光刻機光頭調(diào)焦音圈電機的結(jié)構(gòu)設(shè)計
羅 敢 王岳環(huán) 張 彪(華中理工大學(xué)武漢430074)
摘 要 以對光刻機刻蝕光頭調(diào)焦音圈電機的設(shè)計的實際經(jīng)驗為倒，闡述了音圈電機結(jié)構(gòu)的設(shè)計原則，設(shè)計了兩種結(jié)構(gòu)的音圈電機，一種是采用氟塑料套筒，另一種采用滾珠導(dǎo)套。文中對這兩種音圈電機的性能進行了分析。實驗結(jié)果證明，最終選定的音圈電機結(jié)構(gòu)具有良好而穩(wěn)定的性能。
敘 詞 光刻機音圈電動機結(jié)構(gòu)設(shè)計超
高密度磁盤伺服圖形極坐標(biāo)光刻機（以下簡稱光刻機）是國家自然科學(xué)重點基金課題“快速超高密度外存儲基礎(chǔ)技術(shù)研究”中的一個子項目，是這個課題中首先要研制成功的一臺高新專用設(shè)備。它要為快速、超大容量外存儲技術(shù)的研究與開發(fā)提供必不可少的物質(zhì)基礎(chǔ)，其原理簡圖如圖1所示[1]。
光刻機用he-cd激光束在磁盤表面刻寫伺服圖案，以提高磁盤的記錄密度。要達到預(yù)期的6 350tpi以上的刻寫道密度，除要求光刻機總體結(jié)構(gòu)合理、機械精度高、系統(tǒng)性能穩(wěn)定之外，還要求各運動控制部分具有較高的性能，其中包括帶動磁盤旋轉(zhuǎn)的主軸電機的穩(wěn)速控制，磁盤徑向微進給控制和使激光束聚焦到磁盤表面的光頭調(diào)焦控制，這三者缺一不可。其中光頭調(diào)焦控制是為了在磁盤表面得到屢可能小的光點，一方面可以提高記錄密度，另一方面也可以集中光束的能量，縮短刻蝕時加熱的時間，提高刻寫速度。
本文介紹研制的光頭調(diào)焦的執(zhí)行機構(gòu)——音圈電機，并對其性能進行了檢測和分析。
設(shè)計音圈電機應(yīng)遵循以下幾個基本原則。
a．磁鋼應(yīng)工作在****磁能積點附近，以使其具有較高的工作效率，即使磁鋼以最小的體積產(chǎn)生****的氣隙磁密。由于磁鋼價格在音圈電機成本中占有較大的比重，而且是按其體積和充磁工藝來計算的，所以在設(shè)計時總是要盡量縮減磁錒的體積。
由磁學(xué)基本公式：
式中b為磁密，日為磁場強度，s代表面積，z代表長度，下標(biāo)m代表磁鋼，占代表氣隙（以下同）。
由以上公式可以看出，當(dāng)氣隙磁密一定，而磁鋼工作在****磁能積點也就是bm日。取****值時，磁鋼的體積sm/m最小（假設(shè)氣隙的工作體積sale不變）。
b．在滿足對所產(chǎn)生的磁力大小要求的前提下，使音圈電機的體積最小（主要是在磁路不飽和的前提下使磁路截面積最小），這是從成本和結(jié)構(gòu)的合理性來考慮的。
c．為了提高音圈電機的工作效率，應(yīng)合理地設(shè)計其結(jié)構(gòu)，盡量減小磁路漏磁。設(shè)計音圈電機時總是希望磁鋼的磁力線盡可能多地通過氣隙，以提高氣隙磁密，從而產(chǎn)生盡可能大的磁力。
d．在音圈電機能產(chǎn)生的****加速度一定的情況下，應(yīng)盡可能增加bl值(b為工作氣隙磁密，z為切割磁力線的音圈繞線長度），以降低允許的****電流。這可以避免引超檢測光學(xué)位置（調(diào)焦誤差）用的光電二極管的交叉影響，降低線圈的發(fā)熱（這對于長音圈、動音圈結(jié)構(gòu)的音圈電機尤其重要），并且可以使音圈的退磁作用比較小，從而提高磁路的工作效率。
這四個原則是設(shè)計音圈電機結(jié)構(gòu)時應(yīng)綜合考慮的優(yōu)化目標(biāo)。
2音圈電機結(jié)構(gòu)的選擇
a．根據(jù)磁鋼在音圈電機中所處的位置不同，音圈電機可以分為肉磁式和外磁式兩種結(jié)構(gòu)，如圖2所示。
與外磁式結(jié)構(gòu)相比，內(nèi)磁式結(jié)構(gòu)的磁路較短，漏磁小，但在光頭調(diào)焦系統(tǒng)中，由于激光束要穿過音圈電機，因此在音圈電機中間必須預(yù)留一個通光的孔，故不宜采用內(nèi)磁式結(jié)構(gòu)。
b．按照音圈電機中運動部分是音圈還是磁鐵系統(tǒng)，又可分為動音圈結(jié)構(gòu)和固定音圈結(jié)構(gòu)。
動音圈結(jié)構(gòu)的優(yōu)點是固定的磁鐵系統(tǒng)可以比較大，因而可以得到較強的磁場（高b值）。缺點是音圈輸電線處于運動狀態(tài)，容易出現(xiàn)斷路的問題；同時由于可運動的支承，運動部件和環(huán)境的熱接觸很惡劣（高rt，rt是運動部件與環(huán)境之間的熱阻），動音圈產(chǎn)生的熱量會使運動部件的溫度升高，因而音圈中所允許的****電流較小。
與此相反，對于固定音圈結(jié)構(gòu)，線圈的散熱不再是大問題(低rt)， |
