CN1648626A

CN1648626A - 用于机电传感器的防潮保护

Info

Publication number: CN1648626A
Application number: CN200510006886.1A
Authority: CN
Inventors: 福尔克尔·齐巴特; 琼-莫里斯·特伦巴赫
Original assignee: Mettler Toledo AG
Current assignee: Mettler Toledo GmbH Germany
Priority date: 2004-01-27
Filing date: 2005-01-27
Publication date: 2005-08-03
Anticipated expiration: 2025-01-27
Also published as: DK1560011T3; JP2005214970A; DE502004010904D1; CN1648626B; JP4673630B2; US20050163461A1; ATE461437T1; EP1560011B1; US7215870B2; EP1560011A1

Abstract

本发明公开了一种应变片(1)，该应变片具有设置在载体基底(5)上的应变敏感的电阻器轨道(4)以及用于接触设置在载体基底(5)上的电阻器轨道(4)的连接器电极(8)，并且设置无机物材料组成的保护覆盖物(2、12)，该保护覆盖物(2、12)覆盖载体基底(5)的和/或电阻器轨道(4)的和/或连接器电极(8)的至少一部分。保护覆盖物(2、12)的组成结构在覆盖物厚度范围内是不均质的，以及保护覆盖物(2、12)下面施加了一层表面平整聚合物层(3)，用于平整待覆盖区域的粗糙表面部分。表面平整聚合物层(3)的层厚度至少等于保护覆盖物(2、12)的层厚度。这种类型的应变片(1)优先地用于测力装置，其中在未涂覆的应变片(1)被设置在测力装置的形变体上之后，可以淀积表面平整聚合物层(3)以及保护覆盖物(2、12)。

Description

用于机电传感器的防潮保护

技术领域

本发明涉及一种应变片，该应变片(strain gauge)具有设置在载体基底上的应变敏感的电阻器轨道(track)以及用于接触电阻器轨道的连接器电极，其中该应变片设置有由无机物材料组成的保护覆盖物。本发明也涉及设置成一排或在一个区域上的多个应变片的阵列，其中所述多个应变片具有设置在载体基底上的应变敏感的电阻器轨道以及覆盖电阻器轨道和载体基底至少一部分的无机物材料覆盖物。本发明还涉及一种测力装置，该测力装置具有一形变体以及具有设置在该形变体上的至少一个应变片，以及本发明也涉及一种在应变片或者应变片之单排阵列或二维阵列上、或者在装备有应变片的测力装置上形成保护覆盖物的方法。

背景技术

应变片具有设置在载体基底上的金属电阻器轨道，其优选地借助于已知的化学蚀刻方法做成弯曲(meandering)结构形状。用于接触该电阻器轨道的连接器电极也设置在载体基底上。连接器电极通常与电阻器轨道一起在一个工艺操作中制成，以及因此它们在大部分情况中由相同的材料组成。电绝缘材料用作应变片的载体基底。取决于应用场合，人们发现了由玻璃、陶瓷材料、在许多情况中聚合物、玻璃纤维加固聚合物、或者复合材料做成的载体基底。应变片是测量元件，其中机械形变引起电阻的变化，并且因此应变片被用来测量产生形变的力。

在称量技术领域中，举例来说，作用在形变体上的力引起形变，该形变借助于应变片被转换成一个电信号。在根据此原理工作的测力装置中，负载产生的力作用于负载接收装置上或者(例如在称量应用中)作用于连接到负载接收装置的称量盘上，该力使得垂直可移动的负载接收部分相对于形变体之空间规则部分产生一个位移。在优选实施例中，测力装置中使用的形变体具有由位于平行四边形四个角处的薄材料部分形成的四个弹性弯曲区域，使得负载接收部分被设置作为平行四边形的一个垂直可移动的腿，其与优选地规则到外壳的规则的、类似的垂直四边形的腿相对。借助于安装在弯曲区域其中之一上的至少一个应变片，大部分情况中，借助于电绝缘粘合层，来测量发生在薄弯曲区域之变形的大小，作为电阻变化。

由于它们的弹性特性，对于在称量技术领域中所使用的应变片，聚合物基底材料是优选的选择，尤其是聚酰亚胺，还有环氧树脂、酚醛树脂、三聚氰胺以及酮。聚合物载体基底具有低硬度的优势，使得它们的形状可以很容易地与形变体一致。这尤其减小了粘合层中的机械应力。利用聚合物基底，通常很少发现当硬质基底粘合到形变体时发生的滞后效应(hysteresis effect)或粘合层的破坏。此外，带有弯曲图样电阻器轨道的应变片的聚合物基底通过已知的方法提供了补偿负载信号之漂移的可能性，该已知方法是以合理选择的形状，设计电阻器轨道的曲折回路(return loop)。此外，带有聚合物载体基底的应变片易于处理，并且可以更有效的成本进行生产。

然而，聚合物具有的缺点在于：对水以及对溶剂具有相对高的吸收能力，从而包围负载装置的周围空气的湿度，以及尤其是相对湿度的变化对测量结果有持久影响。例如灵敏度、零点的稳定性以及蠕变特性(即所谓的负载偏移)是在基于应变片传感器原理的侧力装置中被与水和溶剂相关的潮湿所影响的参量。在10℃到40℃之间的常用温度范围内，在其中包围测力装置的周围空气的湿度从大约30％r.H.逐渐增加到85％r.H.的测量中，发现：该环境参量的变化引起称量结果发生满量程(满负载信号)数十或数百ppm(百万分比)数量级的变化。

