CN101614522B

CN101614522B - 基于离子束技术的电阻应变计制作方法

Info

Publication number: CN101614522B
Application number: CN2009100234785A
Authority: CN
Inventors: 黎明诚; 戚龙; 盖广洪
Original assignee: No44 Institute Of China Academy Of Launch Vehicle Technology
Current assignee: No44 Institute Of China Academy Of Launch Vehicle Technology
Priority date: 2009-07-31
Filing date: 2009-07-31
Publication date: 2011-03-02
Anticipated expiration: 2029-07-31
Also published as: CN101614522A

Abstract

本发明涉及一种基于离子束技术的电阻应变计制作方法，采用直流等离子体溅射技术和等离子刻蚀技术，在高温硅橡胶基片表面涂敷聚酰亚胺酸胶液，热固化形成聚酰亚胺柔性基底，然后剥离后固化得到所需应变特性要求的柔性基底膜，在柔性基底聚酰亚胺表面溅镀电阻合金膜，最后再通过光刻和刻蚀工艺制备成电阻应变计，具有工艺简单、成品率高、电阻合金膜成分可控、合金组分可按需求调配、图形分辨率高、所制材料性能优良等优点。

Description

基于离子束技术的电阻应变计制作方法

技术领域

本发明内容属于测试计量装置的制作技术领域，涉及一种电阻应变式传感器用敏感元件——微型箔式电阻应变计的制作方法，利用其可制备用户需求的电阻温度系数的自补偿电阻应变计。

背景技术

电阻应变计也称电阻应变片，包括箔式或微型箔式电阻应变计，是电阻应变敏感元件，可用于测量各种构件表面的单向或多向应变值。电阻应变计主要由敏感栅和基底等组成。敏感栅是电阻应变计的最重要的组成部分，其作用是将弹性元件的应变量传换成电阻变化量；基底起支持和保护敏感栅的作用，可使其保持规定的几何形状和相对位置，并保证敏感栅与弹性元件之间具有很高的绝缘性能。

传统制造箔式或微型箔式电阻应变计的方法包括以下的工艺步骤：采用经过严格检查的电阻应变箔材，要求它的厚度均匀和表面无皱褶、针孔，就检查后的电阻应变箔材进行清洗并裁剪成一定尺寸，使用平台流胶方式在箔材表面匀胶，之后通过自燃固化和热烘干燥制成基底膜；采用负性光刻胶曝光光刻，以三氯化铁溶液作腐蚀液，通过粗腐蚀将光刻后裸露的合金箔材除去，再通过细腐蚀将栅条边缘腐蚀光滑；将腐蚀后的箔材用清水冲洗，并放入稀盐酸溶液中浸泡，取出后先用清水清洗，再将其放入氯化钠水溶液中进行中和，最后用清水将其清洗干净，经过热烘后，即制成箔式应变计。该工艺存在着材料要求苛刻、工艺复杂、重复性差等一系列的缺点。

发明内容

本发明的目的在于针对传统工艺的不足，提供一种基于离子束溅射刻蚀技术为基础的应变计制造工艺，具有工艺简单、成品率高、合金组分可按需求调配、图形分辨率高等优点。

为实现上述发明目的而提供的基于离子束技术的电阻应变计制作方法包括下述的工艺步骤：

1、制备柔性基底——采用高温硅橡胶皮为基片，在硅橡胶基片表面通过涂敷和热固化方式制成一层聚酰亚胺(Pl)柔性基底，使聚酰亚胺基底同硅橡胶基片分离后，将聚酰亚胺基底置于真空烘箱里边进行热固化，形成所需要的聚酰亚胺柔性基底材质；

2、制作电阻合金膜——在柔性基底聚酰亚胺表面溅射100～3000nm的镍铬电阻合金薄膜；

3、光刻制备电路图形——在镍铬电阻合金薄膜上涂敷光刻胶，使光刻胶热固化，然后利用光刻机光刻，制备出所需的线宽的电阻应变计电路图形；

4、刻蚀图形——采用等离子体刻蚀技术除去多余的电阻合金膜，去除光刻胶，得到电阻应变计。

与现有技术相比，本发明具有的优点如下所述：

一、工艺简单，成品率高

本发明所述工艺直接在绝缘基底材料上通过纳米量级的生长形成应变合金薄膜，省略了应变箔材清洗、裁剪、倒胶、固化等一些列的复杂工艺，不伤应变合金薄膜，从而提高了成品率。

