低量程濺射薄膜型測力傳感器的製造方法
2023-05-15 23:02:06
低量程濺射薄膜型測力傳感器的製造方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種低量程濺射薄膜型測力傳感器，包括彈性體、底座、蓋板和連接螺杆，彈性體的中部為薄片，薄片上濺射有薄膜電阻應變敏感單元；底座中心為凹陷結構，底座和彈性體固為一體，且彈性體中部可在底座的凹陷處產生形變；連接螺杆的一端固定在彈性體上，另一端作為拉力或壓力的一個施力端。本實用新型的應變計採用通過半導體製程工藝，採用濺射鍍膜的方式，製成惠斯通電橋電路，產品尺寸小，精度高、壽命長，防潮防溼性大大增加，利於傳感器在惡劣環境下使用，從而拓展了濺射技術在低量程力學量測量中的應用。
【專利說明】低量程濺射薄膜型測力傳感器
【技術領域】
[0001]本實用新型內容屬於電子感測衡器【技術領域】，涉及一種測力傳感器，尤其涉及一種高可靠性、長壽命並耐惡劣環境的低量程濺射薄膜型測力傳感器。
【背景技術】
[0002]常見測力或者稱重傳感器多採用粘貼電阻應變計的方式，適用溫度範圍窄，體積大，但對於可靠性要求高、質量輕、體積小的特殊應用場合，傳統的粘貼式傳感器無法滿足要求。
[0003]作為改進的應用結構，濺射鍍膜應力傳感器技術也有公開的報導，如專利號為ZL200910022781.3的發明專利——集成溫度的薄膜壓力傳感器，該專利將濺射成膜技術應用到壓力傳感器的設計生產中，可以製造小尺寸、集成化的壓力傳感器，但是受到傳感器結構的限制，該技術仍難以在較寬的溫度範圍內、可靠地實現低量程的應力參數測量。
實用新型內容
[0004]本實用新型的目的就是解決現有傳感器存在的難以在較寬的溫度範圍內實現低量程的應力參數測量的缺陷，提供一種體積小、質量輕、使用壽命長、可靠性好的低量程濺射薄膜型測力傳感器。
[0005]本實用新型技術方案如下:
[0006]一種低量程濺射薄膜型測力傳感器，包括彈性體、底座、蓋板和連接螺杆，彈性體的中部為薄片，薄片上濺射有薄膜電阻應變敏感單元；底座中心為凹陷結構，底座和彈性體固為一體，且彈性體中部可在底座的凹陷處產生形變；連接螺杆的一端固定在彈性體上，另一端作為拉力或壓力的一個施力端。
[0007]上述低量程濺射薄膜型測力傳感器中，蓋板中心設置有通孔，連接螺杆穿過蓋板中心的通孔，其一端固定在彈性體上，另一端作為拉力或壓力的一個施力端；底座的外端中心設置有延長杆，並作為拉力或壓力的另一個施力端。
[0008]上述低量程濺射薄膜型測力傳感器中，底座中心設置有通孔，連接螺杆穿過底座中心的通孔裝入彈性體中，連接螺杆的外端作為拉力或壓力的一個施力端；蓋板上均布有螺紋孔，可用於固定施力部件，並作為拉力或壓力的另一個施力端。
[0009]上述低量程濺射薄膜型測力傳感器中，連接螺杆與彈性體的固定端設置有鎖緊螺母。
[0010]上述低量程濺射薄膜型測力傳感器中，彈性體的中部為三個對稱結構的彈性梁，彈性梁呈中心對稱結構，一端設置在彈性體中心，另一端設置在彈性體的外周，在彈性梁的表面濺射有薄膜電阻應變敏感單元。
[0011]上述低量程濺射薄膜型測力傳感器中，薄膜電阻應變敏感單元由內層的氧化矽介質膜和外層的鎳鉻合金膜組成。
[0012]上述低量程濺射薄膜型測力傳感器中，彈性梁的寬度為Imm?3mm，厚度為0.3mm ?1.0mm0
[0013]上述低量程濺射薄膜型測力傳感器中，彈性梁的寬為1mm、2mm或3mm，厚度為
0.3mm>0.6mm 或 Imm0
[0014]上述低量程濺射薄膜型測力傳感器中，底座和彈性體通過雷射焊接在一起。
[0015]上述低量程濺射薄膜型測力傳感器中，彈性體、底座、蓋板、連接螺杆和鎖緊螺母的製作材料均為17-4PH。