以物理术语，理解和解释称量结果之变化的某些原因。第一，未受保护应变片的基底材料吸收潮湿，并且因此膨胀，由此增加了从电阻器轨道到弯曲区域的距离，并且小量地改变了由电阻器上的弯曲区域引起的形变。作为第二因素，吸收的潮湿改变了基底材料的弹性特性，并且由此改变了电阻器轨道的形变参量。作为第三要素，基底材料中增加数量的潮湿可以引起在弯曲形状电阻器轨道的相邻部分之间或者甚至电阻器轨道与金属形变体之间的泄漏电流。虽然正如上述测量所显示的，这些影响与满量程信号相比很小，但是它们对测力装置的测量信号的影响仍然很大，其中它们对测力装置的测量信号的影响必须满足最高准确性的要求。因此，为了获得不受周围环境条件很大影响的测量信号，特别是为了获取不受作用于基底材料和/或电阻器轨道上的潮湿所影响的测量信号，需要有保护装置和/或保护措施。

已知的现有技术提供了应变片对引起测量信号变化之潮湿的保护措施。例如DE2728916A1描述了安装在测量传感器上的应变片的覆盖物。首先，施加电绝缘层，例如树脂，或者将应变片嵌入到该层中，使得包围应变片的传感器体的一部分也被覆盖。金属层设置在电绝缘层的上部，并且也覆盖该传感器体的一部分。这样，可以将已经安装在传感器上的应变片密封，以防止潮湿影响。

US5631622公开了保护应变片防止湿气的原理，其中电绝缘聚合物覆盖物被施加到应变片中，以及在以在薄片上阵列形式制造多个应变片之后，并且在薄片被切开成单个应变片之前，在覆盖物上碾压一层金属箔，作为附加的覆盖物。在分离步骤之后，金属箔依然为每个单个应变片提供大面积的防湿气保护覆盖物。

作为一种用于保护应变片防止侵蚀以提高测量特性的手段，在JP7113697A中提出通过将薄的无机薄膜(例如厚度为大约100纳米(nm)的二氧化硅)施加到应变片的表面作为一种防湿气的屏障来阻止潮湿进入。随后，施加无机绝缘薄膜(例如厚度为大约10微米(μm)的聚酰亚胺)，其用作堵塞无机薄膜中细微小孔或破裂，即所谓的针孔，其中潮湿可以通过所谓的针孔渗透。通过这种双层覆盖物所实现的保护总是不那么令人满意，尤其是在被设计用于较小负载的高灵敏测力装置中。

在DE4015666C2中公开了一种带有应变片的压力传感器，其中，二氧化硅或者碳化硅的气相淀积的扩散密封的电绝缘覆盖物(优选地为2到4微米厚)被施加到应变片以及载体基底的相邻部分。另一个实施例也可以使金属层(优选地为一层镍)覆盖的底部具有一层二氧化硅的覆盖物。

先前描述的方案所遇到的问题在于：形成在整个应变片上的覆盖物的保护覆盖物或保护箔，尤其是具有强阻挡效果的无机覆盖物或箔具有相对大的质量以及高的硬度，使得它们也引起由应变片所产生的测量结果的变化。不管防护层是直接用于已经安装在测量传感器上的应变片或者在其制造之后将覆盖物同时施加到大量应变片上，都存在这个问题。如现有技术中所公开的那样，利用几微米数量级的相对较厚的覆盖物或箔覆盖应变片所产生的所谓分力(bypass force))引起了测量误差。金属覆盖物或尤其箔在测量上导致分力，因为硬度相当高，尽管它们厚度仅仅为几微米(μm)。例如因为厚的无机保护覆盖物具有自身高的硬度，所以常常发生分力，并且这样明显地导致了形变体的上述的弯曲区域的总硬度。这些问题尤其出现在用于测量较小力的测力装置中，因为在这种情况中，弯曲区域非常薄，以便提供高的灵敏度。因而，保护覆盖物的弹性特性所不期望的变化(例如弹性后效应(称为蠕变)、高的无弹性部件、尤其是应变滞后)引起了不可再生的测量误差，并且因此不能用于基于软件的弥补技术。

另一方面，毫无疑问，需要防止用作尤其可以在非常薄的潮湿阻挡覆盖物中产生的潮湿的通道，如JP 7113697A中描述的所谓的针孔，或者需要至少最大程度的减小它们的影响。

发明内容

因此，本发明的目的在于提出一种用于或者可以用于设置在测力装置之形变体上的应变片的保护覆盖物，其一方面可以阻止潮湿进入，以及另一方面能避免或者至少明显地减少分力。

根据独立权利要求的特征，提出用于刚才所述的目的的一种技术方案。

具有设置在载体基底上的应变敏感的电阻器轨道以及用于接触该电阻器轨道的连接器电极的应变片设置有一种由无机物材料组成的保护覆盖物，用于覆盖载体基底的和/或电阻器轨道的和/或连接器电极的至少一部分。在整个覆盖物厚度范围内的保护覆盖物的组成结构是不均质的，以及介于应变片和保护覆盖物之间的是一表面平整的聚合物层，该聚合物层平整待覆盖区域的粗糙表面部分。表面平整层的层厚度至少等于保护覆盖物的厚度。

本发明利用了无机物材料中发现的良好的阻挡特性，通过使用非常薄的阻挡覆盖物，减少了与现有技术结合的厚的无机物覆盖物的高硬度。为了避免先前描述的分力(bypass force)，必须选择一个主要在亚微米范围内的覆盖物厚度，因为，众所周知，无机物材料的弹性系数比例如用于载体基底的所使用的那种聚合物材料的弹性系数大10到100倍。利用小的厚度，可以减小保护覆盖物的硬度，众所周知，保护覆盖物的硬度取决于材料的弹性系数，以及取决于由材料做成的覆盖物的厚度。

