeordnet sind und (b) in einem Kreis in der ersten Ebene radial außerhalb der bi filaren Mikrospulen regelmäßig angeordnete Statorzähne (72);
Rotormittel zur Drehung in einer im wesentlichen zu der ersten Ebene parallelen zweiten Ebene als Reaktion auf die elektromagnetischen Felder, wobei die Rotormit tel umfassen: kreisförmig in Abständen verteilte längli che magnetische Bereiche als Polelemente (82), die radial in einem planaren Rotorkörper (93) um eine Rotorwelle (92) herum regelmäßig angeordnet sind, die eine Rotationslängsachse im wesentlichen senkrecht zu dem Rotorkörper besitzt und sich durch den Mittelpunkt in der ersten Ebene er streckt, und Rotorrastzähne, die in dem Rotorkörper in einem Kreis in der zweiten Ebene radial außerhalb der Polelemente zu den Statorzähnen (72) ausgerichtet regel mäßig angeordnet sind;
Gehäuseeinrichtungen, welche eine auf den Statormit teln gelagerte und den Rotorkörper umgebende Seitenwand und eine einteilig damit ausgeführte Abdeckungswand, die sich über dem Rotorkörper (93) in einer zu der ersten und zweiten Ebene im wesentlichen parallelen dritten Ebene erstreckt, umfassen, wobei die Gehäuse- und Sta toreinrichtungen zusammen eine Rotorkammer bilden, in welcher der Rotor drehbar eingeschlossen ist, und
Erregungseinrichtungen zum selektiven Zuführen elek trischer Energie zu den bifilaren Mikrospulen (22), um elektromagnetische Felder zu erzeugen, wobei die Erre gungseinrichtungen konzentrische Versorgungsbusse (24, 26, 28, 30) im wesentlichen in der Ebene der bifilaren Mikrospulen umfassen, wobei mindestens ein Bus jeweils einer der drei Stromphasen entspricht, und jeder Versor gungsbus Bogensegmente aufweist, die sich von einer bi filaren Mikrospule zu der nächsten Mikrospule derselben Stromphase erstrecken,
wobei das Mikrofertigungsverfahren das Abscheiden einer er sten galvanischen Zwischenschicht (14) auf einer Oberseite des Wafers und anschließend, im wesentlichen gleichzeitig für jeden auf dem Wafer hergestellten Mikromotor, mindestens folgende Schritte in der nachstehenden Reihenfolge umfaßt:
Abscheiden und Strukturieren einer ersten Schicht (16) fotoempfindlichen Strukturierungsmaterials zum Aus bilden elektrischer Leitungsbrücken (18, 18A), die sich radial zwischen den bifilaren Mikrospulen und den ent sprechenden Versorgungsbussen erstrecken;
galvanisches Einbringen der elektrischen Leitungs brücken (18, 18A) in die erste Schicht (16) fotoempfindli chen Strukturierungsmaterials;
Abscheiden und Strukturieren einer zweiten Schicht (54) fotoempfindlichen Strukturierungsmaterials zum Aus bilden elektrisch leitender unterer Durchkontakte (56, 58), die sich von den Leitungsbrücken (18, 18A) aus nach oben erstrecken;
galvanisches Einbringen der unteren Durchkontakte (56, 58) in die zweite Schicht (54) fotoempfindlichen Strukturierungsmaterials;
Entfernen der ersten (16) und zweiten (54) Schicht fotoempfindlichen Strukturierungsmaterials und der frei liegenden Flächen der ersten galvanischen Zwischen schicht (14);
Abscheiden einer ersten Epoxidschicht (62) auf der Oberseite des Substrats in ausreichender Tiefe, um die Durchkontakte zu überdecken, und dann Mikrofräsen zum Ebnen ihrer Oberseite und Freilegen der Durchkontakte (56, 58, 60);
Abscheiden einer zweiten galvanischen Zwischen schicht (66) auf der Oberseite der ersten Epoxidschicht (62) in elektrischem Kontakt mit den freigelegten Durch kontakten (56, 58, 60);
Abscheiden und Strukturieren einer dritten Schicht fotoempfindlichen Strukturierungsmaterials (68) auf der zweiten galvanischen Zwischenschicht (66) zum Ausbilden der bifilaren Mikrospulen (22) und der Versorgungsbusse in Ausrichtung zu den Durchkontakten (56, 58, 60);
