專利名稱：靜電懸浮的操作電極的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及電極，尤其涉及靜電懸浮的操作電極。
在超大規(guī)模集成電路加工、精密電子元器件制作、光學(xué)與精密機(jī)械制造等過程中，目前多采用機(jī)械手對(duì)硅片Wafer、CD片、LCD片和其它表面超精加工的精密元器件進(jìn)行接觸操作，由此造成的表面污染和摩擦損傷，是制約這些精密元器件質(zhì)量和性能的主要因素。解決這一問題十分必要和迫切，而采用懸浮技術(shù)是一種最佳的解決方法?，F(xiàn)有的懸浮技術(shù)以磁懸浮為主，它基于磁極與懸浮體之間的電磁力，分別以德國(guó)的常導(dǎo)磁懸浮和日本的超導(dǎo)磁懸浮為代表。已成功應(yīng)用于磁懸浮高速列車，其時(shí)速在1997年已突破500公里大關(guān)。磁懸浮技術(shù)的特點(diǎn)是懸浮力大，驅(qū)動(dòng)力強(qiáng)，但是常導(dǎo)磁懸浮需要有專門的冷卻技術(shù)和設(shè)備，超導(dǎo)磁懸浮則需要采用超導(dǎo)材料和液態(tài)氮，技術(shù)條件極為苛刻，限制了磁懸浮技術(shù)的應(yīng)用。制約磁懸浮技術(shù)應(yīng)用的另一個(gè)關(guān)鍵因素，是它的懸浮體必須是磁性材料，因此無法實(shí)現(xiàn)上述大多數(shù)精密元器件及其它非磁性材料的懸浮，除了磁懸浮列車以外，迄今沒有也難以在工業(yè)領(lǐng)域得到大規(guī)模應(yīng)用。
本實(shí)用新型的目的是提供一種原理新穎、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)潔、技術(shù)條件易于實(shí)現(xiàn)的靜電懸浮的操作電極。
為了達(dá)到上述目的本實(shí)用新型采取下列措施靜電懸浮的操作電極具有電極組和激光測(cè)距探頭組，電極組包括一個(gè)位央的圓形電極，以及三個(gè)位于外周的等分環(huán)形電極，整個(gè)電極組制作在一塊平面的印刷電路板上，相鄰電極區(qū)之間由絕緣溝互相隔開，激光測(cè)距探頭組包括三個(gè)與電極平面垂直的激光測(cè)距探頭，它們分別固定于電極區(qū)中央位置，在探頭所在的電極區(qū)的相應(yīng)位置開有三個(gè)小孔。
或者具有電極組和激光測(cè)距探頭組，電極組由四個(gè)對(duì)稱的等分電極組成，整個(gè)電極組制作在一塊平面的印刷電路板上，相鄰電極區(qū)之間由絕緣溝互相隔開，在相鄰電極區(qū)上施加極性相反的直流高電壓，激光測(cè)距探頭組包括四個(gè)與電極平面垂直的激光測(cè)距探頭，它們分別固定于電極區(qū)的中央位置，在探頭所在的電極區(qū)的相應(yīng)位置開有四個(gè)小孔。
本實(shí)用新型的靜電懸浮的操作電極，利用的是電極組與懸浮體之間的靜電力，其中最根本的機(jī)理，是電極組的靜電場(chǎng)對(duì)懸浮體的感應(yīng)和誘導(dǎo)作用。在電場(chǎng)中，幾乎所有的物體或材料均可產(chǎn)生不同程度的靜電感應(yīng)和誘導(dǎo)作用，也即均可作為靜電懸浮的懸浮體，而此前的磁懸浮技術(shù)僅適用磁性物體。因此，本實(shí)用新型的靜電懸浮的操作電極，除了原理新穎，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)潔，技術(shù)條件易于實(shí)現(xiàn)之外，還克服了磁懸浮技術(shù)的局限性，大大拓寬了應(yīng)用范疇。其懸浮體既可以是磁性物體，也可以是非磁性物體，既可以是導(dǎo)體、半導(dǎo)體，也可以是常規(guī)絕緣體，如金屬片，半導(dǎo)體硅Wafer，CD片，液晶片，玻璃片，紙片，塑料薄膜片等。因此，以操作電極為核心的靜電懸浮技術(shù)，可望在眾多工業(yè)與技術(shù)領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。
以下結(jié)合附圖作詳細(xì)說明。