该厚度上的限制在相同程度上，不适用于底部的表面平整层，该表面平整层设置在保护覆盖物下面，以及该表面平整层由电绝缘聚合物，尤其是丙烯酸脂聚合物或无机物-有机物混合聚合物组成(在DE38 28 098 A1以及DE 43 03 570 A1中描述了后者的材料)。表面平整层执行的功能是平整载体基底以及电阻器轨道之表面的粗糙区域，以及圆滑(round)边缘，以及减小电阻器轨道的侧面陡度(flanksteepness)。因为弹性的柔软聚合物层比相同厚度的无机物保护覆盖物产生的分力小，毫无疑问，可以选择下面的表面平整层厚度大于保护覆盖物选择的厚度。然而，为了经济地使用材料，表面平整层之厚度应该限定在与期望的平整度一致的数量。但是，实现期望的平整度的层厚度根据所使用的聚合物材料而变化。通常，介于一微米和三微米之间的层厚度达到了满意的效果，但是在特殊情况中，层厚度也可以在亚微米范围内。最后，表面平整层之厚度也取决于淀积在它上面的保护覆盖物，尤其对于用于低负载范围使用的灵敏度高的负载单元的应变片，保护覆盖物的总厚度应该在亚微米范围内。

除了平整下部基底表面，尤其是对于应变片之表面的粗糙区域，已经证明：表面平整聚合物层，具体地无机物-有机混合聚合物层，对于随后设置的层，能够提高粘附效果，使得保护覆盖物不发生分层。另外，例如无机物-有机混合聚合物层的表面平整层便于应用，例如，利用刷子、滚筒、通过喷雾、或者借助于电镀方法。有机酸酯聚合物层也可以利用相同的方法。

优先地，表面平整聚合物层之成分在层厚度范围内是均质的。

保护覆盖物，尤其保护覆盖物之单层的特定的特性在于：覆盖物在淀积过程中，尤其在PEVCD(等离子体增强型化学气相淀积)的过程中，以敷形方式(conformal way)形成在下部的表面，例如，所谓的敷形涂覆。这意味着表面受到基本上规则厚度的覆盖，而与单个表面位置的方向相对于淀积表面(淀积平面)之总取向的角度无关。换句话说，即使是凸出部分或者基本上以直角延伸到淀积平面的部分(例如电阻器轨道的侧面)也都会被保护覆盖物覆盖。结合用作下部基底的表面平整层，实现防止潮气渗透的最佳保护。在保护覆盖物下部用作内涂层的聚合物层的具有平整粗糙表面区域以及圆滑边缘的效果，其中在粗糙表面区域以及圆滑边缘，无机保护性覆盖物由于局部集中应力，尤其是热应力，而容易出现前面所提的微孔或者微小裂缝，或者细微裂缝，以及其中另一方面，存在这些微孔或者细微裂缝附着在一起的趋势。因此，预先减少了保护覆盖物中出现的微孔或微破裂，以及虽然边缘依然具有不规则度，但是由于敷形涂覆到下部表面，所以它们也被保护覆盖物覆盖。因此，应变片的表面区域被保护覆盖物完全地以及均匀地覆盖，并且不存在潮湿可以渗透的虚点(weak spot)。除了前面提到的完全覆盖电阻器轨道之外，在应变片应用到测力装置以及随后进行覆盖情况中，或者应变片的单排阵列或二维阵列中，没有虚点也是优势，在单排阵列或二维阵列中，应变片的载体基板的边界表面被狭长切口暴露，狭长切口形成成阵列，使得边界表面在覆盖过程中被覆盖。

无机物保护覆盖物之厚度的增加不一定会增大防止潮气渗透的阻挡效果，本发明之上下文中，该在阻挡效果一般应该理解为一种不仅防止潮湿进入而且防止溶剂和/或气体进入的保护效果。一旦微孔或者微裂缝都打开，他们就有穿透主要的均匀无机物覆盖物之整个厚度而扩散其本身的趋势。

因此，将保护覆盖物设置成不均质的配置是一种实用的并且明智的实践，通过合理地选择组合在保护覆盖物中不均质的配置的材料，以及特别通过覆盖物参量的合理变化，可以封闭微孔或微裂缝形式的开放通道。

在特定实施例中，保护覆盖物是一种多层覆盖物，该多层覆盖物具有不同无机物材料层的交替序列、和/或由至少两种成分组成的不同化学计量成分的无机物材料的交替序列，和/或无机物材料之结构参量变化的交替序列。

保护覆盖物尤其可以配置有二氧化硅层和氮化硅层的序列。在WO 03/050894中公布了这种类型的保护覆盖物，其用作一种覆盖电子设备的装置，尤其是例如发光器件或液晶显示器的指示设备。

在另一个优选实施例中，保护覆盖物配置有在覆盖物厚度范围上一个或多个参量的连续变化，参量尤其包括覆盖物材料的化学成分。

该连续的变化一方面可以发生在多层覆盖物中作为各个层(例如，覆盖参量不会发生突变)之间的平缓过渡，例如，覆盖参量不会突变，而且它们的轮廓是一个连续的周期函数，类似于正弦函数。另一方面，不均质性可以发生在覆盖物之整个厚度的连续过渡中，作为一个或多个覆盖物材料参量的梯度。这种连续变化的形式尤其优选地用于产生极薄的保护覆盖物，该极薄的覆盖物在用于灵敏度高以及负载容量低的测力装置的应变片上使用。

