專利名稱：基于離子束技術(shù)的電阻應(yīng)變計(jì)制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明內(nèi)容屬于湖試計(jì)量裝置的制作技術(shù)領(lǐng)域,涉及一種電阻應(yīng) 變式傳感器用敏感元件——微型箔式電阻應(yīng)變計(jì)的制作方法，利用 其可制備用戶需求的電阻溫度系數(shù)的自補(bǔ)償電阻應(yīng)變計(jì)。 背肇技術(shù)
電阻應(yīng)變計(jì)也稱電阻應(yīng)變片，包括箔式或微型箔式電阻應(yīng)變計(jì)， 是電阻應(yīng)變敏感元件，可用于獮量各種構(gòu)件表面的單向或多向應(yīng)變 值。電阻應(yīng)變計(jì)主要由敏感柵和基底等組成。敏感耱是電阻應(yīng)變計(jì)的 最重要的組成部分，其作用是將彈性元件的應(yīng)變量傳換成電阻變化
量；基底起支持和保護(hù)敏感柵的作用，可使其保持規(guī)定的幾何形狀和 相對(duì)位置，并保證敏感柵與彈性元件之間具有很高的絕緣性能。
傳統(tǒng)制造箔式或微型箔式電阻應(yīng)變計(jì)的方法包括以下的工藝步 驟采用經(jīng)過(guò)嚴(yán)格檢査的電阻應(yīng)變箔材,要求它的厚度均勻和表面無(wú) 鈹褶、針孔，就檢査后的電阻應(yīng)變箔材進(jìn)行清洗并裁剪成一定尺寸， 使用平臺(tái)流膠方式在箔材表面勻膠，之后通過(guò)自燃固化和熱烘干燥制 成基底膜；采用負(fù)性光刻膠曝光光刻,以三氯化鐵溶液作腐蝕液，通 過(guò)粗腐蝕將光刻后裸露的合金箔材除去，再通過(guò)細(xì)腐蝕將糖條邊緣腐 蝕光滑；將腐蝕后的箔材用清水沖洗，并放入稀鹽酸溶液中浸泡，取 出后先用清水清洗，再將其放入氯化鈉水溶液中進(jìn)行中和，最后用清 水將其清洗干凈，經(jīng)過(guò)熱烘后，即制成箔式應(yīng)變計(jì)。該工藝存在著材 料要求苛刻、工藝復(fù)雜、重復(fù)性差等一系列的缺點(diǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于針對(duì)傳統(tǒng)工藝的不足，提供一種基于離子束濺 射刻蝕技術(shù)為基礎(chǔ)的應(yīng)變計(jì)制造工藝，具有工藝簡(jiǎn)單、成品率高、合 金組分可按需求調(diào)配、圖形分辨率高等優(yōu)點(diǎn)。
為實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的而提供的基于離子束技術(shù)的電阻應(yīng)變計(jì)制作方l^括下述的工藝步驟
1、 制備柔性基底——采用高溫硅橡膠皮為基片，在硅橡膠基 片表面通過(guò)涂敷和熱固化方式制成一層聚酰亞胺(P1)柔性基底,使聚 酰亞胺基底同硅橡膠基片分離后,將聚酰亞胺基底置于真空烘箱里邊 進(jìn)行熱固化，形成所需要的聚酰亞胺柔性基底材質(zhì)；
2、 制作電阻合金膜——在柔性基底聚酰亞胺表面濺射100 3000db的鎳鉻電阻合金薄膜；
3、 光刻制備電路圖形一在鎳鉻電阻合金薄膜上涂敷光刻膠， 使光刻膠熱固化，然后利用光刻機(jī)光刻，制備出所需的線寬的電阻應(yīng) 變計(jì)電路圖形；
4、 刻蝕圖形一采用等離子體刻蝕技術(shù)除去多余的電阻合金 膜,去除光刻膠,得到電阻應(yīng)變計(jì)。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有的優(yōu)點(diǎn)如下所述