二、合金组分可按需求调配

该工艺应变合金薄膜是通过溅射的方式形成在绝缘基底材料上的，应变合金组分跟溅射靶材直接相关，根据调配不同的靶材合金成分，就可以按需调节应变合金材料的合金组分。

三、图形分辨率高

应变计图形制备方式采用的是等离子体刻蚀技术，制备的产品边缘陡直，边线整齐，尺寸精准，具有优良的图形制备效果。

综上所述，本发明采用直流等离子体溅射技术和等离子刻蚀技术，在高温硅橡胶基片表面涂敷聚酰亚胺酸胶液，热固化形成聚酰亚胺柔性基底，在柔性基底上再通过溅射、光刻和刻蚀工艺制备成电阻应变计，工艺过程中采用聚酰亚胺胶具有绝缘性好、弹性系数大、线膨胀系数小、耐热性高等一些列优点，故其成为溅射制作应变计的理想基底，而采用离子束溅射镀膜技术可以保证膜的一致性、致密性和均匀性，因而也是一种制作电阻应变计的理想镀膜方法。

附图说明

图1为本发明提供的基于柔性基底的电阻应变计的结构示意图。

图2～图7为基于离子束技术的电阻应变计制作方法的工艺流程图，其中图2为硅橡胶基片示意图，图3为在基片上涂敷聚酰亚胺柔性基底步骤的示意图，图4为在柔性基底表面溅射电阻合金膜步骤的示意图，图5为匀胶、光刻得到电阻应变计光刻图形步骤的示意图，图6为采用等离子刻蚀去除多余的金属膜步骤的示意图，图7为去除光刻胶获得柔性基底电阻应变计样品的示意图。

图中各标号名称分别是：1-硅橡胶基片，2-聚酰亚胺柔性基底，3-电阻合金膜，4-光刻胶光刻制备的应变计图形。

具体实施方式

参见附图，本发明提供的基于离子束技术的电阻应变计制作方法包括制备柔性基底、制作电阻合金膜、光刻制备电路图形和刻蚀图形等工艺步骤，其一个具体的制作实施例如下所述。

1、制备柔性基底

采用厚度1～3mm的高温硅橡胶基片(图2)，先用酒精和去离子水清洗基片，在100℃对流烘箱中热烘10分钟，烘干，然后在基片表面放置一个起支撑作用的1～2mm厚的金属(不锈钢)框架，在框架内部通过刮胶的方式涂敷0.5～1.5mm厚度的稀释过的聚酰亚胺酸胶液，采用刮刀单方向一次刮匀成型，将胶液置于60℃～90℃热烘板上进行4～8小时的烘干处理，使之形成20～40μm厚度的聚酰亚胺柔性基底(图3)；将金属框架随同粘附在上边的聚酰亚胺柔性基底胶膜与硅橡胶基片剥离，再在真空烘箱里采用80℃-120℃-180℃-250℃的阶梯升温法对聚酰亚胺柔性基底进行高温固化，制得所需要的具有应变高性能的聚酰亚胺层膜。

2、制作电阻合金膜

先利用等离子体清洗柔性基底聚酰亚胺层膜表面5～15分钟，利用粒子能量800～900eV、离子束流80～120mA的参数在聚酰亚胺层膜表面(衬底)溅射沉积镀膜30～60分钟，溅射温度为室温，溅射功率为500～800W，制得厚度为100～3000nm的具有高性能应变特性的镍铬(Ni/Cr)电阻合金薄膜(图4)。实际工艺施行中，选择溅射靶材的材料为Ni80、Cr20的镍铬合金靶，由其制备的电阻应变计的性能参数分别是：灵敏系数为2.1～2.3，电阻率为100～110(10^-8Ω·m)，电阻温度系数110～130(10^-6)，线膨胀系数14(10^-6)。

3、光刻制备电路图形

利用转速为1500rpm的匀胶机在镍铬电阻合金薄膜表面旋转涂敷光刻胶，使光刻胶在80℃下进行30分钟的热固化，在曝光灯功率为500W的光刻机下采用真空吸附式曝光80～100秒，曝光光源为球型汞灯，然后在显影液中显影80～100秒，在80℃下后烘20～30分钟进行坚膜，制备出所需的线宽5～20μm的电阻应变计电路图形(图5)。本步骤中光刻胶可采用BP-212型正性光刻胶即邻苯氮醌型光刻胶，显影液可采用氢氧化钠溶液。