Entfernen der dritten Schicht (68) fotoempfindlichen Strukturierungsmaterials;
Abscheiden und Strukturieren einer vierten Schicht (70) fotoempfindlichen Strukturierungsmaterials in aus reichender Tiefe zum Überdecken der Mikrospulen und Ver sorgungsbusse (24, 26, 28, 30) zum Ausbilden der Statorzäh ne (72);
galvanisches Einbringen der Statorzähne (72) aus ma gnetischem Material in die vierte Schicht (70) fotoemp findlichen Strukturierungsmaterials;
Entfernen der vierten Schicht (70) fotoempfindlichen Strukturierungsmaterials und der freigelegten Flächen der zweiten galvanischen Zwischenschicht (66);
Ausbilden einer Stator-Unteranordnung durch Abschei den einer zweiten Epoxidschicht (73) und dann Mikrofrä sen zum Ebnen ihrer Oberseite und Freilegen der bifila ren Mikrospulen (22), Statorzähne (72) und Versorgungs busse (24, 26, 28, 30);
Abscheiden einer ersten Freigabeschicht (76) über einem Mittenabschnitt der Oberseite der Stator-Un teranordnung, die der Unterseite der Rotorkammer ent spricht und mindestens die bifilaren Mikrospulen (22) und die Statorzähne (72) abdeckt;
Abscheiden einer dritten galvanischen Zwischen schicht (78) über der Freigabeschicht (76) und der frei gelegten Oberseite der Stator-Unteranordnung in elektri schem Kontakt mit den Versorgungsbussen (24, 26, 28, 30);
Abscheiden und Strukturieren einer fünften Schicht fotoempfindlichen Strukturierungsmaterials (80) auf der dritten galvanischen Zwischenschicht (78) zum Ausbilden der Rotorpolelemente und der Rotorrastzähne in Ausrich tung zu den bifilaren Mikrospulen (22) bzw. Statorzähnen (72);
Entfernen der fünften Schicht (80) fotoempfindlichen Strukturierungsmaterials;
Abscheiden einer sechsten Schicht (86) fotoempfind lichen Strukturierungsmaterials in einer Tiefe, die aus reicht, die Rotorpolelemente und Rotorrastzähne zu über decken, und Strukturieren der sechsten Schicht foto empfindlichen Strukturierungsmaterials zum Ausbilden un terer Abschnitte der Rotorwelle und elektrisch leitender oberer Durchkontakte für die Versorgungsbusse (24, 26, 28, 30);
galvanisches Einbringen der unteren Abschnitte der Rotorwelle und oberen Durchkontakte in die sechste Schicht (86) fotoempfindlichen Strukturierungsmaterials;
Entfernen der sechsten Schicht (86) fotoempfindli chen Strukturierungsmaterials und der freigelegten Flä chen der dritten galvanischen Zwischenschicht (78);
Abscheiden einer siebenten Schicht (94) fotoempfind lichen Strukturierungsmaterials zum Ausbilden einer er sten vertikalen Umfangs-Freigabeschicht (96), die sich von der ersten Freigabeschicht aus an deren Außenumfang, der einer Außenumfangsseite der Rotorkammer entspricht, nach oben erstreckt;
Einbringen von Freigabematerial in die erste Um fangs-Freigabeschicht (96) und Mikrofräsen der siebenten Schicht (94) fotoempfindlichen Strukturierungsmaterials, um ihre Oberseite zu ebnen und die Oberseiten der unte ren Abschnitte der Rotorwelle und der oberen Durchkon takte freizulegen, wobei ein Abschnitt der siebenten Schicht (94) fotoempfindlichen Strukturierungsmaterials in der Ebene der Rotorpolelemente sowohl radial inner halb als auch radial außerhalb der Umfangs-Frei gabeschicht stehenbleibt;
Abscheiden und Strukturieren einer achten Schicht (98) fotoempfindlichen Strukturierungsmaterials zum Auf wärtsverlängern der ersten Umfangs-Freigabeschicht (96) und oberer Abschnitte der Rotorwelle (92) und der Durch kontakte;