一、 工藝簡(jiǎn)單，成品率高
本發(fā)明所述工藝直接在絕緣基底材料上通過(guò)納米量級(jí)的生長(zhǎng)形 成應(yīng)變合金薄膜，省略了應(yīng)變箔材清洗、裁剪、倒膠、固化等一些列 的復(fù)雜工藝，不傷應(yīng)變合金薄膜，從而提高了成品率。
二、 合金組分可按需求調(diào)配
該工藝應(yīng)變合金薄膜是通過(guò)濺射的方式形成在絕緣基底材料上 的，應(yīng)變合金組分跟濺射靶材直接相關(guān)，根據(jù)調(diào)配不同的靶材^^金成 分，就可以按需調(diào)節(jié)應(yīng)變合金材料的合金組分。
三、 圖形分辨率高
應(yīng)變計(jì)圖形制備方式采用的是等離子體刻蝕技術(shù)，制備的產(chǎn)品邊 緣陡直，邊線整齊，尺寸精準(zhǔn)，具有優(yōu)良的圖形制備效果。
綜上所述,本發(fā)明采用直流等離子# 射^和等離子刻蝕技術(shù), 在高溫硅橡膠基片表面涂敷聚酰亞胺酸膠液,熱固化形成聚酰亞胺柔 性基底，在柔性基底上再通過(guò)濺射、光刻和刻蝕工藝制備成電阻應(yīng)變 計(jì)，工藝過(guò)程中采用聚酰亞胺膠具有絕緣性好、彈性系數(shù)大、線膨脹 系數(shù)小、財(cái)熱性髙等一些列優(yōu)點(diǎn)，故其成為濺射制作應(yīng)變計(jì)的理想基底，而采用離子束濺射鍍膜技術(shù)可以保證膜的一致性、致密性和均勻
性，因而也是一種制作電阻應(yīng)變計(jì)的理想鍍膜方法。
附困說(shuō)明


圖1為本發(fā)明提供的基于柔性基底的電阻應(yīng)變計(jì)的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2 圖7為基于離子束技術(shù)的電阻應(yīng)變計(jì)制作方法的工藝流程 圖，其中圖2為硅橡膠基片示意圖，圖3為在基片上涂敷聚酰亞胺柔 性基底步鐮的示意圖，圖4為在柔性基底表面濺射電阻合金胰歩驟的 示意圖，圖5為勻膠、光刻得到電阻應(yīng)變計(jì)光刻圖形步驟的就圖， 圖6為采用等離子刻蝕去除多余的金屬膜步驟的示意圖，圖7為去除 光刻膠獲得柔性基底電阻應(yīng)變計(jì)樣品的示意圖。
圖中各標(biāo)號(hào)名稱分別是:l一硅橡膠基片,2—聚酰亞胺柔性基底， 3—電阻合金膜，4一光刻膠光刻制備的應(yīng)變計(jì)圖形。 具體實(shí)旌方式
參見(jiàn)附圖,本發(fā)明提供的基于離子束技術(shù)的電阻應(yīng)變計(jì)制作方法 包括制備柔性基底、制作電阻合金膜、光刻制備電路圖形和刻蝕圖形 等工藝步驟，其一個(gè)具體的制作實(shí)施例如下所述。
1、 制備柔性基底
采用厚度1 3mm的高溫硅橡膠基片(圖2)，先用酒精和去離子水 清洗基片，在IOOTC對(duì)流烘箱中熱烘10分鐘，烘干，然后在基片表 面放置一個(gè)起支撐作用的1 2皿厚的金屬(不銹鋼)框架,在框架內(nèi) 部通過(guò)刮膠的方式涂敷0. 5 1. 5mm厚度的稀釋過(guò)的聚酰亞胺酸膠液, 采用刮刀單方向一次刮勻成型，將膠液置于601C 90TC熱烘板上進(jìn) 行4 8小時(shí)的烘干處理，使之形成20 40iim厚度的聚酰亞胺柔性 基底(圖3);將金屬框架隨同粘附在上邊的聚酰亞胺柔性基底膠膜與 硅,基片剝離,再在真空烘箱里采用801C—1加1C 一1801C —250TC 的階梯升溫法對(duì)聚酰亞胺柔性基底進(jìn)行高溫固化,制得所需要的具有 應(yīng)變高性能的聚酰亞胺層膜。