在一种可指定为用于产生带有连续变化的参量的覆盖物的例子的方法中，源在淀积期间改变它的材料成分，或者覆盖物从两个源来淀积，两个源的淀积速率不同，例如，一个源的速率随着时间增大，同时，另一个源的速率减小，和/或反之亦然。

一个或多个参量连续变化(无论连续变化是梯度的形式还是保护覆盖物之多个层之间的连续交替的形式)的不均质保护覆盖物的优势在于进一步减少了内应力，另外，如果在多层覆盖物中参量有很大差异的多个层突然相互连接，在所有的情况下，内应力就会导致不能排除各个层被分层的风险。

因此，参量连续变化的保护覆盖物之优势在于减小了分层的风险。相比之下，具有层间突然过渡的保护覆盖物之优势在于：如果在第一层(例如，阻挡层)后面直接设置与第一层的参量不同的第二层，例如，中间层，则第一层的微孔和微裂缝几乎全部被覆盖，以此来达到提高阻挡效应。

在上下文中，应该指出的是，无机物保护层在介于大约80℃与130℃之间的相对低的温度下，优选地借助于例如PECVD(等离子体增强型气相淀积)的化学气相淀积来淀积，因为应变片的载体材料和表面平整层应该尽可能小的受影响。因而，这些保护覆盖物的结构经常偏离严格的结晶性，以及尤其在利用无机物绝缘材料时，该保护覆盖物以非晶形的形式产生。结果使这些保护覆盖物的结构常常偏离严格的晶体形状，尤其对于无机绝缘材料，保护覆盖物以非晶形式产生。

为了描述根据本发明的应变片的使用方法，具有一形变体的测力装置包含至少一个设置在形变体上的应变片，该应变片载体基底上设置有一应变敏感的电阻器轨道。作为防止潮湿渗透的保护措施，保护覆盖物的一部分，以及表面平整聚合物内涂层的一部分延伸到该至少一个应变片之外，以及至少覆盖形变体的一部分，尤其是靠近应变片的形变体的表面部分。产生了在厚度范围不均质的保护覆盖物。表面平整聚合物层尤其由丙烯酸脂聚合物或无机物-有机物混合聚合物组成。表面平整聚合物层的层厚度至少相当于不均质的无机物保护覆盖物之层厚度。

在本发明的有明显优势的实施例中，具有不均质的无机物保护覆盖物以及下面的表面平整聚合物层的应变片在无机物保护覆盖物上部覆盖有一聚合物材料或硅树脂覆盖层。由于硅树脂特别柔软，所以它不会产生在上文中描述的分力(force bypass)的问题。

根据本发明，在单个应变片上或在应变片之单列阵列或二维阵列上产生一保护覆盖物步骤包括：在载体基底的至少一部分和/或电阻器轨道以及形变体上淀积一表面平整聚合物层，以及在该表面平整聚合物层上淀积一薄无机物保护覆盖物，其中淀积处理参量不同，使得形成在厚度范围上不均质的无机物保护覆盖物。

电镀是施加表面平整聚合物层的优选方法，借助于化学气相淀积方法(CVD)，尤其是等离子体增强型化学气相淀积方法(PECVD)来方便地产生保护覆盖物。

在本发明之有明显优势的实施例中，应变片的表面和/或表面平整聚合物层都在淀积之前借助于化学或物理清洗方法进行预处理，尤其借助于等离子体清洗方法。

根据本发明，在具有设置至少一个应变片的形变体的测力装置上产生保护覆盖物的方法之步骤包括：在载体基底的至少一部分和/或电阻器轨道以及形变体上淀积一表面平整聚合物层，以及在该聚合物层上淀积一薄无机物保护覆盖物，其中淀积处理参量不同，使得形成在覆盖物厚度上不均质的无机物保护覆盖物。

