CN110873616A - 防潮应变片及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种防潮应变片(12，21，31，41，25，35，45)和防潮应变片(12，21，31，41，25，35，45)的制备方法，包括以下步骤：提供聚合物膜箔材(15)；通过用沉积工艺在所述聚合物膜箔(15)的表面上形成湿气阻挡涂层(17)来生产湿气隔绝聚合物膜(14，34，44)；以及将所述湿气隔绝聚合物膜(14，34，44)施加到所述应变片(12，21，31，41，25，35，45)上。本发明防潮应变片的制备方法将湿气隔绝涂层施加到聚合物膜上、随后将所产生的湿气隔绝聚合物膜放置在应变片上的本发明方法更高效地利用了气相沉积室，从而产生显著的成本节省。

Description

防潮应变片及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种防潮应变片和防潮应变片的制备方法。特别关心的是用于测力传感器的应变片，但并不由此暗示或旨在受此限制，因为认为本发明方法完全适用于在其他应用中使用的应变片。此外，根据本发明的湿气隔绝方法可以用三种方式之一加以应用：a)在应变片的制造过程中；b)应用于新应变片本身；或c)应用于在测力传感器上或在要进行应变测量的任何物体上处于其安装好的状态的应变片。本发明的范围扩展到包括用本发明方法生产的防潮保护隔绝件的应变片以及测力传感器。
背景技术
目前市场上可获得的常规应变片通常具有形成载体基底的矩形聚合物箔片的形式，呈曲折结构形状的金属电阻条被安排在载体基底上。金属电阻条被安排在金属电阻箔材上，金属电阻箔材通过已知的层压方法然后通过已知的化学蚀刻方法与载体基底组合成应变片。在金属电阻箔材上还安排有用于接触电阻条的连接器电极或电极焊盘。连接器电极通常与电阻条一起在一次作业操作中制成，并且它们因此在大多数情况下由相同的材料组成，所述材料通常是康铜，因为其温度敏感性低。取决于应用领域，发现了由玻璃、陶瓷材料、在许多情况下是聚合物、玻璃纤维增强聚合物、或复合材料制成的载体基底。为了测量由于作用在物体上的力或应力引起的机械变形，将一个或多个应变片粘性贴附到未受力物体的表面。现在，当物体受到力或应力时，物体产生的变形引起可测量到的应变片的金属电阻条的电阻变化。在应变片式测力传感器的情况下，应变片被贴附到测力传感器的可弹性变形体(又称为弹簧元件)的表面，并且电阻的测量值用于确定作用在测力传感器上的重力的大小。
应变片的金属电阻条可以被在本文中称为机械保护层的覆盖层盖顶，其目的是隔离精巧的电阻条以免直接机械接触以及保护电阻条以免污垢和灰尘沉积。因此，金属电阻条被夹在均由聚合物材料制成的、厚度为约10μm到20μm(微米)的基底箔与机械保护层之间。应变片中使用的聚合物材料包括例如聚酰亚胺、酚醛、聚醚醚酮以及这些材料的相关类型。除了使它们适合于应变片的特性之外，另一方面，这些材料具有吸湿性的缺点，从而根据周围大气的湿度而保持不同百分比的水。当吸收潮气时，应变片中的聚合物材料的体积将膨胀，导致与聚合物材料紧密结合的金属电阻条的小变形。除了体积变化之外，水的吸收还引起应变片的聚合物材料的弹性模量的变化。在应变片式测力传感器的情况下，应变片的聚合物材料的体积变化和弹性模量变化对测力传感器的计量性能有不良影响，导致测力传感器的空载信号(零点)的漂移和/或灵敏度(信号/负载比)的漂移、和/或蠕变(当负载在测力传感器上长时间保持时，背离最初指示值缓慢变化)。
因此，为了确保即使在大气湿度变化的时期也能保持应变片式测力传感器的称重精度和可靠性，需要保护应变片以防湿气渗透。用于所谓“贸易结算”应用的测力传感器受政府规定的约束，这些测力传感器是根据OIML(法国巴黎国际法制计量组织)出版的“OIMLR 60-第1部分和第2部分测力传感器的计量规定”进行国际标准化。本法规包括用于在不同大气温度和湿度水平下在环境测试室中测试测力传感器的称重精度的标准化程序。在测力传感器的开发和设计中，必不可少的目标规范之一是测力传感器必须在指定的不同大气温度和湿度水平下通过这些所需的OIML测试。在这些标准化程序下，测试期间的大气湿度在规定的时间周期内变化，所述时间周期必然是有限的持续时间。
为了满足上述要求，测力传感器中的应变片必须与周围大气隔绝以防湿气渗透。根据例如在US 4,957,177中描述和说明的第一现有技术解决方案，这可以通过在将安装了应变片的弯曲梁封闭在金属波纹管中的悬臂式测力传感器(又称为弯曲梁式测力传感器或力矩不敏感式测力传感器)中实现，其中波纹管的端缘分别在悬臂式测力传感器的固定端和可移动端处焊接到圆柱形端子部。波纹管可以填充有气体，例如干燥氮气。波纹管外壳气密地密封测力传感器的应变片区域，因此对应变片提供针对大气湿度的绝对保护，但仍存在一些严重的缺点。由焊接过程引入的并且可能随着时间的推移或在施加称重负载时松弛的残余应力可能通过所指示的重量值的漂移和滞后而降低测力传感器的测量精度。这些与称重容量成比例的影响的相对大小对于具有低称重容量(例如6kg×2g或3kg×1g)的测力传感器而言是非常大的，所述测力传感器通常用于零售用称重秤(低容量应变片式测力传感器的最重要的应用之一)。此外，波纹管、焊接过程、以及随后的气密密封件的泄漏测试大大增加了制造成本。