Einbringen von Material durch elektrodenloses Galva nisieren in die achte Schicht fotoempfindlichen Struk turierungsmaterials (98), um die oberen Abschnitte der Rotorwelle (92) und der oberen Durchkontakte nach oben zu verlängern, und Einbringen von Freigabematerial (a) in die obere Verlängerung (100) der ersten Umfangs-Frei gabeschicht (96), und (b) in eine zweite Freigabe schicht (102), die die Oberseite der achten Schicht (98) fotoempfindlichen Strukturierungsmaterials zwischen der ersten Umfangs-Freigabeschicht und der Rotorwelle über deckt, wobei eine solche zweite Freigabeschicht der Oberseite der Rotorkammer entspricht;
Abscheiden und Strukturieren einer neunten Schicht (104) fotoempfindlichen Strukturierungsmaterials, das aus einem Positiv-Fotolackmaterial besteht, um die obe ren Abschnitte der Rotorwelle (92) und der oberen Durch kontakte nach oben zu verlängern;
Verlängern der oberen Abschnitte der Rotorwelle (92) und der oberen Durchkontakte durch elektrodenloses gal vanisches Einbringen von Material in die neunte Schicht (104) fotoempfindlichen Strukturierungsmaterials;
weiteres Strukturieren der neunten Schicht (104) fo toempfindlichen Strukturierungsmaterials zum Ausbilden einer zweiten vertikalen Umfangs-Freigabeschicht (106), die den verlängerten oberen Abschnitt der Rotorwelle um gibt, und Einbringen von Freigabematerial in die neunte Schicht fotoempfindlichen Strukturierungsmaterials, um die zweite Umfangs-Freigabeschicht auszubilden;
Abscheiden und Strukturieren eines temporären Schutzfilms (108) über der neunten Schicht (104) fo toempfindlichen Strukturierungsmaterials, um dessen Aus setzung an aktinische Strahlung zu verhindern;
Abscheiden und Strukturieren einer zehnten Schicht (110) fotoempfindlichen Strukturierungsmaterials, um den oberen Abschnitt der Rotorwelle (92) nach oben zu ver längern;
Verlängern des oberen Abschnittes der Rotorwelle (92) nach oben durch elektrodenloses Galvanisieren;
Entfernen zumindest von Abschnitten der achten (98), neunten (104) und zehnten (110) Schicht fotoempfindli chen Strukturierungsmaterials und des Schutzfilms (108), wobei ein Abschnitt der achten Schicht fotoempfindlichen Strukturierungsmaterials als Teil des Rotorkörpers ste henbleibt, und zumindest Abschnitte der achten und neun ten Schicht fotoempfindlichen Strukturierungsmaterials in der Ebene des Rotorkörpers bzw. über dieser als ein Abschnitt des Mikromotorgehäuses stehenbleiben, und
Freigeben des Rotorkörpers (93) für die Drehung innerhalb der Rotorkammer als Reaktion auf elektromagnetische Fel der, die von den bifilaren Mikrospulen (22) erzeugt wer den, indem das Freigabematerial aus der ersten und zwei ten Freigabeschicht und der ersten und zweiten Umfangs-Frei gabeschicht (76, 96, 100, 102, 106) entfernt wird.
10. Chargenverfahren zum Mikrofertigen planarer Mikro-Schritt
motoren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet,
daß die erste und zweite galvanische Zwischenschicht
(14, 66) jeweils ein Schichtstapel ist, der im wesentli
chen aus einer ersten aus Chrom oder Titan ausgewählten
Metallschicht auf der Oberseite des isolierenden
Substratmaterials (10), einer zweiten Metallschicht aus
Kupfermetall auf der ersten Schicht und einer dritten
Schicht aus Chrommetall auf der zweiten Schicht besteht.
11. Chargenverfahren zum Mikrofertigen planarer Mikro-Schritt
motoren nach einem der Ansprüche 9 oder 10, da
durch gekennzeichnet, daß die bifilaren Mikrospulen
(22), Leitungsbrücken (18, 18A) Versorgungsbusse
(24, 26, 28, 30) und unteren Durchkontakte (56, 58, 60) aus
Kupfermetall hergestellt werden.
12. Chargenverfahren zum Mikrofertigen planarer Mikro-Schritt
motoren nach einem der Ansprüche 9 bis 11, da
durch gekennzeichnet, daß die unteren Abschnitte der Ro
torwelle (92) und die oberen Durchkontakte aus galva
nisch aufgebrachtem Metall hergestellt werden und deren
obere Abschnitte durch elektrodenloses galvanisches Me
tallabscheiden hergestellt werden.
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