[發明專利]一種曲面結構電場式時柵角位移傳感器微納制造方法

有效

• 申請號: 201210573818.3
• 申請日: 2012-12-26
• 公開（公告）號: CN103075954A
• 公開（公告）日: 2013-05-01
• 發明（設計）人: 丑修建;張文棟;薛晨陽;田英;許卓;薛彥輝
• 申請（專利權）人: 中北大學
• 主分類號: G01B7/02
• 分類號: G01B7/02;B81C1/00;B81C3/00
• 代理公司: 太原科衛專利事務所(普通合伙) 14100
• 代理人: 朱源

技術領域

本發明涉及曲面結構電場式時柵角位移傳感器的制造方法，具體為一種曲面結構電場式時柵角位移傳感器微納制造方法。

背景技術

時柵角位移傳感器是一種基于“時間測量空間”原理來實現精密角位移測量的新型智能傳感器，成功應用于軍事、精密測量、機械加工等領域，是納米數控機床、極大規模集成電路專用設備以及國防軍工特殊需求等超精密高端制造裝備的關鍵功能部件，直接決定和影響著主機的性能。時柵角位移傳感器作為高精度角位移測量器件得到日益廣泛關注，憑借其生產成本低、結構簡單耐用、智能化程度高等顯著優點，占有廣闊的應用市場。

曲面結構電場式時柵角位移傳感器是一種基于交變電場的時柵角位移傳感器，包括兩端開口的筒狀測頭基體和圓柱狀的定尺基體，測頭基體內表面在同一水平線上覆有左、右兩個輪廓為半正弦形電極，兩個電極的波峰相向，定尺基體的柱面覆有左、右兩排環形電極，左、右環形電極由均勻間隔環固在定尺基體的柱面的塊狀電極構成，且左、右兩排環形電極的起始位置相差1/2個塊狀電極寬度，同一環形電極上間隔的塊狀電極連成一組；測頭基體和定尺基體分別固定在相對旋轉的裝置上，定尺基體插入測頭基體中，且定尺基體的軸線和測頭基體的軸線重合，然后測頭基體與定尺基體和激勵電路、比相電路等連接，將它們封裝固定，形成曲面結構電場式時柵角位移傳感器。

曲面結構電場式時柵角位移傳感器中測頭基體和定尺基體一般采用傳統的機械加工制造，傳統的機械加工會帶來制作精度偏低、特殊結構圖形轉移易失真（圖形結構改變或結構邊緣出現毛刺）等問題。

發明內容

本發明為了解決曲面結構電場式時柵角位移傳感器采用傳統制造帶來的精度低、特殊結構圖形轉移易失真的問題，提供了一種曲面結構電場式時柵角位移傳感器微納制造方法。

本發明是采用如下的技術方案實現的：一種曲面結構電場式時柵角位移傳感器微納制造方法，包括測頭基體制造方法和定尺基體制造方法，其中測頭基體制造方法包括以下步驟：

選取以絕緣體為材料的兩個半筒狀曲面體；

將兩曲面體按照工業標準濕法清洗工藝進行清洗；

在其中一個曲面體的內表面通過磁控濺射工藝沉積電極層，電極層厚度為600~800nm，電極層的材料為Al、Ag、Au、Pt；

制備其上有測頭基體電極形狀和電極接線圖案的第一光刻掩膜板，其次在曲面體的電極層表面利用勻膠機旋涂光刻膠，然后進行前烘，勻膠機的甩膠速度為2000~2500r/min，前烘溫度為80~100℃，前烘時間為5~10min；

用光刻裝置和遮擋板在曲面體上曝光出測頭基體電極形狀：所述光刻裝置包括光刻機、步進電機、控制器、驅動器、垂直移動平臺和電源，電源分別和步進電機、控制器和驅動器連接，控制器和驅動器都與步進電機連接，步進電機的輸出軸通過連接桿和沉積有電極層的曲面體連接，第一光刻掩膜板固定在垂直移動平臺上，曝光前，調整好第一光刻掩膜板相對于曲面體內表面的高度，遮擋板遮蓋在第一光刻掩膜板的圖案上，且在水平方向上留下條狀的要曝光區域，調整曲面體的位置，使得條狀的要曝光區域和曲面體上的對應曝光區域平行，紫外光通過透光區域照射在曲面體上，這個區域曝光完成后，遮擋板移動，在第一光刻掩膜板上增加條狀的要曝光區域，同時控制器控制步進電機轉動一定角度，使得增加的要曝光區域和曲面體上對應的曝光區域平行，紫外光通過透光區域照射在曲面體上，這個區域曝光完成后，遮擋板移動，在第一光刻掩膜板上增加條狀的要曝光區域，同時控制器控制步進電機轉動一定角度，使得增加的要曝光區域和曲面體上對應的曝光區域平行，紫外光通過透光區域照射在曲面體上……,依次重復，直至完成測頭基體電極的曝光；

將曝光后的曲面體浸泡在顯影液中進行顯影，顯影的時間為50~80s；

顯影后的曲面體進行堅膜，堅膜溫度為100~140℃，堅膜時間為10~15min；

堅膜后的曲面體以光刻膠為掩膜，在腐蝕液中進行濕法腐蝕，腐蝕出曲面體上的測頭基體電極，腐蝕時間為10~15min；

清洗掉曲面體上測頭基體電極表面上的光刻膠；

測頭基體電極在氮氣氣氛下退火，退火溫度為400~500℃，退火時間為10~15min；

將兩個曲面體通過精密裝配組裝在一起，形成筒狀的測頭基體；

定尺基體制造方法包括以下步驟：

選取以絕緣體為材料的圓柱棒；

將圓柱棒按照工業標準濕法清洗工藝進行清洗；

在圓柱棒的柱面通過磁控濺射工藝沉積電極層，電極層厚度可為600~800nm；