根据第二现有技术解决方案，用于测力传感器的应变片通过用电绝缘中间层顶部上的金属箔覆盖曲折电阻条的区域来隔绝以防周围大气的湿气渗透，而使电阻条的末端处的连接器接片外露。如例如在US 4,557,150中所描述的，金属箔覆盖物在应变片已经安装在测力传感器本体上之后施加到应变片上。替代性地，例如根据US 5,631,622，应变片本身以已经包括金属箔覆盖物的形式制造和销售。金属箔保护电阻条以防湿气渗透穿过顶表面。然而，由于金属箔材的相对较高的弹性模量与应变片和粘性粘结层中的聚合物材料的粘性特性相结合，金属箔强烈影响测力传感器的测量性能，导致测力传感器的空载信号(零点)的漂移和/或灵敏度(信号/负载比)的漂移、和/或蠕变(当负载在测力传感器上长时间保持时，背离最初指示值缓慢变化)。与上述金属波纹管一样，这些影响在称重容量低的测力传感器中表现得最为强烈。此外，存在这样的风险：电阻条与箔盖之间的中间层中的孔或间隙可能导致绕过曲折电阻条的一部分的短路。
当箔使用金属以外的材料以避免高弹性模量时，具有低弹性模量的替代材料需要更大的厚度来实现相当的保护。与金属箔一样，较大的厚度以与上述相同的方式影响测力传感器的测量性能。
根据例如在EP 1 560 011 A1中描述的第三种现有技术解决方案，用于测力传感器的应变片通过用保护性无机涂层覆盖应变片(电阻条的末端处的连接器接片除外)来隔绝以防来自周围大气的湿气渗透，所述无机涂层具有多个不同材料的离散层或者其材料成分在涂层的厚度方向上连续地变化。例如通过刷涂、喷涂、轧制、或移印将表面平滑的聚合物层施加到金属电阻条。随后通过等离子体增强化学气相沉积(PECVD)将保护性无机涂层施加在表面平滑的聚合物层的顶部上。具有多个不同材料的离散层的多层无机涂层可以由交替的离散氮化硅层和氧化硅层构成。其他可能的材料包括金属、碳化物和氟化物。材料成分在厚度上连续变化的涂层可以形成为单层氮氧化硅SiOxNy，其中比率x/y随着层的厚度而变化。
根据如EP 1 560 011 A1中描述的前述第三解决方案的保护涂层可以应用于应变片的制造过程中。所得产品是在其安装在测力传感器中之前已经受到湿气防护的应变片。替代性地，保护性涂层可以在应变片已经安装在测力传感器本体上之后施加到常规(即无涂层的)应变片上。在后一种替代方案中，保护性涂层的沉积工艺相当大地增加了制造成本，因为必须将整个测力传感器放入气相沉积室中。
根据US 5,052,505，悬臂式测力传感器可以通过使上面安装有应变片的表面区域凹入并且随后用防潮盖片材(例如橡胶片材)覆盖凹部使得应变片的顶表面与橡胶片材之间没有接触来进行湿气防护。换言之，每个应变片都被封闭在它自己的空腔中。此解决方案的主要问题是，相比于US 4,957,177中的将应变片封闭在可进行泄漏测试的金属波纹管内的上述解决方案，在US 5,052,505的防潮橡胶片材下对于小的空气空间泄漏测试似乎是不可行的。
根据另一种最近提出的解决方案，例如在EP 0 667 514 A1中所描述的方案，用于挠性元件的应变片包括树脂材料制成的一底层，设置在衬底表面上的一电阻，以及一熔合层，所述熔合层设置在所述电阻所在衬底表面的相反面上。所述熔合层的作用是使得朝向所述挠性元件的所述应变片电绝缘。所述熔合层为热塑性聚酰亚胺层，除了热塑性聚酰亚胺之外，其可以包括树脂和/或热塑性聚酰亚胺以外的一种填料。所述填料例如可以包括无机细颗粒氧化铝，钛氧化物，氮化硼和硅氧化物。所述熔合层混合有所述填料，将所述热塑性聚酰亚胺层的线性膨胀系数调整至接近所述挠性元件的线性膨胀系数的值，因此其仅应用于面向所述挠性元件的所述应变片的表面。
发明内容
鉴于现有技术解决方案的这些缺点，因此本发明的目的是提供一种防潮应变片和制造防潮应变片的方法，所述应变片被隔绝以防湿气渗透，特别是设计用于测力传感器或已经安装在测力传感器中的应变片，使得：
-装备有根据本方法进行湿气隔绝的应变片的测力传感器将不仅通过上述标准OIML R-60规定的湿度测试，而且在将测试持续时间延长到大约一年时也将会通过相同的湿度测试；
-包括了装备有根据本方法进行湿气隔绝的应变片的一个或多个测力传感器的称重仪器将会通过由标准OIML R-76针对精度等级I、II和III的称重仪器规定的湿度测试；
-与未隔绝但其他方面相同的测力传感器相比，所述湿气隔绝型测力传感器的计量性能不会因隔绝而降低；
-隔绝可以应用于应变片的制造过程中，可以添加到成品应变片本身，或者可以应用于已经安装在测力传感器本体上的应变片；并且
-无论是将隔绝应用于应变片本身还是应用于已经安装在测力传感器本体上的应变片，与现有技术水平相比，本方法以低制造成本一致地产生高品质的结果。
通过根据独立权利要求1所述的应变片，以及根据独立权利要求7、9、17、18和19的方法实现前述目的。在从属权利要求中阐述了所述应变片和所述方法的细节方面、进一步发展的版本和变型。