[0016]與現有技術相比，本實用新型具有以下的優點和技術效果:
[0017]1、本實用新型通過半導體製程工藝，採用將薄膜電阻應變敏感單元濺射在薄片的彈性體上的工藝結構並採用中心凹陷的底座對傳感器進行保護，產品的尺寸小、質量輕、精度高、壽命長，同時具有高可靠性，該測力傳感器的使用溫度範圍為_60°C?120°C，適用真空環境低至10_5Pa，環境溼度對產品基本無影響，利於傳感器在惡劣環境下使用，從而拓展了濺射技術在低量程力學量測量中的應用；
[0018]2、本實用新型的彈性體上設置了三個對稱結構的彈性梁，薄膜電阻應變敏感單元濺射在彈性梁上，彈性梁厚度和寬度較小，增加了系統的靈敏度，使得其可用於低量程的應力處理，且不同的傳感器測量量程可通過改變彈性梁的厚度和寬度製成，具有廣泛的適用性；
[0019]3、本實用新型的連接螺杆與彈性體的固定端設置有鎖緊螺母，一方面保證了二者的可靠連接，同時鎖緊螺母對彈性體的應變起起保護和過載限位作用，增加了傳感器的可靠性；
[0020]4、本實用新型的敏感單元採用濺射成膜工藝，通過拋光、濺鍍介質膜、濺鍍合金月旲、光刻、等尚子刻蝕、雷射調阻等多步工序，與集成電路生廣工序精密結合在一起，既提聞了產品性能，同時增大了產能，降低了成本。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0021]圖1為本實用新型一個具體實施例的結構示意圖。
[0022]圖2為本實用新型彈性體的結構示意圖。
[0023]圖3為本實用新型另一個具體實施例的結構示意圖。
[0024]附圖標記如下:I —彈性體，2 —底座，3 —蓋板；4 —連接螺杆，5 —鎖緊螺母，6 —
固定螺釘，7 —薄膜電阻應變敏感單兀，8 —延長杆,9一彈性梁。
【具體實施方式】
[0025]以下將結合附圖對本實用新型內容做進一步說明，但本實用新型的實際製作結構並不僅限於下述的實施例。
[0026]實施例一:
[0027]如圖1所示的濺射薄膜型測力傳感器，包括彈性體1、底座2、蓋板3和連接螺杆4，其製作材料均為17-4PH不鏽鋼。彈性體I的中部為薄片結構，薄片上濺射有薄膜電阻應變敏感單元7 ;底座2中心為凹陷結構，底座2和彈性體I採用雷射焊接或其他方式固為一體，且彈性體I中部可在底座2的凹陷處產生形變，連接螺杆4的一端固定在彈性體I上，另一端作為拉力或壓力的一個施力端。蓋板3中心設置有通孔，連接螺杆4穿過蓋板中心的通孔；底座2的外端中心設置有延長杆8，並作為拉力或壓力的另一個施力端。底座2上也可以採用螺紋接口同外部的施力部件連接，對傳感器施加拉或壓向的力。
[0028]作為一種優選方式，連接螺杆4與彈性體I的固定端設置有鎖緊螺母5，鎖緊螺母材料也為17-4PH。連接螺杆4在鎖緊螺母5的一端不外露頭，且鎖緊螺母5距離底座2有一定的間隙，鎖緊螺母5 —方面保證了連接螺杆4與彈性體I的可靠連接，同時鎖緊螺母5對彈性體的應變起起保護和過載限位作用，增加了傳感器的可靠性。
[0029]作為一種優選方式，如圖2所示，彈性體I的中部為三個對稱結構的彈性梁9 (三個對稱梁120°均布在彈性體I圓周方向上），應變區凸出外露在對稱彈性梁上，通過組橋形成惠斯通電橋電路，從而將力信號轉換為電信號。彈性梁9呈中心對稱結構，一端設置在彈性體I中心，另一端設置在彈性體I的外周，薄膜電阻應變敏感單元7濺射在彈性梁的表面外露的應變區上。保證滿足測量精度需要的同時，彈性體I上均布3個不大於M2的螺釘，起到固定傳感器的作用。
[0030]彈性梁9的寬度為Imm?3mm,厚度為O. 3mm?I. Omm,分布在外徑不大於Φ 17的尺寸空間內，其中優選彈性梁9的寬為或3mm,厚度為O. 3mm、0. 6mm或1mm。實施結果表明，當梁寬2mm，厚O. 6mm，可製成量程為40N的測力傳感器，稍大或小量程的傳感器通過改變彈性梁的寬度和厚度實現。