2、 制作電阻合金膜
先利用等離子體清洗柔性基底聚酰亞胺層膜表面5 15分鐘,利用粒子能量800 900eV、離子束流80 120mA的參數(shù)在聚酰亞胺層 膜表面(襯底)濺射沉積鍍膜30 60分鐘，濺射溫度為室溫，濺射功 率為500 800W,制得厚度為100 3000nm的具有高性能應(yīng)變特性的 鎳鉻(Ni/Cr)電阻合金薄膜(圖4)。實(shí)際工藝施行中，選擇濺射乾材 的材料為Ni80、 Cr20的鎳鉻合金靶，由其制備的電阻應(yīng)變計(jì)的性能 參數(shù)分別是靈敏系數(shù)為2.1 2.3,電阻率為100 110(10—8Q ，m), 電阻溫度系數(shù)110 130 (l(T),線膨脹系數(shù)14 (l(T)。
3、 光刻制備電路圖形
利用轉(zhuǎn)速為1500rpm的勻膠機(jī)在鎳鉻電阻合金薄膜表面旋轉(zhuǎn)涂 敷光刻膠，使光刻膠在80t:下進(jìn)行30分鐘的熱固化，在曝光燈功率 為幼OW的光刻機(jī)下采用真空吸附式曝光80 100秒，曝光光源為球 型汞燈，然后在顯影液中顯影80 100秒，在801C下后烘加 30分 鐘進(jìn)行堅(jiān)膜，制備出所需的線寬5 20 ii m的電阻應(yīng)變計(jì)電路圖形(圖 5)。本步驟中光刻膠可采用BP-212型正性光刻膠即鄰苯氮醒型光刻 膠，顯影液可采用氫氧化鈉溶液。
4、 刻蝕圖形
采用等離子體刻蝕機(jī)在參數(shù)離子能量300eV,離子束流80nA下 刻蝕40分鐘，除去不需要的電阻合金膜(圖6)，在丙酮中超聲清洗5 秒中去除光刻膠(圖7),再用酒精，去離子水超聲清洗烘干，使電阻 應(yīng)變計(jì)敏感柵一次刻蝕成形，得到基于離子束技術(shù)的電阻應(yīng)變計(jì)。將 電阻應(yīng)變計(jì)分離，檢驗(yàn)篩選，測(cè)試得到最終產(chǎn)品。
權(quán)利要求
1、一種基于離子束技術(shù)的電阻應(yīng)變計(jì)制作方法，其特征在于包括下述的工藝步驟1.1制備柔性基底——采用高溫硅橡膠皮為基片，在硅橡膠基片表面通過(guò)涂敷和熱固化方式制成一層聚酰亞胺柔性基底，使聚酰亞胺基底同硅橡膠基片分離后，將聚酰亞胺基底置于真空烘箱里邊進(jìn)行熱固化，形成所需要的聚酰亞胺柔性基底材質(zhì)；1.2制作電阻合金膜——在柔性基底聚酰亞胺表面濺射100～3000nm的鎳鉻電阻合金薄膜；1.3光刻制備電路圖形——在鎳鉻電阻合金薄膜上涂敷光刻膠，使光刻膠熱固化，然后利用光刻機(jī)光刻，制備出所需的線寬的電阻應(yīng)變計(jì)電路圖形；1.4刻蝕圖形——采用等離子體刻蝕技術(shù)除去多余的電阻合金膜，去除光刻膠，得到電阻應(yīng)變計(jì)。
2、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的基于離子束技術(shù)的電阻應(yīng)變計(jì)制作方 法，其特征在于所說(shuō)的制備柔性基底工藝步驟為采用厚度1 3inm 的高溫硅橡膠皮為基片,先用酒精和去離子水清洗基片,烘干,然后在 基片表面放置一個(gè)起支據(jù)作用的1 2mm厚的金屬框架，在框架內(nèi)部 通過(guò)刮膠的方式涂敷0.5 1. 5mm厚度的稀釋過(guò)的聚酰亞胺酸膠液， 將膠液置于60t 901C熱烘板上進(jìn)行4 8小時(shí)的烘干處理，使之形 成幼 40u鵬厚度的聚琉亞胺柔性基底;將金屬框架隨同粘附在上邊 的聚酰亞胺柔性基底與硅橡膠基片剝離，再在真空烘箱里采用80TC 一 1201C — 1801C —2501C的階梯升溫法對(duì)聚酰亞胺柔性基底進(jìn)行高溫 國(guó)化，制得聚酰亞胺層膜。