独立权利要求的共同之处在于应变片的聚合物材料的暴露在环境下的表面被减少，即在应变片的制造或安装过程中使用的聚合物材料在应变片的表面上接收湿气阻挡涂层。
本发明防潮应变片包括一基层，由聚合物基底箔材制成；一电阻条层，位于金属电阻箔材上，所述电阻条呈曲折结构形状并且具有用于接触所述电阻条的电极焊盘；所述电阻条层与所述基层层压在一起，且通过化学蚀刻方法在所述层压箔材上生产应变片。根据本发明，通过用沉积工艺在基层的所有侧面上形成湿气阻挡涂层，使得所述基层由所述湿气阻挡涂层包封。所述应变片还包括一覆盖层，由聚合物膜箔材制成；一湿气阻挡涂层，通过用沉积工艺在所述覆盖层的至少一个侧面上形成所述湿气阻挡涂层。其中，在所述电阻条层的表面上覆盖有涂覆的覆盖层，用于覆盖住至少部分的应变片。
本发明一种防潮应变片的制备方法，包括以下步骤：提供一由聚合物基底箔材制成的基层；提供一位于金属电阻箔材上的电阻条层，所述电阻条呈曲折结构形状并且具有用于接触所述电阻条的电极焊盘；通过在所述基层的所有表面侧形成湿气阻挡涂层而生产一涂覆基层，将所述电阻条层与至少一个所述涂覆基层层压在一起，并通过化学蚀刻方法在层压层上生成应变片。
另一种防潮应变片的制备方法，包括以下步骤：提供一由聚合物膜箔材制成的覆盖层；通过采用沉积工艺在所述覆盖层的表面上形成湿气阻挡涂层来生成一涂覆的覆盖层，并将所述涂覆的覆盖层运用到所述应变片以覆盖后者的至少一部分。此处另一种防潮应变片的制备方法也可以运用于上文中制造出来的应变片。
优选地，用来自所述电阻条层的附加金属材料覆盖在应变片的在施加涂覆的覆盖层之后仍未被覆盖的表面上，其中附加金属材料与金属电阻条或电极焊盘没有导电连接。附加金属材料与电阻条和电极焊盘一起在一次作业操作中制成，并且因此在大多数情况下由相同的材料组成。
有利地，当将涂覆的覆盖层施加到应变片时，还可以用湿气隔绝聚合物膜覆盖在整个应变片上。在这种情况下，制作穿过涂覆的覆盖层通向应变片的电极焊盘的开口。
适合于所述基层或所述覆盖层的聚合物包括但不限于例如PET(聚对苯二甲酸乙二醇酯)、PI(聚酰亚胺)、以及PEEK(聚醚醚酮)。在根据本发明的方法中使用的覆盖层的厚度典型地在微米范围内。对于称重容量较大的测力传感器，例如剪力梁式测力传感器和柱式测力传感器，较大的厚度似乎是可行的。对于此类大容量测力传感器，厚度为例如500μm(微米)的涂覆的覆盖层可能是可行的并且被认为属于本发明的范围。在任何情况下，应当理解，覆盖层的厚度不是本发明的限定性或限制性因素。
如在例如本发明的受让人还拥有的EP 1 560 011 A1中描述的现有技术解决方案中，湿气阻挡涂层优选地是非金属无机涂层，所述非金属无机涂层由多个不同材料的离散层构成、或者其材料成分在垂直于涂层表面的厚度方向上连续地变化。在EP 1 560 011 A1中广泛地解释了此类用于湿气阻挡涂层的分层结构的优点，所述文献在此通过援引并入本文。适合于根据本发明的方法中使用的湿气阻挡涂层的非金属无机材料包括例如SiO2、Al2O3、TiO和SiN。还可以是无机-有机多层结构。可以用于施加湿气阻挡涂层的涂覆技术包括例如化学气相沉积(CVD)、等离子体增强化学气相沉积(PECVD)、物理气相沉积(PVD)、以及原子层沉积(ALD)。
沉积在所述基层或所述覆盖层上的湿气阻挡涂层的厚度典型地不大于200纳米。此外，湿气阻挡涂层可以沉积在膜箔的一侧或两侧，或者膜箔还可以由所有侧(包括膜箔边界周围的非常窄的表面条带)的涂层包封。
具有湿气阻挡涂层的所述基层或所述覆盖层在下文中将分别称为涂覆的基层或涂覆的覆盖层。
常规应变片在本文中被认为是目前市场上可获得的应变片，即具有不含湿气阻挡涂层的所述基层。
将湿气隔绝聚合物膜施加到应变片的方法步骤可以以如下三种不同的方式A、B、C实施：
A.在测力传感器本体(或要进行应变测量的另一物体)上安装应变片与在应变片的顶部上安装涂覆的覆盖层彼此相结合。通过施加必要的粘结剂将应变片放置在测力传感器本体上，覆盖上施加了必要的结合剂的涂覆的覆盖层以覆盖应变片的至少一部分，用压力夹来固定应变片和涂覆的覆盖层在测力传感器本体上的安装，并且整个组件在加热炉中热固化以使粘结物凝固。
B.涂覆的覆盖层的安装是在已经安装好并且其粘结物已经热固化的应变片上进行的。覆盖上施加了必要的结合剂的涂覆的覆盖层以覆盖应变片的至少一部分，用压力夹来固定涂覆的覆盖层在应变片上的安装，并且整个组件在加热炉中热固化或用紫外线固化的方法以使粘结物凝固。如果使用室温固化型粘合剂，则在安装涂覆的覆盖层之后不再需要进行加热炉固化或紫外线固化。
C.在应变片的制造过程中进行涂覆的覆盖层的安装，使得所得产品是湿气隔绝型应变片。涂覆的覆盖层的安装可以在单独应变片上进行，或者在随后被切割成单独应变片的多单元片材上进行。应变片通常以多单元片材的形式生产，多单元片材随后被切割成表示最终产品的单独应变片的最终形式。