[0031]薄膜電阻應變敏感單元7由內層的氧化矽介質膜和外層的鎳鉻合金膜組成，其製造採用濺射成膜工藝，通過拋光、濺鍍介質膜、濺鍍合金膜、光刻、等離子刻蝕、雷射調阻等多步工序，與集成電路生產工序精密結合在一起，既提高了產品性能，同時增大了產能，降低了產品成本。
[0032]實施例二
[0033]如圖3所示，其與實施例I的區別在於結構上稍有變化，該傳感器的機械接口由兩邊螺紋連接更改為單邊螺紋連接，同時底座2中心設置有通孔，取代了圖I中蓋板3上的通孔，連接螺杆4穿過底座2中心的通孔，作為拉力或壓力的一個施力端。此外蓋板3上均布有螺紋孔，可用於固定施力部件，作為拉力或壓力的另一個施力端，以滿足不同應用環境需求。
[0034]目前兩種結構的傳感器均可做到測量量程最小6N，最大160N，使用溫度範圍-60°C?120°C,適用真空環境低至10_5Pa,環境溼度對產品基本無影響。
【權利要求】
1.一種低量程濺射薄膜型測力傳感器，其特徵在於：包括彈性體（I)、底座（2)、蓋板(3)和連接螺杆（4)，所述的彈性體（I)的中部為薄片，所述的薄片上濺射有薄膜電阻應變敏感單元（7);所述的底座（2)中心為凹陷結構，底座（2)和彈性體（I)固為一體，且彈性體（I)中部可在底座（2)的凹陷處產生形變；所述連接螺杆（4)的一端固定在彈性體（I)上，另一端作為拉力或壓力的一個施力端。
2.根據權利要求I所述的低量程濺射薄膜型測力傳感器，其特徵在於：所述的蓋板（3)中心設置有通孔，所述的連接螺杆（4)穿過蓋板（3)中心的通孔，其一端固定在彈性體（I)上，另一端作為拉力或壓力的一個施力端；所述底座（2)的外端中心設置有延長杆（8)，並作為拉力或壓力的另一個施力端。
3.根據權利要求I所述的低量程濺射薄膜型測力傳感器，其特徵在於：所述的底座（2)中心設置有通孔，所述的連接螺杆（4)穿過底座（2)中心的通孔裝入彈性體（I)中，連接螺杆（4)的外端作為拉力或壓力的一個施力端；所述蓋板（3)上均布有螺紋孔，可用於固定施力部件，並作為拉力或壓力的另一個施力端。
4.根據權利要求I或2或3所述的低量程濺射薄膜型測力傳感器，其特徵在於：所述的連接螺杆（4)與彈性體（I)的固定端設置有鎖緊螺母（5)。
5.根據權利要求I或2或3所述的低量程濺射薄膜型測力傳感器，其特徵在於：所述彈性體（I)的中部為三個對稱結構的彈性梁（9)，所述的彈性梁（9)呈中心對稱結構，一端設置在彈性體（I)中心，另一端設置在彈性體（I)的外周，在彈性梁的表面濺射有薄膜電阻應變敏感單元（7)。
6.根據權利要求5所述的低量程濺射薄膜型測力傳感器，其特徵在於：所述的薄膜電阻應變敏感單元（7)由內層的氧化矽介質膜和外層的鎳鉻合金膜組成。
7.根據權利要求5所述的低量程濺射薄膜型測力傳感器，其特徵在於：所述的彈性梁(9)的寬度為I臟?3臟，厚度為O. 3臟?I. Ctoim。
8.根據權利要求5所述的低量程濺射薄膜型測力傳感器，其特徵在於：所述的彈性梁(9)的寬為或 3mm,厚度為 O. 3mm、0. 6mm 或 1mm。
9.根據權利要求I或2或3所述的低量程濺射薄膜型測力傳感器，其特徵在於：所述的底座（I)和彈性體（I)通過雷射焊接在一起。
10.根據權利要求或2或3所述的低量程濺射薄膜型測力傳感器，其特徵在於：所述的彈性體⑴、底座⑵、蓋板⑶、連接螺杆⑷和鎖緊螺母（5)的製作材料均為17-4PH不鏽鋼。
【文檔編號】G01L1/22GK203490009SQ201320558902
【公開日】2014年3月19日 申請日期:2013年9月9日 優先權日:2013年9月9日
【發明者】黎明誠, 戚龍 申請人:陝西電器研究所