圖1是靜電懸浮裝置工作原理示意圖；圖2是I型靜電懸浮的操作電極結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是II型靜電懸浮的操作電極結(jié)構(gòu)示意圖；圖4是III型靜電懸浮的操作電極結(jié)構(gòu)示意圖；本實(shí)用新型的靜電懸浮的操作電極，包括由多個(gè)正負(fù)電極區(qū)組成的電極組1和由多個(gè)激光測(cè)距探頭組成的激光測(cè)距探頭組2兩大部分。電極組1由若干個(gè)平面電極區(qū)組成，激光測(cè)距探頭組2包括多個(gè)激光測(cè)距探頭。圖1所示是以操作電極為核心的靜電懸浮裝置的工作原理示意圖。在電極組1的各個(gè)電極區(qū)上施加正負(fù)電壓，當(dāng)操作電極在垂直方向逼近懸浮體時(shí)，由于電極組1所產(chǎn)生的靜電場(chǎng)的感應(yīng)和誘導(dǎo)作用，懸浮體上的正負(fù)電荷將重新分布，感應(yīng)電荷分布的區(qū)域與電極組的電極區(qū)基本相同，但感應(yīng)電荷的極性與所對(duì)應(yīng)的電極區(qū)正好相反。例如，與電極組的正電極區(qū)所對(duì)應(yīng)的懸浮體上的感應(yīng)電荷區(qū)，必定是負(fù)電荷區(qū)，反之亦然。因此，在電極組1的每個(gè)電極區(qū)與懸浮體的每個(gè)感應(yīng)電荷區(qū)之間，將產(chǎn)生互相吸引的靜電力。當(dāng)靜電力的合力足以平衡懸浮體的重力時(shí)，懸浮體將被拉起而懸浮在空中。
顯然，當(dāng)靜電力大于懸浮體的重力時(shí)，它將被拉向電極組1，使兩者互相接觸；反之，當(dāng)靜電力小于重力時(shí)，懸浮體將重新掉下。為避免這兩種情況發(fā)生，采用激光測(cè)距探頭組2實(shí)時(shí)監(jiān)控電極組1與懸浮體之間的間距，再通過反饋控制，使兩者之間的間距始終保持在設(shè)定數(shù)值。整個(gè)反饋控制的過程是，激光測(cè)距探頭組2的每個(gè)探頭，在各電極區(qū)的相應(yīng)位置測(cè)得電極組與懸浮體之間的間距，然后將測(cè)得的間距信號(hào)輸入到計(jì)算機(jī)與反饋控制電路系統(tǒng)，后者將這些間距信號(hào)與預(yù)先設(shè)定的間距值作比較，獲得幾個(gè)間距差值，然后再根據(jù)這幾個(gè)間距差值的大小，相應(yīng)地向各電極區(qū)輸出正的或負(fù)的直流電壓差值，以增加或減小各電極區(qū)上的電壓值，從而不斷調(diào)節(jié)靜電力。當(dāng)間距變大時(shí)，即懸浮體有往下掉的傾向時(shí)，反饋控制系統(tǒng)將自動(dòng)增加各電極區(qū)的電壓，以增加靜電力，將懸浮體向上拉至設(shè)定的間距值；反之，當(dāng)間距變小時(shí)，即懸浮體有被吸向電極組1的傾向時(shí)，反饋控制系統(tǒng)自動(dòng)減小各電極區(qū)的電壓，以減小靜電力，使懸浮體稍稍下落至設(shè)定的間距值。如此反復(fù)，使靜電力的合力始終與懸浮體的重力平衡，最終獲得穩(wěn)定的懸浮狀態(tài)。當(dāng)懸浮體處于穩(wěn)定的懸浮狀態(tài)后，移動(dòng)操作電極，即可將懸浮體移動(dòng)或傳送到另一地方，并對(duì)它作各種非接觸無損操作。
在圖2所示的靜電懸浮的I型操作電極中，操作電極由電極組1和激光測(cè)距探頭組2兩大部分組成。電極組1包括一個(gè)位于中央的圓形電極D，以及三個(gè)位于外周的等分環(huán)形電極A、B、C，整個(gè)電極組制作在一塊平面的印刷電路板上，相鄰電極區(qū)之間由絕緣溝互相隔開。激光測(cè)距探頭組2包括三個(gè)與電極平面垂直的激光測(cè)距探頭，它們分別固定于環(huán)形電極區(qū)A、B、C的中央位置。在探頭所在的電極區(qū)的相應(yīng)位置開有三個(gè)小孔，激光測(cè)距探頭發(fā)射的激光束，可通過小孔照射到懸浮體的上表面上，然后被懸浮體反射回來，探頭可根據(jù)反射角度的不同測(cè)定電極組1與懸浮體之間的間距。靜電懸浮的I型操作電極，其立體結(jié)構(gòu)示意圖參見圖1。該操作電極按照如下方式在各電極區(qū)上施加直流高電壓在環(huán)形電極A、B、C上施加極性相同的直流高電壓，而在中心電極D上施加極性相反的直流高電壓，即當(dāng)環(huán)形電極A、B、C上施加正的直流高電壓時(shí)，中心電極D上施加負(fù)的直流高電壓；反之，當(dāng)環(huán)形電極A、B、C上施加負(fù)的直流高電壓時(shí)，中心電極D上施加正的直流高電壓。對(duì)懸浮體實(shí)施靜電懸浮時(shí)，施加在環(huán)形電極A、B、C上的電壓值，將根據(jù)它們與懸浮體之間的間距變化而改變，以不斷調(diào)節(jié)靜電力，使懸浮體獲得穩(wěn)定的懸浮狀態(tài)。整個(gè)I型操作電極的工作原理和作用，已在圖1所示的靜電懸浮裝置中描述。