特别是在将涂覆的覆盖层施加到已经放置在测力传感器本体上或永久安装在测力传感器本体上的应变片的情况下，本发明的方法具有优于已在上文中描述的受让人的专利EP 1 560 011 A1的早期解决方案的重要优点。对于所述早期解决方案，必须将整个测力传感器放在蒸发室内部，以便在表面光滑的聚合物层上沉积湿气隔绝涂层。相比之下，将湿气隔绝涂层施加到覆盖层上、随后将所产生的涂覆的覆盖层放置在应变片上的本发明方法更高效地利用了气相沉积室，从而产生显著的成本节省。
附图说明
本发明的详细实施方式在附图中得以展示并且在以下对附图和示例性实施例的描述中进行了解释，几个视图中的类似附图标记表示相同或等效的特征，其中：
图1表示双梁悬臂式测力传感器的三维视图。
图2表示出了图1的测力传感器，其中湿气隔绝聚合物膜安装在应变片的顶部。
图3表示出了湿气隔绝聚合物膜的截面，其中湿气阻挡涂层被施加到聚合物箔的一侧；。
图4表示出了湿气隔绝聚合物膜的截面，其中湿气阻挡涂层被施加到聚合物箔的两侧。
图5表示出了包封在湿气阻挡涂层中的湿气隔绝聚合物膜的截面，所述湿气阻挡涂层被施加到两侧以及聚合物箔边界周围的非常窄的表面条带。
图6表示没有机械保护层的应变片的俯视图。
图7A表示没有机械保护层的应变片的截面视图。
图7B表示没有机械保护层、具有湿气阻挡涂层的应变片的截面视图，所述湿气阻挡涂层被施加到两侧以及聚合物基底箔边界周围的非常窄的表面条带。
图8表示具有机械保护层的应变片的俯视图。
图9A表示具有机械保护层的应变片的截面视图。
图9B表示具有机械保护层、具有湿气阻挡涂层的应变片的截面视图，所述湿气阻挡涂层被施加到两侧以及聚合物基底箔边界周围的非常窄的表面条带。
图10表示应变片的截面视图，其中在测力传感器的应变感测区域中没有安装机械保护层，湿气隔绝聚合物膜已安装好。
图11表示应变片的截面视图，其中在测力传感器的应变感测区域中安装了机械保护层，湿气隔绝聚合物膜已安装好。
图12A表示用湿气隔绝聚合物膜保护的应变片的俯视图。
图12B表示用湿气隔绝聚合物膜保护的应变片的俯视图，其中用在化学蚀刻后保留在应变片上的附加金属材料覆盖在应变片的未覆盖表面上。
图12C表示在其整个表面上用湿气隔绝聚合物膜保护的应变片的俯视图，所述湿气隔绝聚合物膜具有用于接触电极焊盘的开口。
图13表示用湿气隔绝聚合物膜保护的没有机械保护层的应变片的截面视图。
图14表示用湿气隔绝聚合物膜保护的具有机械保护层的应变片的截面视图。
【附图标记】
1 双梁悬臂式测力传感器
2 顶侧
3 底侧
4 负载接收端部
5 安装端部
6 上弯曲梁部
7 下弯曲梁部
8 螺纹孔
9 造型开口
10 薄的桥部
12 应变片
13、23、43 电极焊盘
14、34、44 湿气隔绝聚合物膜、涂覆的覆盖层
15 薄的聚合物材料片材，14的基材，覆盖层
17 湿气阻挡涂层
20 基层，聚合物基底箔
21A、31、41 敞面式应变片
21B 湿气隔绝型敞面式应变片
22、42 电阻条
25A、35、45 受保护式应变片
25B 湿气隔绝型受保护式应变片
26、36、46 机械保护层
33 测力传感器本体
37 邻接应变片31、35的边界区域
38 粘结物
47 开口
48 附加金属材料
具体实施方式
为让本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，以下结合附图对本发明的具体实施方式作详细说明。
现在将详细参考附图描述本发明的实施例。现在将详细参考本发明的优选实施例，其示例在附图中示出。在任何可能的情况下，在所有附图中将使用相同的标记来表示相同或相似的部分。此外，尽管本发明中所使用的术语是从公知公用的术语中选择的，但是本发明说明书中所提及的一些术语可能是申请人按他或她的判断来选择的，其详细含义在本文的描述的相关部分中说明。此外，要求不仅仅通过所使用的实际术语，而是还要通过每个术语所蕴含的意义来理解本发明。
图1示出了双梁悬臂式测力传感器1，其具有顶侧2和底侧3(不可见)、负载接收端部4和安装端部5、上弯曲梁部6以及下弯曲梁部7。负载接收端部4具有从顶侧2起的两个螺纹孔8，用于附接称重平台或其他类型的负载接收器。类似地，安装端部5具有从底部(图中不可见)起的两个螺纹孔，用于将测力传感器1安装在称重秤(未示出)的底板上或任何其他类型的支撑下部结构上。弯曲梁部6、7是通过机加工出穿过测力传感器1的中心的适当造型的开口9而形成。开口9被成形为在弯曲梁部6、7中形成薄的桥部10。安装四个应变片12，两个在顶部弯曲梁部6上并且两个(不可见)在下部弯曲梁部7上，应变片的电阻条精确地对齐并且在薄的桥部10上居中。将四个应变片12布线在惠斯登电桥电路中并获得表示施加到双梁悬臂式测力传感器1的负载接收端部4上的称重负载的电信号的原理在本领域中是公知的(例如参见US5,052,505)，因此在这里将不进行进一步描述。
图2示出了在通过可商购获得的应变片粘合剂将湿气隔绝聚合物膜盖14安装在应变片12的顶部上之后的同一测力传感器1，所述应变片粘合剂例如为美国北卡罗莱纳州温德尔(Wendell)市温德尔大道951号、邮编27591的威世精密集团(Vishay PrecisionGroup)微测量部(Micro-Measurements)制造的M-Bond 43B。由湿气隔绝聚合物膜14覆盖的区域稍微延伸超出每个应变片12的边界。电极焊盘13部分地未被覆盖，使得电路线可以锡焊或焊接到电极焊盘上。