可以借助于先前所述方法，可优选地在已经设置在测力装置上的应变片上执行这种应变片的覆盖物处理。

以下将通过参考简化的示意附图，借助于典型实施例，来进一步详细解释本发明，其中：

附图说明

图1表示具有多层覆盖物形式的保护覆盖物之单个应变片的立体图，多层覆盖物下面设置有一表面平整层；

图2表示具有多层覆盖物形式的保护覆盖物之单个应变片的截面图，多层覆盖物下面设置有一表面平整层；

图3表示具有单个不均质层形式的保护覆盖物的单个应变片的立体图，多层覆盖物下面设置有一表面平整层；

图4表示具有单个不均质层形式的保护覆盖物的单个应变片的截面图，多层覆盖物下面设置有一表面平整层；

图5描述了具有狭长切口的设置成一排的应变片的阵列，其中狭长切口处于相邻应变片之间的载体材料上；

图6描述了具有狭长切口的设置在二维平面上的应变片的阵列，其中狭长切口位于相邻应变片之间的载体材料上；

图7表示带有设置在形成弯曲枢轴的薄材料部分上的应变片的称量单元之形变体的立体图；以及

图8表示由图7中的圆A所包围的形变体的一部分的放大立体图，该部分装载提供有多层覆盖物的应变片。

参考标记列表

1、应变片

2、多层覆盖物，具有多层的保护覆盖物

3、表面平整聚合物层

4、电阻器轨道

5、载体基底

6、保护覆盖物的第一层

7、保护覆盖物的第二层

8、连接器电极

12 梯度层，具有一或者多个参量之连续变化的保护覆盖物

21.形变体

22.弯曲区域

23.加宽端部的弯曲轮廓

24.开口

25.负载接收装置

26.螺孔

27.固定部分

28.形变体的上部

29.粘合层

30.应变片的单排阵列

31.单排阵列的载体基底

32.狭长切口

33.连接部分

34.狭长切口

35.应变片的二维阵列

36.二维阵列的载体基底

37.连接部分

具体实施方式

图1是一种设置有多层覆盖物2形式的保护覆盖物的单个应变片1的立体视图，该多层覆盖物用于防止潮湿的渗入，尤其是水蒸气以及溶剂蒸气的渗入，以及例如氧气的气体的渗入。应变片1具有应变敏感的电阻器轨道4，该电阻器轨道4优选地以弯曲形状设置在载体基底5上，并且与连接器电极8连接。应变片1例如是已经完成涂覆处理之后从应变片的二维阵列切割而来的应变片。为了明晰起见，由层6、7之规则序列组成的多层覆盖物2被显示为透明的形式，并且在一侧切开。多层覆盖物2的层6、7是不同的无机物材料、或者是由至少两种成分组成的无机物材料的不同化学计量成分、或者是无机物材料之结构参量变化的交替序列。取决于淀积处理，单层6、7的厚度一般在5到200纳米之间。在个别情况中，尤其如果应变片1用于高容量的测力装置时，或者如果覆盖物材料的弹力系数较低时，层厚也可以等于500纳米。

保护覆盖物下面设置有一聚合物表面平整聚合物层3，例如丙烯酸脂或甲基丙烯酸酯聚合物层，这种类型的层3平整应变片1的表面，尤其平整边缘区域，例如电阻器轨道4的边缘处，由此减少了它们侧面的陡度(steepness)。此外，内涂层3位于电阻器轨道4和载体基底5上。它平整了表面的不规则，或者甚至平整了电阻器轨道4或载体基底5上的裂缝或杂质，并且平滑了它们。表面平整聚合物层3尤其减小了在表面平整层3上部淀积的无机物保护覆盖物2中产生或者连接的微孔或毛细裂缝的概率。结果，此条件有利于在表面平整层3上设置一种具有良好的密封特性的多层无机物保护覆盖物2。

可以用作表面平整聚合物层3的另一类材料是无机物-有机物混合聚合物，例如商品为“ORMOCER”。在DE3828098A1以及DE4303570A1中公开的这些材料具有良好的弹性，以及甚至具有防止潮湿渗透的阻挡效果。然而，该阻挡效果并不足以使这些材料适用于作为应变片的保护覆盖物，特别是用作测力装置的应变片的保护覆盖物。无机物-有机物混合聚合物材料的特别优势在于：它们可以在空气中施加，例如通过喷雾、离心过滤、或电镀。

一方面为了获得足够的平坦和平整效果，同时另一方面尽可能避免结合(虽然小)的分力(force bypass)，优选地，使用厚度大约为1到3微米的表面平整聚合物层3，其中层厚度最终取决于所使用的材料，并且在个别情况中可以在亚微米范围内。为了达到足够平整效果，表面平整聚合物层3的厚度至少要与保护覆盖物2的总厚度相配置。优选地，表面平整聚合物层3的材料成分在层厚度上是均匀的。

多层保护覆盖物2的层6、7的优选材料(如果层6、7由不同的无机物材料组成)是无机绝缘材料，例如，氮化硅和二氧化硅薄层的序列，其中，100到200纳米的氮化硅(第一层6)、100纳米的二氧化硅(第二层7)、100纳米的氮化硅(再次第一层6)、可选的100纳米的二氧化硅(另一个第二层7)、以及可选的100纳米的氮化硅(另一个第一层6)的序列代表了优选的配置，这是因为因为氮化硅尤其对于防止潮湿渗入是很有效的。二氧化硅层(尽管这种材料也被确信具有阻拦特性)的主要功能是用来堵塞氮化硅层中可能出现的微孔和细微裂缝。多层覆盖物2由至少三层无机物材料组成，优选地为五层。

多层保护覆盖物2的层6、7也可以由一种无机物材料组成，该无机物材料由至少两种成分组成，其中，成分的化学计量比率根据不同的层而变化。人们可以指定氮氧化硅作为适用于具有不同化学计量成分的层6、7之交替序列的多层覆盖物2的材料的例子，其中氮氧与硅的相应比例根据不同的层而不同。

图2描述了多层覆盖物2中各个层的配置以及优选序列，并显示由总共5个薄的单层组成的多层覆盖物2施加到其上的应变片1的截面图。然而，该图在很大程度上是示意性的，载体基底5、电阻器轨道4、设置在多层保护覆盖物2与应变片1之间的表面平整聚合物层3、以及多层保护覆盖物2的单层6、7的厚度并没有按比例绘出。

多层覆盖物2可以由例如厚度相等的单层6、7的规则序列组成，或者该覆盖物可以由这些层的不规则序列组成。在后者的情况下，存在对于使用材料的大量不同的选择：层厚度、各个层的化学计量和/或结构。然而，优先选择由若干层的规则序列组成，尤其是上述氮化硅与二氧化硅的交替序列，其中各个层的厚度大约是100纳米，并且多层覆盖物的总厚度通常不超过一微米。

图3给出了单个应变片1的立体图，应变片1首先设置有以上在图1和2的上下文中所描述类型的表面平整聚合物层3。该表面平整聚合物层随后设置具有一种以梯度层(gradient layer)形式的无机物保护覆盖物12，该梯度层通过在层厚度范围上的至少一个参量(例如一个与材料成分或材料结构相关的参量)的连续增大或减小的不均质性(inhomogeneity)来区别，

