專利名稱：致動器線圈的冷卻系統(tǒng)的制作方法
背景技術(shù)：
發(fā)明領(lǐng)域本發(fā)明涉及對致動器的線圈進行冷卻，更具體的，涉及用在洛倫茲力致動器和電動機中的線圈，該洛倫茲力致動器和電動機用在平版印刷工具中以浮起和驅(qū)動平臺。
背景技術(shù)：
洛倫茲力致動器由兩個物理分離的磁性元件組成。第一元件通常是激勵線圈，經(jīng)由該激勵線圈流通電流。第二元件由往往與額外高磁導(dǎo)率材料相結(jié)合的永久磁鐵組件構(gòu)成，共同生成穿過線圈的強磁場。流經(jīng)線圈的電流與永久磁鐵組件生成的磁場之間相互作用，產(chǎn)生作用于該線圈的一個力以及作用于該永久磁鐵組件的一個大小相等且方向相反的反作用力。位于強磁場內(nèi)的線圈部分可被稱為該線圈的有效部分。除非將熱量傳導(dǎo)給流通的冷卻流體以充分地冷卻線圈，否則散逸到該線圈內(nèi)的熱量會導(dǎo)致其溫度過度升高。
在某些情況中，為增大流向冷卻流體的熱量，需要在線圈有效部分的表面安裝薄的冷卻套管。這種冷卻套管通常由陶瓷例如氮化硅制成，這種材料提供了高電阻率與高導(dǎo)熱性的良好結(jié)合，因而能高效地傳遞熱量，不會由于強磁場而產(chǎn)生不希望的渦流阻尼效應(yīng)。
也可采用不銹鋼，但其既不具有高電阻率又不具有高導(dǎo)熱性。填充聚合物具有高電阻率，但其導(dǎo)熱性較弱，通常不能用以密封冷卻水。陶瓷是易碎的、制造昂貴、不能(特別對于薄部分而言)在無泄漏的情況下可靠地輸送水。
發(fā)明概述本發(fā)明旨在一種致動器線圈的冷卻系統(tǒng)，該系統(tǒng)基本能避免現(xiàn)有技術(shù)的一個或多個問題及缺陷。
本發(fā)明的一種實施例包括一種具有跑道狀繞組的洛倫茲致動器線圈，一冷卻管包圍該跑道狀繞組的外圍，流體流經(jīng)該冷卻管。多個電絕緣的金屬導(dǎo)熱條一般設(shè)置成橫向于跑道狀繞組的有效部分，以將熱量自該跑道狀繞組傳遞給冷卻管，同時產(chǎn)生明顯的渦流效應(yīng)。
另一方面，提供了一種具有底盤的線圈盤組件。一種冷卻管具有流經(jīng)其的冷卻流體。多個跑道狀線圈圍繞底盤對稱地設(shè)置且垂直于該底盤。每個跑道狀線圈都具有一種產(chǎn)生磁場的跑道狀繞組。冷卻管包圍該跑道狀繞組的外圍。每個跑道狀線圈還包括多個導(dǎo)熱條，該多個導(dǎo)熱條一般設(shè)置成橫向于至少部分的跑道狀繞組，以將熱量自該跑道狀繞組傳遞給冷卻管。
本發(fā)明的其它特征和優(yōu)點將在以下說明書中闡述，部分特征和優(yōu)點自該說明書將變得顯而易見或者通過實施本發(fā)明可以認識到。通過在所撰寫的說明書和其權(quán)利要求書以及附圖中特別指出的構(gòu)造，能夠?qū)崿F(xiàn)并獲得本發(fā)明的優(yōu)點。
應(yīng)認識到的是，以上概括描述和以下詳細描述都是示范性和說明性的，它們都旨在對所要求的本發(fā)明進行進一步的說明。
附圖的簡要說明附圖用以說明本發(fā)明的具體實施例，并被納入本說明書中構(gòu)成本說明書的一部分。附圖表示了本發(fā)明的實施例，其與以下詳細描述一起用以說明本發(fā)明的原理。其中

圖1表示本發(fā)明一種實施例的短行程線圈盤組件。
圖2表示本發(fā)明線圈組件的另一種實施例。
優(yōu)選實施例的詳細描述現(xiàn)在將詳細地參照本發(fā)明實施例，本發(fā)明實施例表示在附圖中。
本發(fā)明存在大量應(yīng)用。這些應(yīng)用包括電磁力致動器，以及用在精密晶片平臺和調(diào)度盤平臺內(nèi)的線性電動機，例如用在半導(dǎo)體制造中的線性電動機，但本發(fā)明并不限于這些應(yīng)用。