图1和图2中的测力传感器也可以用摇柱式测力传感器或要进行应变测量的任何物体代替，例如压力传感器、或飞机的起落架或卡车的底盘框架、以及用于静态和动态测试的机器和建筑结构。
用于湿气隔绝聚合物膜14(参见图3至图5)的基材是薄的聚合物材料片材15。根据本发明，聚合物片材15从无机材料的湿气阻挡涂层17得到其湿气隔绝性能，所述湿气阻挡涂层在沉积过程中施加到聚合物片材15上。无机湿气阻挡涂层17可以施加到聚合物片材15的一侧(图3)、两侧(图4)、或两侧以及边界周围的非常窄的表面条带(图5)，从而使得聚合物材料15被湿气阻挡涂层17包封。用于低容量双悬臂式测力传感器1的湿气隔绝聚合物膜14的厚度在微米范围内。对于称重容量较大的测力传感器，例如剪力梁式测力传感器和柱式测力传感器，较大的厚度是可行的。对于此类大容量测力传感器，厚度为例如500μm(微米)的湿气隔绝聚合物膜14似乎是可行的并且被认为属于本发明的范围。适合于基础聚合物片材15的聚合物包括例如PET(聚对苯二甲酸乙二醇酯)、PI(聚酰亚胺)、PEEK(聚醚醚酮)以及诸如KAPTON(由杜邦(DuPont)开发的聚酰亚胺膜)等相关材料。适合于根据本发明的方法中使用的湿气阻挡涂层17的非金属无机材料包括例如SiO2、Al2O3、TiO和SiN。还可以是无机-有机多层结构。湿气阻挡涂层17的典型厚度小于200纳米，但是可以达到2000纳米，这取决于所使用的制造工艺。
根据它们的层结构，存在可商购获得的两种类型应变片。在所谓的敞面式应变片21A(图6中的俯视图和图7A中的截面)中，呈以电极焊盘23结束的曲折结构的形式、并且由聚合物基底箔20支持的金属电阻条22顶部外露，即敞面式应变片21A没有机械保护层。在所谓的受保护式应变片25A(图8中的俯视图和图9A中的截面)中，电阻条22由机械保护层26(例如聚酰亚胺层)保护。根据本发明的方法适用于敞面式应变片21A以及受保护式应变片25A。
图7B和图9B示出了应变片21A和应变片25A的相同层结构，不同之处在于，在安排呈曲折结构形状的电阻条和电极焊盘之前，已经在聚合物基底箔20的表面上施加了湿气阻挡涂层17。
在根据本发明的方法中，将湿气隔绝聚合物膜施加到应变片的步骤可以以不同的方式实施，如(但不限于)以下详细程序1、2和3所例示的：
在详细程序1中，在测力传感器本体上安装应变片与在应变片的表面上安装湿气隔绝聚合物膜彼此相组合。如没有机械保护层的应变片31的图10所示，并且如具有机械保护层36的应变片35的图11所示，在应变片31、35已经用应变片粘合剂在测量体33上设置就位之后，使用诸如前面提到的M-Bond 43B等应变片粘合剂38将湿气隔绝聚合物膜34铺设在测力传感器本体33的表面的包括应变片31、35的区域和邻接的边界区域37上。粘结物38还可以用作表面光滑层。如果湿气隔绝聚合物膜34具有单面湿气阻挡涂层(如图3所示)，则安装湿气隔绝聚合物膜34，其有涂层侧面向外。面向内的有涂层侧也是可能的并且应属于本发明的范围，但效果较差。在此，应变片的电极焊盘43至少部分地未被湿气隔绝聚合物膜覆盖，使得电路线可以锡焊或焊接到电极焊盘上。应变片31、35和湿气隔绝聚合物膜34通过夹紧而固定在测力传感器本体33上，并且将测力传感器放入加热炉中，在加热炉中应变片31、35和湿气隔绝聚合物膜34的粘结物38一起热固化。
在详细程序2中，将湿气隔绝聚合物膜34安装在应变片31、35上，所述应变片已经热固化并永久地粘结到测力传感器本体33上。和详细程序1中一样，使用例如前面提到的M-Bond 43B，将湿气隔绝聚合物膜34铺设在测力传感器本体33的表面的包括应变片31、35的区域和邻接的边界区域37上。安装具有单面湿气阻挡涂层17的湿气隔绝聚合物膜14，其中有涂层侧面向外。在此，应变片31、35的电极焊盘43至少部分地位于湿气隔绝聚合物膜34的外部，使得电路线可以锡焊或焊接到电极焊盘上。将测力传感器放置在加热炉中以热固化湿气隔绝聚合物膜34的粘结物38或采用紫外线固化的方式实现。可选地，作为详细程序2的变型，还可以用室温固化型粘合剂来安装湿气隔绝聚合物膜34，在这种情况下，湿气隔绝聚合物膜34的粘结物在指定的时间段内凝固而不进行加热炉固化或紫外线固化。
湿气隔绝聚合物膜14、34、44提供了高度保护，因为没有湿气能够穿过聚合物膜15的湿气阻挡涂层17。因为粘合剂层的外露边界仅为2μm至5μm(微米)厚并且湿气分子从外露边界到应变片31、35的电阻条22的行进距离相对较长，所以湿气通过湿气隔绝聚合物膜14、34、44与测力传感器本体33的表面之间的粘合剂层的侧向渗透被减到最小。