举例说明一个保护覆盖物12的不均质之材料成分的例子。该保护覆盖物12具有由借助于PECVD淀积的氮氧化硅层组成的梯度层，其中，高比例的氮或者甚至一个纯氮化硅区域存在于表面平整层附近。沿着该层的厚度前进，氧的比例逐渐增大，氮的比例逐渐减少，直到到达在接近到环境空间的边界表面附近的一个纯氧化硅区域或者至少具有高比例氧的氮氧化硅区域。随后将通过例子来解释这种类型的氮氧化硅层的制造过程。

可以通过类似的方式产生一种结构参量连续变化的保护覆盖物12，正如，在许多情况中，结构变化与成分变化一起进行。作为另一个可以在层厚度范围内实现结构参量的变化的可用方法，例如多晶物层的粒度(除非它们以非晶连续性生长)，通过整体上改变源的温度、基底的温度、淀积室的温度、或者淀积速度，可以改变淀积参数。

图4是表示具有图3所示保护覆盖物12的相同应变片1的截面图，其中不均质性或参量的梯度由逐渐变色的灰色调示意性地表示。

在可能会经受很粗砺的机械磨损的情况下，在具有多个层或者一个或多个参量的连续变化的保护覆盖物2、12上设置一覆盖层(没有显示)是很有用的，该覆盖层保护保护覆盖物2、12防止可能的外在机械影响(例如擦伤)，以及同时稳定保护覆盖物2、12。硅已被证实能够适合于这种类型的覆盖层。厚度为几微米的硅层是不会产生问题的，因为硅非常柔软，以及由此不会产生分力。

用于保护覆盖物2、12的材料，可以从大量可用于不同的淀积处理的已知无机物绝缘材料中选择。这里所要提及的例子是：氧化物、氮化物、氟化物、碳化物、硼化物、或它们的组合物，尤其是氧氮化物，或者陶瓷混合物。例如二氧化硅、氧化钛、氧化铬、氧化铝、氮化硅以及氮化钛都被证实是适用的材料。所谓的“类金刚碳”也可以用作保护覆盖物2、12。由于他们良好的阻挡特性，所以使用氮化硅作为无机物保护覆盖物以及使他们与氧化物(例如：氧化硅，氧化钛，氧化铝)或氟化物层(例如，氟化钛，或这些材料的混合物)交替时尤其具有优势。

可用作保护覆盖物2、12的其它材料也尤其包括金属(例如：银、铝、金、铬、铜、镍、钛)和合金(例如镍鈷合金)或者金属间化合物(例如铝和铜、钨和铜、或钛和铝)。然而，金属层作为保护覆盖物的优选度较低，因为非常昂贵以及淀积过程也比较复杂。也不能完全排除连接到电阻器轨道而短路的风险。

根据本发明，在完成应变片1制造过程之后，但它们仍然一起附着在一个单排阵列或二维阵列上时，可以在应变片1上应用无机物保护覆盖物，例如多层覆盖物2或者具有参量之连续变化的梯度层12。但是，当阵列被切成单个应变片时，载体箔之边缘表面尤其保持敞开，以及容易被潮湿渗入。即使这样，利用应变片之顶部与侧边缘表面之间大的表面比率，由无机物保护覆盖物2、12提供的保护依然是相当大的。如果应变片1必须满足更严格的要求，例如在高灵敏度的测力装置中，也可以在应变片1上设置全面的覆盖物，由此利用至少仔细的处理，覆盖载体基底5的边缘表面。

参照图5和6，将描述在连成一排或一个二维阵列的应变片1的侧边缘表面的至少一大部分上施加表面平整层3以及无机物保护覆盖物2、12的可能方法。图5显示应变片1的单列阵列30。在具有连接电极8的电阻器图样4之间，单排阵列30的载体基底被窄的狭长切口32穿孔，窄的狭长切口32横向延伸在单列阵列30的纵向维度，狭长切口的长度小于单排阵列30之载体基底31的整个宽度。在设置好电阻器图样4和连接器电极8之后，通过例如喷射切割、激光切割的不同方法，优选地通过冲模打孔切割，来产生载体基底31上的狭长切口。在给单排排列31涂上无机物保护覆盖物2、12之前，执行上述步骤。结果，除了载体基底31的连接部分33外，保护覆盖物2、12现在也覆盖了应变片的侧面的边缘表面，其中在覆盖物处理期间，载体基底31的连接部分被留在适当位置，但是在尺寸上尽可能窄，并且其随后在各个应变片被相互分开时被切开。

图6显示了应变片1的二维阵列35，其中二维排列35的载体基底36在各个电阻器图样4之间被在一个方向对齐的狭长切口32以及垂直对齐的狭长切口34穿孔，各个电阻器图样4具有它们的连接器电极8，使得基底仅仅通过每个应变片1的边角的四个连接部分37结合在一起。狭长切口32、34安排在载体基底的各个应变片被相互分开时二维排列随后断开的位置。然而，狭长切口的排列可以多种方式改变来修改，例如，使得具有它们连接电极8的各个电阻器图样4被狭长切口部分包围，狭长切口与每个应变片1周围的留在原位的基底36的仅仅两个或三个连接部分一起形成直角。当然，应变片可以经由多于四个连接部分相互连接。

