秦世襄眼睛一亮:“你说说看。”
吕辰拿起一支笔,在纸上画了一个简单的示意图。
“这是光刻机的工作台。现在的驱动方式是电机带动丝杠,丝杠推动工作台。这个方式的精度,取决于电机的转速控制、丝杠的加工精度,还有传动过程中的间隙。”
“我的想法是,用石英晶体技术把这个电机升级一下。”
秦世襄愣了一下:“石英晶体?你继续说。”
吕辰点点头:“石英晶体的核心特性,是压电效应,给它施加电场,它会产生极其稳定的机械振动。这个振动的频率,取决于晶体的切割角度和厚度。”
秦世襄点点头:“有想法,石英晶体的每一次振动,都可以看作是一个精确的‘步进’。如果能把这个振动转换成机械位移,那理论上,晶体的每一次振动,都对应着工作台移动一个微小的距离。你是想用石英晶体产生的高频信号,来控制一个电机?”
郑长枫问道:“那本质是还是一个电机啊,和低速电机有什么区别?”
吕辰道:”郑老师,那如果我们做一台磁浮的电机呢。”
郑长枫追问道:“磁浮?”
吕辰点点头:“对,磁浮。让工作台悬浮在电磁场里,没有任何机械接触,也就没有摩擦,没有磨损,没有振动。然后用石英晶体产生的精确脉冲,来控制电磁场的变化,一步一步地推动工作台前进。”
他拿起笔,在纸上画了一个更复杂的图。
“这是一个初步的构想。核心部分,是一个用石英晶体控制的脉冲发生器。晶体的每一次振动,都产生一个精确的脉冲。这个脉冲被放大后,送到电磁线圈,产生一个变化的磁场。工作台上嵌有永磁体,这个变化的磁场,就会推动工作台移动一个微小的步距。”
“步距能做到多小?”秦世襄问。
吕辰想了想:“理论上,如果晶体频率足够高,磁路设计足够精密,可以达到纳米级。”
刘建国倒吸一口气:“纳米级?那比微米还小一千倍?”
吕辰点点头。
秦世襄沉默了几秒,然后开口:“吕辰,你这个想法,很大胆。但有几个问题,得想清楚。”
他拿起笔,在吕辰画的图上点了几处。
“第一,磁浮。要让工作台悬浮起来,需要精确控制电磁场。工作台本身的重量,加上上面要承载的东西,起码几十斤。要让它稳稳地悬浮,还要能在水平方向上精确移动,这对电磁场的设计要求极高。”
吕辰点点头:“秦教授说得对。磁浮技术本身,就是一个大课题。”
秦世襄继续说:“第二,高频。你刚才说,用石英晶体产生高频脉冲。晶体的频率确实可以很高,但问题是,这么高的频率,电路能不能跟得上?电流切换那么快,会产生电磁干扰,还会产生涡流损耗,线圈会发热。发热就会导致参数变化,精度就没了。”
郑长枫在旁边接话:“而且,你们的‘掐丝珐琅’电路板,用在工频或者低频控制上没问题。但这么高的频率,电路板本身的分布参数,寄生电容、寄生电感,会变得非常显着,信号可能会畸变得一塌糊涂。”
吕辰说:“郑老师,这个问题我想过。如果现有的电路板不行,那就得研发新的,适用于高频的电路板。”
郑长枫点点头。
刘建国开口了:“吕工,你说的这个闭环控制,怎么实现?”
吕辰说:“刘工问得好。开环控制是不够的,因为负载变化、温度漂移,都会影响实际位移。必须引入实时的位置反馈。”
他在图上加了一个反馈回路。
“可以用光栅尺,或者激光干涉仪,实时监测工作台的实际位置。把这个位置数据送回到控制器,和晶体发出的理想脉冲进行比对。如果发现偏差,控制器就调整输出,修正误差。这就是全闭环伺服控制。”
刘建国若有所思:“光栅尺……激光干涉……这些技术,精度没这么高。”
吕辰说:“刘工,你们的微波探伤技术,其实也可以用来做位置反馈。微波的波长很短,如果能做出一个微波干涉仪,精度可能比激光还高。”
刘建国眼睛一亮,想了想,又皱起眉头:“但微波设备体积大,功耗高,装在这么小的系统里,怕是够呛。”
吕辰说:“可以先从光栅尺开始。等微波技术成熟了,再换也不迟。”
秦世襄放下笔,看着吕辰画的图,沉默了好一会儿。
然后他抬起头,说:“吕辰,你这个想法,技术上可行,但难度极大。磁浮、高频、闭环控制、新材料、新工艺……每一个环节,都是硬骨头。”
吕辰说:“我知道。但如果不啃这些硬骨头,光刻机的精度就永