在一種典型的照相平版印刷工具中，晶片安裝在平臺上，該晶片具有多個自由度，X、Y、Z自由度以及可能的某些旋轉(zhuǎn)自由度。某些系統(tǒng)還包括具有長行程平臺的晶片平臺，該長行程平臺與磁力浮起的短行程平臺協(xié)同操作。利用傳統(tǒng)軸承引導(dǎo)并利用線性電動機驅(qū)動長行程平臺，該長行程平臺提供大幅度的X、Y運動。伺服控制該短行程平臺以提供六個自由度的超精密定位。在這種系統(tǒng)中，晶片本身安裝在短行程平臺的一種單片元件上，利用電磁力使該單片元件浮起。單片元件包括生成強磁場的永久磁鐵，該強磁場與短行程致動器線圈相互作用，該短行程致動器線圈是獨立的線圈盤組件的一部分。短行程線圈盤組件通常安裝在長行程移動元件的頂部上。洛倫茲線圈頻繁地用在這種致動器應(yīng)用中，由于要求高電流和強磁場，因而不易于冷卻。
洛倫茲致動器產(chǎn)生的熱量常常導(dǎo)致畸變及難以對齊晶片。這種情況特別發(fā)生在需要非?？拷旧淼亩绦谐讨聞悠鹘M件上。
可利用導(dǎo)電線圈或一系列導(dǎo)電條將致動器線圈的熱量傳遞給冷卻水管，該冷卻水管位于具有最高磁場強度的區(qū)域外部。由絕緣銅或鋁導(dǎo)線纏繞而成的線圈，或者許多絕緣銅或鋁條都能高效地傳導(dǎo)熱量，而不會產(chǎn)生渦流阻尼。圖1表示了一種這樣的方案。一種薄壁的不銹鋼冷卻水管包圍致動器線圈外部的三個側(cè)面。絕緣銅或鋁導(dǎo)線既包圍線圈又包圍冷卻管。所得到線圈的端部是電絕緣的，這樣在線圈內(nèi)形成的電動勢(EMF)就不會產(chǎn)生回路電流。通過采用適當(dāng)?shù)膶?dǎo)線尺寸，該導(dǎo)線內(nèi)的渦流能夠最小化。在鋁導(dǎo)線的情況下，可采用氧化鋁以提供充分的絕緣，同時使熱傳遞最大化。
如圖1所進一步表示的，短行程線圈盤組件101包括底盤120。盡管此圖中未表示，但晶片安裝在直接位于其上方的一種整體塊上。整體塊內(nèi)的磁性元件(例如，NdFeB磁鐵)產(chǎn)生密集磁場，該密集磁場與流經(jīng)線圈的電流相互作用，從而生成作用于該整體塊的洛倫茲力并控制該整體塊的運動。如圖1所進一步表示的，組件101包括多個(在此例中)設(shè)置成正方形的致動器線圈組件102A-102D。每個致動器線圈組件102都包括纏繞成跑道狀的線圈103(為清楚起見，圖1中僅表示了一個線圈103)。代替該跑道狀繞組，可采用平面線圈或重疊線圈(overlapping coil)。熱傳遞條111布置成與線圈103接觸。跑道狀線圈103還可稱為致動器驅(qū)動線圈。選擇性的，致動器線圈組件102A-102D提供X、Y平面的運動，包括轉(zhuǎn)動。
冷卻管113包圍每個致動器線圈組件102外圍的三個側(cè)面。在這種實施例中，利用單個冷卻管113來冷卻全部四個線圈。冷卻管113包括一個輸入流體連接部104和一個輸出流體連接部105。利用連接口112A，112B與一種液體供應(yīng)系統(tǒng)(此圖未表示)連接。分別利用電接插件107A-107D給致動器線圈組件102A-102D供應(yīng)電流。
還利用冷卻套管110A-110D將熱量自跑道狀線圈103傳遞給冷卻管113。應(yīng)注意的是，冷卻套管110位于這樣一個區(qū)域內(nèi)，該區(qū)域內(nèi)的磁力沒有致動器線圈組件102其它地方的磁力那么強。因此，由渦流導(dǎo)致的問題可減至最少。
還應(yīng)注意的是，盡管所表示的致動器線圈組件102A-102D具有中央孔，這種布置對于減少不希望的聲耦合是優(yōu)選的，但也可不具有這種孔。