最重要的一点是，使得通过连接部分33、37将载体基底31、36系在一起的区域最小化，例如，一方面，使连接部分33、37的表面区域足够的小来使可以由保护覆盖物2、12覆盖的应变片1的边缘部分最大化，另一方面，确保载体基底31、36有足够的强度附着在一起，使得单列阵列30或二维阵列35可以安全地被处理。已经显示，与现有技术水平制造的单排和二维阵列的应变片相比，刚才描述的方法对于提高对潮湿渗入的抵抗性是很有效的，并且确实提高了根据本发明的配备有应变片的测力装置的灵敏度。

应当合理地选择切口32、34的宽度，使得，一方面，在各个应变片1之间没有失去太多的基底原料，以及另一方面，在应用覆盖物材料的过程中，要确保应变片1的边界表面被充分覆盖。可以给出大约0.5mm的宽度，作为一般指导。

在覆盖过程开始之前，例如，在施加表面平整层3之前，使具有应变片1的电阻器轨道4的载体基底5进行清洗处理是优选的实施，在清洗处理中，借助于化学或物理清洗方法对表面进行预处理，尤其借助于等离子体清洗方法。在表面平整层3淀积之后，以及无机物保护覆盖物2、12设置在合适的位置之前，表面平整层3也应用了这种类型的清洗。

图7描述了称量单元的形变体21，其具有设置在平行四边形的角点处的四个弹性弯曲区域22。该弯曲区域由开口24之加宽端部23的曲线轮廓形成，其中开口24处于整块形变体21的中心位置。在图7左手部分示出的形变体21的负载接收装置25是可以垂直移动的。如果该测力装置在称量技术领域中使用，以及将负载放置在称量盘(图中没有示出称量盘，但是其可以借助于多个螺丝规则到负载接收装置25的螺孔26上)上，当弯曲区域22经受形变时，负载接收装置25相对于形变体21的规则部分27(显示在图中右手部分)垂直向下移动。借助于应变片1来测量形变，其中应变片1粘贴结合到位于弯曲区域22处的形变体21的顶端28。应变片1具有应变敏感的电阻器轨道4，该电阻器轨道4优选地以弯曲图样的形状设置在载体基底5上。优选地，应变片1不仅设置在形变体21之顶端28的弯曲区域22处，而且设置在形变体21之底侧上的弯曲区域处，这在图中是不可见的。应变片1设置有多层覆盖物2、12防止渗入潮湿，例如，水、溶剂或气体。以上图1到4的内容中解释了多层覆盖物2、12的产生过程和功能。以及为了使应变片1清楚可见，在此绘制下面的表面平整聚合物3为透明层。然而，在实际的实施例中，覆盖物层2、3、12不需要是透光的。

在图7所示的实施例中，在应变片1安装在形变体21上之后，多层覆盖物2、12直接施加到应变片1上。这使得可以在整体上覆盖应变片1，例如，载体基底5以及电阻器轨道4以及甚至形变体21周围的区域，并且由此提供完整的密封，来防止潮湿。具体地，覆盖物也覆盖环氧树脂，其中环氧树脂常常用作粘合剂，并且在这里用来将应变片安装在形变体上，并少量地延伸到应变片之边界的外侧(看图8)。这意味着也防止了影响称量性能的结合材料的与潮湿相关的影响。通过利用多层覆盖物2、12完全覆盖应变片1的边界和边界，也避免了由在边界和边角处可能进入潮湿而引起的影响。在这种方式下，由周围大气中的湿度变化所影响的测力装置之上述测量特性(例如灵敏度、零点的稳定型以及儒变特性等)的变化率可以减小102到106倍的数量。随后，这些参数在测力装置的整个寿命期间，几乎不受周围大气湿度的影响。

图8给出了由图7中的圆A所包围的形变体21的一部分的放大立体图。正如图7中，描述了安装在弯曲区域22处的应变片1。另外，图8显示了覆盖应变片1以及形变体21之顶端28的一部分的多层无机覆盖物2，以及还尤其覆盖了上述粘合层21。为了清晰起见，无机物保护覆盖物2再次被绘制作为透明覆盖物，并且切开图中面向右边的一侧。还能看到弯曲形状的电阻器轨道的连接器电极8。当然，连接器电极8必须保持为可到达的，以用来连接传感桥电路(这里未显示)，甚至在多层覆盖物2、12被施加之后。因此，需要采取合理的方法。

在这种情况下，在覆盖物用于已经设置在测力装置之形变体21上的在应变片1时，在空气中的气相淀积是优选的作为特别划算的技术。在这种被认为是燃烧化学气相淀积(CCVD)的覆盖方法中，优选为溶解状态物质的蒸气在气焰中加热，在物质淀积在位于火焰附近的基底上之前，物质经历一个化学反应。在本文中应当描述的其他可用淀积方法包括等离子体增强型化学气相淀积(PECVD)技术或等离子感应型化学气相淀积(PICVD)技术。

等离子体淀积方法使得可以淀积表面均匀覆盖物层，也被称为敷形涂覆，因为等离子到达被覆盖的表面区域的任何地方，而与它们在淀积设备中的方向无关。通过合理地选择淀积处理参量，尤其是作为时间函数的激发频率和它的变化，可以产生应力发生率低的保护覆盖物2、12或多层覆盖物2的层6、7，这减小了分层的风险，尤其是多层覆盖物2中单个层6、7的分层。

以下是更具体的描述氮氧化硅保护覆盖物12的产生过程的一个例子。在借助于电镀方法施加无机物-有机物混合聚合物的表面平整层3之后，应变片被放入覆盖设备中，借助于PECVD进行覆盖，PECVD以在SiH₂中加入N₂、NH₃、以及N₂O作为处理气体。SiH₄中加入N₂和NH₃作为处理气体促进了氮化物的形成。通过N₂O的流入量逐渐增大，形成氮氧化硅，因此，在NH₃流入量进一步增大的同时，NH₃的供应量减少。