在详细程序3中，在应变片的制造过程中安装湿气隔绝聚合物膜14、34、44，使得所得产品是湿气隔绝型应变片。湿气隔绝聚合物膜14、34、44的安装可以在单独应变片上进行，或者在随后被切割成单独应变片的多单元片材上进行。应变片通常以多单元片材的形式生产，多单元片材随后被切割成表示最终产品的单独应变片的最终形式。图12A示出了根据本发明方法的上面已安装了湿气隔绝聚合物膜44的应变片41、45(图13和图14)的俯视图。图12A的应变片可以是在电阻条42上没有机械保护层的敞面式应变片21A、41(如图7A和图13中的截面所示)，或者可以是在电阻条42与湿气隔绝聚合物膜44之间具有机械保护层26、46的受保护式应变片25A、45(如图9A和14中的横截面所示)。
当如图1、图8和图12A所示，使电极焊盘13、23、43至少部分地未被湿气隔绝聚合物膜14、34、44覆盖时，应变片的未覆盖表面可以用附加金属材料48(参见图12B)覆盖上，所述附加金属材料在化学蚀刻之后像电阻条和电极焊盘43一样保留在应变片上。小的间隙确保了在附加金属材料48与电阻条42或电极焊盘43之间不存在导电连接。
作为如图1、图8和图12A所示使电极焊盘13、23、43至少部分地未被湿气隔绝聚合物膜14、34、44覆盖的替代方案，可以用湿气隔绝聚合物膜14、34、44覆盖在整个应变片12、21A、21B、25A、25B、31、35、41、45上。在这种情况下，制作穿过湿气隔绝聚合物膜14、34、44通向电极焊盘13、23、43的开口47(参见图12C)，以确保电路线可以锡焊或焊接到电极焊盘上。图12C的应变片还可以是如图7B所示的在电阻条42上没有机械保护层的湿气隔绝型敞面式应变片21B，或者可以是如图9B所示的湿气隔绝型受保护式应变片25B。
虽然已经通过介绍与测力传感器有关的具体示例描述了本发明，且此处显示地很清楚，其他应用以及实施本发明方法的其他方式同样被涵盖在本发明的保护范围中。特别地，制造被隔绝以防湿气渗透的应变片的发明方法并不限于用于称重的测力传感器中的应变片的湿气防护，而是一般可以用于需要湿气防护的应变片，没有因保护措施而影响测量精度的缺点。这包括例如用于压力传感器中的应变片、或用于飞机起落架或内置于卡车底盘框架中的应变片、以及用于机器和建筑结构的静态和动态测试的应变片。本文描述和要求保护的构思的此类应用和变型被认为属于本发明据此寻求的保护范围。
虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这些仅是举例说明，本发明的保护范围是由所附权利要求书限定的。本领域的技术人员在不背离本发明的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式作出多种变更或修改，但这些变更和修改均落入本发明的保护范围。

Claims (21)

1.一种防潮应变片，所述应变片(12，21A，21B，25A，25B，31，35，41，45)包括：
一基层(20)，由聚合物基底箔材制成；
一电阻条层，位于金属电阻箔材上，所述电阻条(22,42)呈曲折结构形状并且具有用于接触所述电阻条(22,42)的电极焊盘(13，23，43)；
其中，所述电阻条层与所述基层(20)层压在一起，且通过化学蚀刻方法在所述层压箔材上生产应变片(12，21A，21B，25A，25B，31，35，41，45)；
其特征在于，通过用沉积工艺在基层(20)的所有侧面上形成湿气阻挡涂层(17)，使得所述基层(20)由所述湿气阻挡涂层(17)包封；
和/或其特征在于，所述应变片(12，21A，21B，25A，25B，31，35，41，45)还包括：
一覆盖层(15)，由聚合物膜箔材制成；
一湿气阻挡涂层(17)，通过用沉积工艺在所述覆盖层(15)的至少一个侧面上形成所述湿气阻挡涂层(17)，
其中，在所述电阻条层的表面上覆盖有涂覆的覆盖层(14，34，44)，用于覆盖住至少部分的应变片(12，21A，21B，25A，25B，31，35，41，45)。
2.如权利要求1所述的防潮应变片，其特征在于，所述应变片(12，21A，21B，25A，25B，31，35，41，45)的未被所述涂覆的覆盖层(14，34，44)覆盖的表面上用来自所述电阻条层的附加金属材料(48)覆盖；
其中，在所述附加金属材料(48)与所述电阻条(22，42)或所述电极焊盘(13，23，43)之间不存在导电连接。
3.如权利要求1所述的防潮应变片，其特征在于，所述涂覆的覆盖层(14，34，44)覆盖整个所述应变片(12，21A，21B，25A，25B，31，35，41，45)，并且其中，一开口(47)穿过所述湿气隔绝聚合物膜(14，34，44)通向所述应变片(12，21A，21B，25A，25B，31，35，41，45)的所述电极焊盘(13，23)。
4.如权利要求1-3任意一项所述的防潮应变片，其特征在于，所述湿气阻挡涂层(17)沉积在所述覆盖层(15)的顶部或底部，或所述聚合物膜箔(15)的所有侧部，使得所述聚合物膜箔(15)被所述湿气阻挡涂层(17)包封。
5.如权利要求1-4任意一项所述的防潮应变片，其特征在于，所述湿气阻挡涂层(17)的厚度不大于200纳米。
6.一种称重传感器，具有一应变片(12，21A，21B，25A，25B，31，35)，所述应变片通过粘性粘结剂(38)设置在称重传感器本体(1)上或在要进行应变测量的任何物体上，其特征在于，所述应变片(12，21A，21B，25A，25B，31，35)为权利要求1-5任意一项所述的应变片。