4、刻蚀图形

采用等离子体刻蚀机在参数离子能量300eV，离子束流80mA下刻蚀40分钟，除去不需要的电阻合金膜(图6)，在丙酮中超声清洗5秒中去除光刻胶(图7)，再用酒精，去离子水超声清洗烘干，使电阻应变计敏感栅一次刻蚀成形，得到基于离子束技术的电阻应变计。将电阻应变计分离，检验筛选，测试得到最终产品。

Claims

1.一种基于离子束技术的电阻应变计制作方法，其特征在于包括下述的工艺步骤：

1.1制备柔性基底——采用高温硅橡胶皮为基片，在硅橡胶基片表面通过涂敷和热固化方式制成一层聚酰亚胺柔性基底，使聚酰亚胺柔性基底同硅橡胶基片分离后，将聚酰亚胺柔性基底置于真空烘箱里边进行热固化，形成所需要的聚酰亚胺柔性基底材质；

1.2制作电阻合金膜——在柔性基底聚酰亚胺表面溅射100～3000nm的镍铬电阻合金薄膜；

1.3光刻制备电路图形——在镍铬电阻合金薄膜上涂敷光刻胶，使光刻胶热固化，然后利用光刻机光刻，制备出所需的线宽的电阻应变计电路图形；

1.4刻蚀图形——采用等离子体刻蚀技术除去多余的电阻合金膜，去除光刻胶，得到电阻应变计。

2.根据权利要求1所述的基于离子束技术的电阻应变计制作方法，其特征在于所说的制备柔性基底工艺步骤为：采用厚度1～3mm的高温硅橡胶皮为基片，先用酒精和去离子水清洗基片，烘干，然后在基片表面放置一个起支撑作用的1～2mm厚的金属框架，在框架内部通过刮胶的方式涂敷0.5～1.5mm厚度的稀释过的聚酰亚胺酸胶液，将胶液置于60℃～90℃热烘板上进行4～8小时的烘干处理，使之形成20～40μm厚度的聚酰亚胺柔性基底；将金属框架随同粘附在上边的聚酰亚胺柔性基底与硅橡胶基片剥离，再在真空烘箱里采用80℃-120℃-180℃-250℃的阶梯升温法对聚酰亚胺柔性基底进行高温固化，制得聚酰亚胺层膜。

3.根据权利要求2所述的基于离子束技术的电阻应变计制作方法，其特征在于所说的制作电阻合金膜工艺步骤为：先利用等离子体清洗柔性基底聚酰亚胺层膜表面5～15分钟，利用粒子能量800～900eV、离子束流80～120mA的参数在聚酰亚胺层膜表面溅射沉积镀膜30～60分钟，溅射温度为室温，溅射功率为500～800W，制得厚度为100～3000nm的镍铬电阻合金薄膜。

4.根据权利要求1所述的基于离子束技术的电阻应变计制作方法，其特征在于所说的光刻制备电路图形工艺步骤为：利用转速为1500rpm的匀胶机在镍铬电阻合金薄膜表面旋转涂敷光刻胶，使光刻胶在80℃下进行30分钟的热固化，在曝光灯功率为500W的光刻机下采用真空吸附式曝光80～100秒，然后在显影液中显影80～100秒，在80℃下后烘20～30分钟进行坚膜，制备出所需的线宽5～20μm的电阻应变计电路图形。

5.根据权利要求4所述的基于离子束技术的电阻应变计制作方法，其特征在于所说的光刻胶为BP-212型正性光刻胶，所说的显影液为氢氧化钠溶液。

6.根据权利要求1所述的基于离子束技术的电阻应变计制作方法，其特征在于所说的刻蚀图形工艺步骤为：采用等离子体刻蚀机在参数离子能量300eV，离子束流80mA下刻蚀40分钟，除去不需要的电阻合金膜，在丙酮中超声清洗5秒中去除光刻胶，再用酒精、去离子水超声清洗烘干，使电阻应变计敏感栅一次刻蚀成形。