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2018年中国半导体设备市场规模为868亿美元,自给率为13%,在集成电路领域甚至更低,约为5%。面对核心技术被卡脖子的窘境,中国只有自己研发才是突破之道,国家大基金二期正式在这种情况下诞生的。

 

国家大基金二期专注投资的重点领域之一就是半导体制造设备,诸如光刻机、刻蚀机、薄膜设备、测试设备等,其加工精度可以达到亚微米级甚至是纳米级,在这种精度要求下,一般的电机根本无法满足要求。目前,,最先进的光刻机、封装测试设备、切割设备等均采用直线电机作为动力装置。

 

 
 
 
 

 

是一种将电能直接转换成直线运动机械能,而不需要任何中间转换机构的传动装置。它可以看成是一台旋转电机按径向剖开,并展开成平面。在直线电机中,相当于旋转电机定子的,叫初级,相当于旋转电机转子的,叫次级。初级中通以交流,次级就在电磁力的作用下沿着初级做直线运动。

 
 
 
 
 

 

在集成电路制造工厂,高精度光刻机通常放置在在等级为10的洁净室里,直线电机应用于其中XY定位平台,使用纳米分辨率来实现亚微米级精度。此外直线电机在面板、医疗等领域也越来越受欢迎,因为相比较传统的转转电机,直线电机具有很大的优势,具体如下:

 

 

 

 

  • 结构简单,体积小。通过以最少的零部件数量来实现直线驱动,而且是只存在一个运动的部件;

  • 维护简单,使用寿命长。由于部件少,运动时无机械接触,从而大大降低了零部件的磨损,只需很少甚至无需维护,使用寿命更长;

  • 行程大。运行的行程在理论上是不受任何限制,而且其性能不会因为其行程的大小改变而受到影响;

  • 摩擦力很小。没有机械接触,传动力是在气隙中产生的,除了直线电机导轨以外没有任何其它的摩擦;

  • 加速度很大。最大可达10g;

  • 运动平稳。这是因为除了起支撑作用的直线导轨或气浮轴承外,没有其它机械连接或转换装置的缘故;

  • 转速运行范围大。其运转可以提供很宽的转速运行范围,其涵盖包括从每秒几微米到数米,特别是在高速状态下是其一个突出的优点;

  • 精度和重复精度高。因为消除了影响精度的中间环节,系统的精度取决于位置检测元件,有合适的反馈装置可达亚微米级甚至纳米级。直线电动机的精度性能要远远优于旋转电动机+滚珠丝杠。

  • 污染小,可应用在洁净室。直线电机不需要润滑剂。润滑剂也是污染源。

 

 

目前直线电机70%以上的市场主要被欧美日品牌占据,如力士乐Rexroth、科尔摩根Kollmogen、派克Parker、西门子Siemens、安川电机Yaskawa、山洋电机Sanyo等品牌,国内仅有雅科贝思、上银、、等少数品牌,而且在品质方面仍无法与国外品牌竞争。

 

未来随着智能制造及高精尖设备的大范围应用,对设备提出了更高的精度要求,直线电机将会在其中发挥越来越重要的作用。尤其是在半导体设备领域,为了突破国外封锁,只有研发自主品牌的高精度直线电机以及光刻机、刻蚀机、薄膜设备等半导体核心设备才能使我国的半导体产业不受国外制约,早日让中国人用上 “中国芯”。


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