組件101還包括四個聚焦線圈106A-106D，它們用于在Z軸上定位其上擱置著晶片的整體塊。分別利用電接插件108A-108D給聚焦線圈106A-106D供應(yīng)電流。由于Z軸移動量通常較小，聚焦線圈106A-106D也可較小。由此，通過采用致動器線圈組件102和聚焦線圈106來磁力控制晶片在X，Y，Z空間中的位置。
還應(yīng)注意的是，除水以外，可采用乙二醇作為流經(jīng)冷卻管113的冷卻流體。還應(yīng)注意的是，在圖1所示實施例中，導(dǎo)熱條111纏繞成線圈圖案。導(dǎo)熱條111可由任何金屬制成，包括易于加工的較軟金屬例如銅、不銹鋼、金、鋁等。選擇性的，可采用石墨或石墨纖維。還應(yīng)注意的是，導(dǎo)熱條111通過傳導(dǎo)而不是對流(對流涉及物理輸送流體或其它介質(zhì))來傳遞熱量。
盡管圖1表示了四個驅(qū)動線圈和四個聚焦線圈，但應(yīng)認識到的是，可采用更多或更少的驅(qū)動線圈和聚焦線圈。例如，在本發(fā)明也可應(yīng)用的調(diào)度盤平臺的情況中，僅采用兩個致動器線圈組件102(或者在某些情況中，僅一個致動器線圈組件，在這種情況中僅沿著一個軸進行調(diào)節(jié)，換句話說，僅需要單獨一個自由度)。
作為一種可供選擇的方式，使條111為微管，冷卻流體流經(jīng)該微管。在任一種情況中，熱傳遞方向一般都橫向于跑道狀繞組的方向。
作為另一種可供選擇的方式，可采用一系列堆疊的絕緣馬蹄釘(wirestaples)來代替條111的連續(xù)線圈繞組。
圖2表示的另一種實施例采用一系列銅或鋁條，該銅或鋁條安裝在一種薄的電絕緣玻璃纖維板上。該條既粘結(jié)在致動器驅(qū)動線圈的表面上，又粘結(jié)在晶片冷卻管上。用相同的附圖標(biāo)記來標(biāo)識與圖1相同的部件。另外，薄的纖維片202用作電絕緣體。此外，導(dǎo)熱條111沒有纏繞成線圈，而是并排放置。如同圖1，熱傳遞方向一般橫向于線圈103的跑道狀繞組的方向。
此外，對于圖2，在制造過程中可剝除玻璃纖維片202，或者其留在原位，以使制造成本最小化。
前述方法的制造成本少于傳統(tǒng)技術(shù)的制造成本，并能夠提高性能和可靠性。
本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠認識到，在不脫離如所附權(quán)利要求書限定的本發(fā)明實質(zhì)與范圍的情況下，可對這里的形式和細節(jié)作出各種變化。因此，本發(fā)明的廣度與范圍不應(yīng)被限制為以上所述示范性實施例的任何一種，而應(yīng)依據(jù)以下權(quán)利要求書及它們的等效方案來限定。
權(quán)利要求
1.一種致動器，包括導(dǎo)線圈，用于輸送電流以形成磁場，所述磁場是通過單獨的磁性元件產(chǎn)生的；冷卻管，具有流經(jīng)所述冷卻管的冷卻流體，所述冷卻管位于所述導(dǎo)線圈的附近但在所述導(dǎo)線圈的外部，且其包圍所述導(dǎo)線圈的外圍；以及多個導(dǎo)熱條，一般設(shè)置成橫向于至少部分所述導(dǎo)線圈，以將熱量自所述導(dǎo)線圈傳遞給所述冷卻管。
2.如權(quán)利要求1所述的致動器線圈，還包括冷卻套管，其圍繞所述導(dǎo)線圈的一側(cè)且圍繞所述冷卻管。
3.如權(quán)利要求1所述的致動器線圈，其特征在于，所述多個導(dǎo)熱條布置成線圈狀。
4.如權(quán)利要求1所述的致動器線圈，其特征在于，所述多個導(dǎo)熱條并排布置。