7.一种防潮应变片(12，21A，21B，25A，25B，31，35，41，45)的制备方法，所述方法包括以下步骤：
-提供聚合物基底箔材(20)，
-提供金属电阻箔材，所述金属电阻箔材具有呈曲折结构形状的电阻条(22，42)并且具有用于接触所述电阻条(22，42)的电极焊盘(13，23，43)，
-将所述金属电阻箔材与至少一个聚合物基底箔材(20)层压在一起，以及
-通过化学蚀刻方法在所述层压箔材上生产应变片(12，21A，21B，25A，25B，31，35，41，45)，
其特征在于，所述方法进一步包括以下步骤：
-在所述箔材与所述聚合物基底箔材(20)层压之前，通过用沉积工艺在所述聚合物基底箔材(20)的表面上形成湿气阻挡涂层(17)来生产湿气隔绝聚合物基底(14，34，44)。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述方法还包括以下步骤：
-提供聚合物膜箔材(15)，
-通过采用沉积工艺在所述聚合物膜箔材(15)的表面上形成湿气阻挡涂层(17)来生产湿气隔绝聚合物膜(14，34，44)，以及
-将所述湿气隔绝聚合物膜(14，34，44)施加到所述应变片(12，21A，21B，25A，25B，31，35，41，45)上以覆盖所述应变片的至少一部分。
9.一种防潮应变片(12，21A，21B，25A，25B，31，35，41，45)的制备方法，所述方法包括以下步骤：
-提供聚合物基底箔材(20)，
-提供金属电阻箔材，所述金属电阻箔材具有呈曲折结构形状的电阻条(22，42)并且具有用于接触所述电阻条(22，42)的电极焊盘(13，23)，
-将所述金属电阻箔材与至少一个聚合物基底箔材(20)层压在一起，以及
-通过化学蚀刻方法在所述层压箔材上生产应变片(12，21A，21B，25A，25B，31，35，41，45)，
其特征在于，所述方法进一步包括以下步骤：
-提供聚合物膜箔材(15)，
-通过采用沉积工艺在所述聚合物膜箔(15)的表面上形成湿气阻挡涂层(17)来生产湿气隔绝聚合物膜(14，34，44)，以及
-将所述湿气隔绝聚合物膜(14，34，44)施加到所述应变片(12，21A，21B，25A，25B，31，35，41，45)上以覆盖所述应变片的至少一部分。
10.根据权利要求8或9所述的方法，其特征在于，用来自所述金属电阻箔材的附加金属材料(48)覆盖在所述应变片(12，21A，21B，25A，25B，31，35，41，45)的未被所述湿气隔绝聚合物膜(14，34，44)覆盖的表面上，其中，在所述附加金属材料(48)与所述电阻条(22，42)或所述电极焊盘(13，23，43)之间不存在导电连接。
11.根据权利要求8或9所述的方法，其特征在于，覆盖上所述湿气隔绝聚合物膜(14，34，44)以覆盖整个所述应变片(12，21A，21B，25A，25B，31，35，41，45)，并且其中，所述方法还包括以下步骤：
-制作一开口(47)，所述开口穿过所述湿气隔绝聚合物膜(14，34，44)通向所述应变片(12，21A，21B，25A，25B，31，35，41，45)的所述电极焊盘(13，23)。
12.根据权利要求8至11中任一项所述的方法，其特征在于，所述聚合物膜箔材(15)包括以下材料组中的一种材料，所述材料组包括：PET(聚对苯二甲酸乙二醇酯)、PI(聚酰亚胺)、PEEK(聚醚醚酮)以及其它高分子材料。
13.根据权利要求7至12中任一项所述的方法，其特征在于，所述湿气阻挡涂层(17)包括非金属无机涂层，所述非金属无机涂层由多个不同材料的离散层构成、或者其材料成分在垂直于涂层表面的方向上连续地变化，或者
其中，所述湿气阻挡涂层(17)包括无机-有机多层结构。
14.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，所述湿气阻挡涂层(17)的非金属无机材料包括SiO2、Al2O3、TiO和SiN中的至少一种。
15.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述湿气阻挡涂层(17)的厚度不大于200纳米。
16.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述湿气阻挡涂层(17)沉积在
所述聚合物膜箔(15)的一侧，或
所述聚合物膜箔(15)的两侧，或
所述聚合物膜箔(15)的所有侧，使得所述聚合物膜箔(15)被所述湿气阻挡涂层(17)包封。
17.一种方法，用于将应变片(12，21A，21B，25A，25B，31，35)安装在测力传感器(1)的本体上或安装在要进行应变测量的任何物体上，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
-通过在测力传感器(1)的本体上或在要进行应变测量的任何物体上施加粘性粘结剂(38)来放置常规应变片(12，21A，25A，31，35)或根据权利要求1所述的应变片(21B，25B)，