通过颠倒该步骤，以及重复此循环，可以制造具有层间平缓过程的多层覆盖物，同时利用在N₂O的流入量连续没有减少期间突然中止NH₃供应量的处理，以及相反的处理，可以产生具有几乎不连续过渡的多层覆盖物。

在优选实施例中，描述了设置有一不均质无机物保护覆盖物2、12的应变片1，无机物保护覆盖物2、12下面设置有表面平整层3，然而，基于本发明之教导，相关领域技术人员将会实现更多的实施例。

Claims

1、一种应变片(1)，具有设置在载体基底(5)上的应变敏感的电阻器轨道(4)以及用于接触该电阻器轨道(4)的若干连接器电极(8)，以及具有由无机物材料组成的保护覆盖物(2、12)，其中该保护覆盖物(2、12)覆盖该载体基底(5)和/或该电阻器轨道(4)和/或该连接器电极(8)的至少一部分，其特征在于：在覆盖物厚度范围内，该保护覆盖物(2、12)的组成结构是不均质的，以及该保护覆盖物(2、12)下面设置有一个表面平整聚合物层(3)，该表面平整聚合物层(3)用于平整待覆盖区域的粗糙表面部分，其中该表面平整聚合物层(3)的层厚至少等于该保护覆盖物的厚度。

2、根据权利要求1的应变片，其特征在于：该保护覆盖物(2、12)作为敷形涂覆被设置在该表面平整聚合物层(3)上。

3、根据权利要求1或2的应变片，其特征在于：该保护覆盖物设置作为多层覆盖物(2)，其具有若干个不同无机物材料层的交替序列、和/或由两种组分组成的无机物材料之不同化学计量成分的交替序列、和/或无机物材料之结构参量变化的交替序列。

4、根据权利要求1、2或3的应变片，其特征在于：该保护覆盖物包括氮化硅层和其它层的序列，其中所述其它层由氧化物、碳化物、氟化物、或它们的混合物组成。

5、根据权利要求4的应变片，其特征在于：所述其它层由氧化钛、氧化钽、氧化锆、氧化铪、氧化铝、碳化硅、或氟化钛组成，尤其由二氧化硅组成。

6、根据权利要求1或2的应变片，其特征在于：该保护覆盖物被配置有连续变化的一个或多个参量，其中所述参量尤其包括覆盖物材料的化学成分，以及其中所述连续变化可以是在整个覆盖物厚度范围上的单调变化或者周期性变化。

7、根据权利要求1到6其中任意一个的应变片，其特征在于：该表面平整聚合物层(3)由丙烯酸脂聚合物或无机物—有机混合聚合物组成。

8、根据权利要求1到7其中任意一个的应变片，其特征在于：一个硅覆盖层或聚合物材料覆盖层覆盖该无机物保护覆盖物(2、12)。

9、一种根据权利要求1到8其中任意一个的应变片(1)的单排阵列(30)或二维阵列(35)，其特征在于：通过若干狭长切口的配置，穿孔所述单排阵列(30)或二维阵列(35)的载体基底(31、36)，所述狭长切口允许在所述切口区域中的载体基底(31、36)的侧边缘表面也同样被该表面平整层(3)以及该保护覆盖物(2、12)覆盖。

10、根据权利要求9的单排阵列(30)或二维阵列(35)，其特征在于：所述狭长切口的配置由沿着应变片(1)之侧面延伸的多个狭长切口(32、34)组成，其中，所述多个狭长切口的每一个延伸在应变片(1)之侧面的几乎整个长度上。

11、一种测力装置，具有一形变体以及具有设置在该形变体上的根据权利要求1到8其中任意一个的至少一个应变片(1)，其特征在于：该保护覆盖物(2、12)以及表面平整聚合物内涂层(3)的一部分延伸到所述至少一个应变片(1)之外，以及覆盖所述形变体(21)的至少一部分，尤其覆盖靠近所述应变片(1)的所述形变体(21)的表面部分。

12、一种在单个应变片(1)上或者在应变片(1)之单排阵列(30)或二维阵列(35)上产生保护覆盖物的方法，其特征在于：将表面平整聚合物层(3)淀积在载体基底(5、31、36)和/或电阻器轨道(4)和/或连接器电极(8)的至少一部分上，以及将一薄的无机物保护覆盖物(2、12)淀积在所述表面平整聚合物层(3)上，其中，淀积处理参量以下面的方式变化，即，使得形成无机物保护覆盖物(2、12)，其在覆盖物厚度上是不均质的。

13、一种在至少一个应变片(1)上产生保护覆盖物的方法，所述至少一个应变片设置在测力装置的形变体(21)上，所述应变片(1)具有设置在载体基底(5)上的应变敏感的电阻器轨道(4)以及用于连接该电阻器轨道(4)的若干连接器电极(8)，其特征在于：将表面平整聚合物层(3)淀积在载体基底(5)和/或电阻器轨道(4)和/或连接器电极(8)的至少一部分上和形变体(21)上，以及将一薄的无机物保护覆盖物(2、12)淀积在所述表面平整聚合物层(3)上，其中，淀积处理参量以下面的方式变化，即，使得形成无机物保护覆盖物(2、12)，其在覆盖物厚度上是不均质的。

14、根据权利要求12或13的方法，其特征在于：在淀积处理之前，借助于化学或物理清洗方法，尤其是借助于等离子体清洗方法，对应变片(1)和/或形变体(21)和/或表面平整聚合物层(3)的表面执行预处理。