圖2所示的靜電懸浮的I型操作電極，十分巧妙地將電極組1的環(huán)形電極區(qū)A、B、C等分設(shè)置，并將電極區(qū)D包圍在中央，可獲得均勻而對(duì)稱的靜電場(chǎng)；其次，在三個(gè)環(huán)形電極區(qū)上對(duì)稱設(shè)置三個(gè)激光測(cè)距探頭，符合“三點(diǎn)決定一個(gè)平面”的原理，易于實(shí)現(xiàn)反饋控制電路系統(tǒng)的反饋控制，使懸浮體獲得十分平穩(wěn)的懸浮狀態(tài)。
圖3所示的靜電懸浮的II型操作電極，也包括電極組1和激光測(cè)距探頭組2兩大部分。電極組1由四個(gè)對(duì)稱的扇形電極區(qū)A、B、C、D組成，在相鄰電極區(qū)上施加極性相反的直流高電壓，也即在相對(duì)的電極區(qū)上施加極性相同的直流高電壓。如電極區(qū)A、C施加正電壓，則電極區(qū)B、D施加負(fù)電壓；反之，如電極區(qū)A、C施加負(fù)電壓，則電極區(qū)B、D施加正電壓。激光測(cè)距探頭組2由四個(gè)探頭組成，它們分別設(shè)置于四個(gè)扇形電極的中央部位，在這些位置時(shí)刻監(jiān)控電極組1與懸浮體之間的間距。II型操作電極的工作原理與I型操作電極完全相同，只是四個(gè)扇形電極區(qū)A、B、C、D上的電壓值，均隨它們與懸浮體之間的間距變化而改變，以獲得穩(wěn)定的懸浮狀態(tài)。II型操作電極的特點(diǎn)是，四個(gè)電極區(qū)對(duì)稱設(shè)置，同樣可獲得對(duì)稱的均勻靜電場(chǎng)；電極組的中央由圓形的絕緣區(qū)隔開，可避免四個(gè)電極區(qū)之間的互相干擾及彼此間的尖端放電；此外，四個(gè)電極區(qū)上的電壓均可調(diào)節(jié)，因此對(duì)懸浮狀態(tài)的反饋控制更靈敏、更快捷。
圖4所示的靜電懸浮的III型操作電極，與II型操作電極基本相同，同樣由包含四個(gè)電極區(qū)的電極組1和包含四個(gè)探頭的激光測(cè)距探頭組2兩大部分組成。只是電極組1的四個(gè)電極區(qū)為正方形結(jié)構(gòu)，激光測(cè)距探頭設(shè)置于這些正方形的中央，而整個(gè)電極組為一個(gè)大的正方形。該型操作電極的工作原理、作用和特點(diǎn)，與II型操作電極相同，它的另一個(gè)特點(diǎn)是可適用于圓形、橢圓形、正方形和長(zhǎng)方形懸浮體的靜電懸浮。
權(quán)利要求1.一種靜電懸浮的操作電極，其特征在于它具有電極組[1]和激光測(cè)距探頭組[2]，電極組包括一個(gè)位于中央的圓形電極D，以及三個(gè)位于外周的等分環(huán)形電極A、B、C，整個(gè)電極組制作在一塊平面的印刷電路板上，相鄰電極區(qū)之間由絕緣溝互相隔開，激光測(cè)距探頭組包括三個(gè)與電極平面垂直的激光測(cè)距探頭，它們分別固定于電極區(qū)A、B、C中央位置，在探頭所在的電極區(qū)的相應(yīng)位置開有三個(gè)小孔。
2.一種靜電懸浮的操作電極，其特征在于它具有電極組[1]和激光測(cè)距探頭組[2]，電極組由四個(gè)對(duì)稱的A、B、C、D等分電極，整個(gè)電極組制作在一塊平面的印刷電路板上，相鄰電極區(qū)之間由絕緣溝互相隔開，在相鄰電極區(qū)上施加極性相反的直流高電壓，激光測(cè)距探頭組包括四個(gè)與電極平面垂直的激光測(cè)探頭，它分別固定于電極區(qū)A、B、C、D的中央位置，在探頭所在的電極區(qū)的相應(yīng)位置開有四個(gè)小孔。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種靜電懸浮的操作電極，其特征在于整個(gè)電極組的印刷電路板為圓形或方形。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種靜電懸浮的操作電極。它具有電極組和激光測(cè)距探頭組,電極組包括一個(gè)位于中央的圓形電極,以及三個(gè)位于外周的等分環(huán)形電極,整個(gè)電極組制作在一塊平面的印刷電路板上,激光測(cè)距探頭分別固定在三個(gè)電極區(qū)中央,并在電極區(qū)的相應(yīng)位置上開了三個(gè)小孔。本實(shí)用新型原理新穎,結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)潔,技術(shù)條件易于實(shí)現(xiàn),克服了磁懸浮技術(shù)的局限性,大大拓寬了應(yīng)用范圍。
文檔編號(hào)H01L43/00GK2377681SQ9920449
公開日2000年5月10日 申請(qǐng)日期1999年3月12日 優(yōu)先權(quán)日1999年3月12日
發(fā)明者吳蘭, 章海軍, 黃峰 申請(qǐng)人:浙江大學(xué)