5.如權(quán)利要求1所述的致動器線圈，其特征在于，所述多個導(dǎo)熱條中的每一個都包括一微管，冷卻流體流經(jīng)所述微管。
6.如權(quán)利要求1所述的致動器線圈，其特征在于，所述多個導(dǎo)熱條由金屬形成。
7.如權(quán)利要求1所述的致動器線圈，其特征在于，所述多個導(dǎo)熱條由鋼、金、鋁、銅、石墨和石墨纖維中的任何一種形成。
8.如權(quán)利要求1所述的致動器線圈，其特征在于，所述導(dǎo)線圈是一種跑道狀繞組。
9.如權(quán)利要求1所述的致動器線圈，其特征在于，所述導(dǎo)線圈是平面線圈。
10.如權(quán)利要求1所述的致動器線圈，其特征在于，所述導(dǎo)線圈是多個重疊線圈。
11.一種線圈盤組件，包括底盤；冷卻管，冷卻流體流經(jīng)所述冷卻管；多個線圈繞組，圍繞所述底盤對稱地設(shè)置并且垂直于所述底盤，每個線圈繞組都產(chǎn)生磁場，其中，所述冷卻管包圍所述線圈繞組的外圍；每個線圈繞組還包括多個導(dǎo)熱條，所述導(dǎo)熱條一般被設(shè)置成橫向于至少部分所述跑道狀繞組，以將熱量自所述線圈繞組傳遞給所述冷卻管。
12.如權(quán)利要求11所述的線圈盤組件，還包括安裝在所述底盤上的多個聚焦線圈。
13.如權(quán)利要求11所述的線圈盤組件，還包括冷卻套管，其圍繞所述線圈繞組的一側(cè)且圍繞所述冷卻管。
14.如權(quán)利要求11所述的線圈盤組件，其特征在于，所述多個導(dǎo)熱條布置成線圈狀。
15.如權(quán)利要求11所述的線圈盤組件，其特征在于，所述多個導(dǎo)熱條并排布置。
16.如權(quán)利要求11所述的線圈盤組件，其特征在于，所述多個導(dǎo)熱條中的每一個都包括一微管，冷卻流體流經(jīng)所述微管。
17.如權(quán)利要求11所述的線圈盤組件，其特征在于，所述多個導(dǎo)熱條由金屬形成。
18.如權(quán)利要求11所述的線圈盤組件，其特征在于，所述多個導(dǎo)熱條由鋼、金、鋁、銅、石墨和石墨纖維中的任何一種形成。
19.如權(quán)利要求11所述的線圈盤組件，其特征在于，所述多個導(dǎo)熱條包括多個堆疊的絕緣馬蹄釘。
20.如權(quán)利要求11所述的線圈盤組件，其特征在于，所述導(dǎo)線圈是一種跑道狀繞組。
21.如權(quán)利要求11所述的線圈盤組件，其特征在于，所述導(dǎo)線圈是平面線圈。
22.如權(quán)利要求11所述的線圈盤組件，其特征在于，所述導(dǎo)線圈是多個重疊線圈。
23.一種電動機線圈，包括導(dǎo)線圈，用于輸送電流以形成磁場，所述磁場是通過單獨的磁性元件產(chǎn)生的；冷卻管，具有流經(jīng)所述冷卻管的冷卻流體，所述冷卻管位于所述導(dǎo)線圈的附近但在所述導(dǎo)線圈的外部，且其包圍所述導(dǎo)線圈的外圍；以及多個導(dǎo)熱條，一般設(shè)置成橫向于至少部分所述導(dǎo)線圈，以將熱量自所述導(dǎo)線圈傳遞給所述冷卻管。
全文摘要
一種致動器線圈，具有產(chǎn)生磁場的跑道狀繞組。一冷卻管具有流經(jīng)其的冷卻流體，且包圍所述跑道狀繞組的外圍。多個導(dǎo)熱條一般設(shè)置成橫向于至少部分所述跑道狀繞組，以將熱量自所述跑道狀繞組傳遞給所述冷卻管。
文檔編號H02K41/03GK1540839SQ20041003681
公開日2004年10月27日 申請日期2004年4月19日 優(yōu)先權(quán)日2003年4月18日
發(fā)明者丹尼爾·N·加爾伯特, 丹尼爾 N 加爾伯特 申請人:Asml控股股份有限公司