3、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的基于離子束技術(shù)的電阻應(yīng)變計(jì)制作方 法，其特征在于所說(shuō)的制作電阻合金膜工藝步驟為先利用等離子體 清洗柔性基底聚酰亞胺層膜表面5 15分鐘，利用粒子能量800 900eV、離子束流80 120mA的參數(shù)在聚酰亞胺層膜表面(襯底)戮射沉積鍍膜30 60分鐘，濺射溫度為室溫，濺射功率為500 800W, 制得厚度為100 3000nm的鎳鉻電阻合金薄膜。
4、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的基于離子束技術(shù)的電阻應(yīng)變計(jì)制作方 法，其特征在于所說(shuō)的光刻制備電路圖形工藝步驟為利用轉(zhuǎn)速為 1500rpm的勻膠機(jī)在鎳鉻電阻合金薄膜表面旋轉(zhuǎn)涂敷光刻膠，使光刻 膠在801C下進(jìn)行30分鐘的熱固化，在曝光燈功率為500W的光刻機(jī) 下采用真空吸附式曝光80 100秒，然后在顯影液中顯影80 100 秒,在下后烘加 30分鐘進(jìn)行堅(jiān)膜,制備出所需的線寬5 20 li m 的電阻應(yīng)變計(jì)電路圖形。
5、 根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于離子束技術(shù)的電阻應(yīng)變計(jì)制作方 法，其特征在于所說(shuō)的光刻膠為BP-212型正性光刻膠，所說(shuō)的顯影 液為氫氧化鈉溶液。
6、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的基于離子束技術(shù)的電阻應(yīng)變計(jì)制作方 法，其特征在于所說(shuō)的刻蝕圖形工藝步驟為采用等離子體刻蝕機(jī)在 參數(shù)離子能量300eV,離子束流80mA下刻蝕40分鐘，除去不需要的 電阻合金膜，在丙爾中超聲清洗5秒中去除光刻膠，再用酒精、去離 子水超聲清洗烘干，使電阻應(yīng)變計(jì)敏感柵一次刻蝕成形。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種基于離子束技術(shù)的電阻應(yīng)變計(jì)制作方法，采用直流等離子體濺射技術(shù)和等離子刻蝕技術(shù)，在高溫硅橡膠基片表面涂敷聚酰亞胺酸膠液，熱固化形成聚酰亞胺柔性基底，然后剝離后固化得到所需應(yīng)變特性要求的柔性基底膜，在柔性基底聚酰亞胺表面濺鍍電阻合金膜，最后再通過(guò)光刻和刻蝕工藝制備成電阻應(yīng)變計(jì)，具有工藝簡(jiǎn)單、成品率高、電阻合金膜成分可控、合金組分可按需求調(diào)配、圖形分辨率高、所制材料性能優(yōu)良等優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)G01B7/16GK101614522SQ200910023478
公開(kāi)日2009年12月30日 申請(qǐng)日期2009年7月31日 優(yōu)先權(quán)日2009年7月31日
發(fā)明者龍 戚, 蓋廣洪, 黎明誠(chéng) 申請(qǐng)人:中國(guó)航天科技集團(tuán)公司第四研究院第四十四研究所