-提供聚合物膜箔材(15)，
-通过用沉积工艺在所述聚合物膜箔(15)的表面上形成湿气阻挡涂层(17)来生产湿气隔绝聚合物膜(14，34，44)，
-通过施加所述粘性粘结剂(38)将所述湿气隔绝聚合物膜(14，34)覆盖在所述应变片(12，21，25，31，35)上，以覆盖所述应变片(12，21，25，31，35)的至少一部分，
-在施加接触压力下将所述应变片(12，21，25，31，35)和湿气隔绝膜(14，34)的组合装置固定在所述测力传感器(1)的本体上，或者固定在要进行应变测量的任何物体上，以及
-将所述测力传感器(1)的本体或所述要进行应变测量的物体与已固定的所述应变片(12，21，25，31，35)和湿气隔绝膜(14，34)放置在加热炉中，以便使所述应变片(12，21，25，31，35)和湿气隔绝膜(14，34)的粘性粘结剂热固化和凝固。
18.一种方法，用于在常规应变片(12，21A，25A，31，35)或根据权利要求7所述的应变片(21B，25B)上安装湿气隔绝聚合物膜(14，34)，所述常规应变片(12，21A，25A，31，35)和所述应变片(21B，25B)为已经安装好的，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
-给测力传感器(1)的本体或要进行应变测量的物体提供至少一个应变片(12，21A，21B，25A，25B，31，35)，所述应变片已被安装好并且其粘性粘结剂已经热固化，
-提供聚合物膜箔材(15)，
-通过用沉积工艺在所述聚合物膜箔(15)的表面上形成湿气阻挡涂层(17)来生产湿气隔绝聚合物膜(14，34，44)，
-通过以下方式来覆盖上所述湿气隔绝聚合物膜(14，34)施加热固化型粘性粘结剂(38)，或施加室温固化型粘性粘结剂(38)，以覆盖所述至少一个安装好的应变片(12，21A，21B，25A，25B，31，35)的至少一部分，
-在施加接触压力下将湿气隔绝膜(14，34)的安装固定在所述至少一个应变片(12，21A，21B，25A，25B，31，35)上，以及
-将所述测力传感器(1)的本体，或者所述物体放置于加热炉中或紫外线固化设备中，在所述物体上通过将所述湿气隔绝膜(14，34)固定到所述至少一个安装好的应变片(12，21A，21B，25A，25B，31，35)上进行应变测量，
以便使所述湿气隔绝膜(14，34)的所述热固化型粘性粘结剂(38)热固化和凝固，或
在室温下以一个规定的时间段，固化和凝固所述湿气隔离膜(14，34)的所述室温固化型粘性粘结剂(38)。
19.一种方法，用于在常规应变片(41，45)或根据权利要求7所述的应变片(21B，25B)的制造过程中安装湿气隔绝聚合物膜(44)，以使得所得产品是湿气隔绝型应变片(21B，25B，41，45)，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
-提供至少两个单独应变片(21B，25B，41，45)或至少一个含应变片(21B，25B，41，45)的多单元片材，
-提供聚合物膜箔材(15)，
-通过用沉积工艺在所述聚合物膜箔(15)的表面上形成湿气阻挡涂层(17)来生产湿气隔绝聚合物膜(14，34，44)，
-通过施加粘性粘结剂(38)来覆盖上所述湿气隔绝聚合物膜(44)以覆盖所述单独应变片(21B，25B，41，45)的至少一部分，或者覆盖在所述至少一个含应变片(21B，25B，41，45)的多单元片材上，
-在施加接触压力下，将湿气隔绝膜(44)的安装固定在单独的所述应变片(41，45)上，或者固定在至少一个含所述应变片(21B，25B，41，45)的多单元片材上，以及
-在规定温度下和规定时间段内，将所述应变片(21B，25B，41，45)与所述湿气隔绝聚合物膜(44)固化，以使所述湿气隔绝膜(44)与所述应变片(21B，25B，41，45)之间的粘性粘结剂凝固。
20.根据权利要求17至19中任一项所述的方法，其特征在于，用来自所述金属电阻箔材的附加金属材料(48)覆盖在所述应变片(12，21A，21B，25A，25B，31，35，41，45)的未被所述湿气隔绝聚合物膜(14，34，44)覆盖的表面上，其中，在所述附加金属材料(48)与所述电阻条(22，42)或所述电极焊盘(13，23，43)之间不存在导电连接。
21.根据权利要求17至19中任一项所述的方法，其特征在于，覆盖上所述湿气隔绝聚合物膜(14，34，44)以覆盖整个所述应变片(12，21A，21B，25A，25B，31，35，41，45)，并且其中，所述方法还包括以下步骤：
-制作一开口(47)，所述开口穿过所述湿气隔绝聚合物膜(14，34，44)通向所述应变片(12，21A，21B，25A，25B，31，35，41，45)的电极焊盘(13，23，43)。
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