[發(fā)明專(zhuān)利]一種薄膜扭矩傳感器芯片及制造方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201711398317.5
• 申請(qǐng)日: 2017-12-22
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN107894295A
• 公開(kāi)（公告）日: 2018-04-10
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 雷衛(wèi)武
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 北京中航興盛測(cè)控技術(shù)有限公司
• 主分類(lèi)號(hào): G01L3/10
• 分類(lèi)號(hào): G01L3/10
• 代理公司: 暫無(wú)信息
• 代理人: 暫無(wú)信息

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及傳感器技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種薄膜扭矩傳感器芯片及制造方法。

背景技術(shù)

扭矩傳感器是一種測(cè)量各種扭矩的精密測(cè)量器件，在機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)中，扭矩是反映系統(tǒng)性能的重要參數(shù)之一。扭矩測(cè)量在航空航天、軍工裝備、工程機(jī)械、礦山設(shè)備等許多行業(yè)或領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。扭矩測(cè)量方法有多種，其中傳統(tǒng)的應(yīng)變式測(cè)量方法應(yīng)用非常廣泛。應(yīng)變式扭矩傳感器是將金屬應(yīng)變片粘貼在彈性體上組成應(yīng)變橋，當(dāng)彈性體受扭矩變形后引起電橋電阻值變化，通過(guò)測(cè)量電阻值變化得到相應(yīng)扭矩值的大小。

現(xiàn)有的應(yīng)變式扭矩傳感器是使用有機(jī)膠將應(yīng)變片粘貼在彈性體上，這種制造方法使傳感器的綜合性能受如下因素影響，這些影響因素有：彈性體粘貼表面清潔度、粘貼膠的性能、粘貼膠的厚度及均勻性、粘貼位置及其一致性等，另外，粘貼膠受環(huán)境溫度、濕度以及長(zhǎng)時(shí)間工作等因素影響也會(huì)導(dǎo)致傳感器性能發(fā)生變化。這些影響主要導(dǎo)致傳感器的遲滯誤差、重復(fù)性誤差、溫度漂移誤差變大，從而降低傳感器的測(cè)量精度。同時(shí)由于有機(jī)膠的存在，傳感器工作環(huán)境受到一定的限制。同時(shí)傳統(tǒng)的粘貼應(yīng)變式扭矩傳感器結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，加工也不容易，產(chǎn)品生產(chǎn)效率低，成本高。

目前已出現(xiàn)使用濺射技術(shù)制造高性能扭矩傳感器。濺射薄膜扭矩傳感器是采用真空原子薄膜沉積技術(shù)，將絕緣材料、應(yīng)變敏感材料等沉積在彈性體表面而形成的一種性能優(yōu)良的扭矩傳感器，它具有精度高、穩(wěn)定性好、工作溫度范圍寬、可靠性高等優(yōu)點(diǎn)。但是，這種工藝是采用單個(gè)的彈性體進(jìn)行研磨拋光、鍍膜、光刻等工藝制造，生產(chǎn)效率低，產(chǎn)品成本高，產(chǎn)品一致性無(wú)法保證，限制了產(chǎn)品的廣泛推廣應(yīng)用。

因此，開(kāi)發(fā)一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、加工容易，同時(shí)能批量生產(chǎn)、效率高、成本低、產(chǎn)品一致性好的高性能扭矩傳感器芯片極其重要。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于針對(duì)上述問(wèn)題，提供一種薄膜扭矩傳感器芯片及制造方法，以保留薄膜扭矩傳感器現(xiàn)有產(chǎn)品優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)效率高、產(chǎn)品成本低、產(chǎn)品一致性好等優(yōu)點(diǎn)。

為解決以上技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明的技術(shù)方案是：一種薄膜扭矩傳感器芯片制造方法，包括以下步驟：

S1.準(zhǔn)備彈性體材料，所述彈性體材料包括但不限于不銹鋼、鈦合金、非晶合金；

S2.采用機(jī)械加工的方法或者激光切割的方法，加工出具有定位邊的彈性體材料，所述彈性體材料的大小是4英寸、6英寸、8英寸、12英寸中的一種；

S3.將加工好的所述彈性體材料放入高溫退火爐中進(jìn)行退火處理；

S4.利用機(jī)械研磨拋光方法，將所述彈性體材料的上表面進(jìn)行研磨拋光，然后清洗烘干備用；

S5.將烘干后的彈性體材料放入具有二個(gè)共濺射離子加速器、一個(gè)輔助清洗離子加速器的原子薄膜沉積系統(tǒng)的真空腔室中；

S6.啟動(dòng)原子薄膜沉積系統(tǒng)，將真空腔室抽真空，啟動(dòng)所述輔助清洗離子加速器對(duì)彈性體材料的上表面進(jìn)行離子束轟擊清洗，使所述上表面進(jìn)一步拋光，去除上表面上的吸附物，使上表面達(dá)到原子級(jí)清潔度，同時(shí)增強(qiáng)上表面原子能量；

S7.啟動(dòng)二個(gè)共濺射離子加速器，在所述彈性體材料的上表面上依次共濺射沉積原子級(jí)的過(guò)渡層、絕緣層、薄膜電阻層、接觸層；

S8.將沉積好過(guò)渡層、絕緣層、薄膜電阻層、接觸層的所述彈性體材料進(jìn)行光刻，形成位于中部位置的薄膜電阻和位于兩端的二個(gè)接觸層焊盤(pán)；

S9.將光刻好的彈性體材料放入高溫爐中，進(jìn)行退火處理；

S10.將退火處理好的彈性體材料切割分離成敏感單元；

S11.在所述敏感單元的二個(gè)接觸層焊盤(pán)上引出信號(hào)線；

S12.在所述敏感單元的表面涂敷保護(hù)層，烘干。

優(yōu)選的，所述的薄膜扭矩傳感器芯片采用上述制造方法制得。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明所具有的有益效果為：由于彈性體材料采用了大面積整塊材料，表面容易進(jìn)行研磨拋光，提高了研磨拋光生產(chǎn)效率。將大塊彈性體材料進(jìn)行鍍膜，然后進(jìn)行一次性光刻，大大提高鍍膜與光刻生產(chǎn)效率，降低了產(chǎn)品成本。另外，由于是一次性批量加工，產(chǎn)品的一致好，產(chǎn)品的優(yōu)良性能得到保證。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明的彈性體材料示意圖。

圖2為本發(fā)明的敏感單元剖面示意圖。

圖3為本發(fā)明的敏感單元光刻圖形示意圖。

圖中：1、彈性體材料；2、敏感單元；11、上表面；12、定位邊；

13、過(guò)渡層；14、絕緣層；15、薄膜電阻層；16、接觸層；

17、保護(hù)層；15-1、薄膜電阻；16-1、接觸層焊盤(pán)。

具體實(shí)施方式