Способ изготовления тензодатчика

Способ изготовления тензодатчика

Реферат

 

Изобретение относится к измерительной технике и позволяет повысить выход годных чувствительных элементов тензодатчиков. Чувствительные элементы, измерительная схема которых не соответствует требованиям, подвергают повторной обработке. Для этого химическим травлением удаляют слои проводящего материала до изолирующего слоя. На последний дополнительно наносят слой моноокиси кремния толщиной 0,05 0,1 толщины первого изолирующего слоя. Затем слои SiO обрабатывают в низкотемпературной кислородной плазме в течение 30 60 мин. В процессе обработки происходит окисление слоя SiO, не создающее в последнем внутренних механических напряжений и улучшающее изолирующие свойства слоя. После этого производят повторное нанесение тензорезистивного и проводящего материалов с адгезионным хромовым подслоем и вновь формируют тензорезисторы.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в технологии изготовления чувствительных элементов малогабаритных металлопленочных датчиков физических величин повышенной точности. Целью изобретения является повышение выхода годных чувствительных элементов путем повторного использования некачественных деформированных элементов. П р и м е р. Чувствительные элементы с упругим элементом из сплава 36НХТЮ, измерительная схема которых не соответствовала требованиям технической документации по результатам изготовления и сборки, подвергали повторному использованию. Предварительно с чувствительных элементов удаляли химическим травлением слои проводящего материала золота с адгезионным подслоем хрома и тензорезистивного материала Х20Н75Ю до изолирующего слоя на основе моноокиси кремния. Первоначальная толщина изолирующего слоя моноокиси кремния на металлическом упругом элементе составляла 3-4 мкм. На изолирующий слой дополнительно наносили в вакуумной напылительной установке второй изолирующий слой моноокиси кремния толщиной 0,05-0,1 толщины первого изолирующего слоя. Выбранное соотношение толщины дополнительного изолирующего слоя справедливо и для других изолирующих материалов, например для двуокиси кремния SiO₂, двуокиси алюминия Al₂O₃. Для конкретного примера с применением в качестве материала изолирующего слоя моноокиси кремния SiO толщина дополнительного изолирующего слоя составляла 0,15-0,4 мкм в зависимости от первоначальной толщины ранее нанесенного изолирующего слоя. Нижний предел по толщине дополнительного изолирующего слоя выбран из условия запыления возможных дефектов (пор) в нижнем (ранее нанесенном) изолирующем слое. Верхний предел по толщине дополнительного изолирующего слоя определения из условия полного запыления сквозных дефектов в нижнем изолирующем слое, которые могут приводить к потере изоляции измерительной схемы относительно корпуса металлического упругого элемента. Дефекты в нижнем изолирующем слое возникают по двум причинам. Во-первых, в процессе изготовления чувствительных элементов путем последовательного нанесения на рабочую поверхность элемента тонких слоев изолирующего, тензорезистивного и проводящего материалов имеет место отход чувствительных элементов по несоответствию сопротивления изоляции нанесенных слоев относительно металлического корпуса чувствительного элемента заданному значению. Это объясняется дефектами (порами) в изолирующем слое, например, на основе моноокиси кремния, которые имеют невоспроизводимый характер в процессе нанесения изолирующего слоя и обусловлены состоянием исходной поверхности чувствительного элемента (чистотой механической обработки поверхности и качеством ее подготовки перед нанесением изолирующего слоя). Дополнительное нанесение на нижний изолирующий слой, имеющий в своей структуре дефекты, снижающие (R_из < R_{из.треб}) или не обеспечивающие (R_из 0) величину сопротивления изоляции, дополнительного изолирующего слоя из того же материала (моноокиси кремния) определенной толщины позволяет исключить влияние этих дефектов на величину сопротивления изоляции и тем самым получить чувствительные элементы с требуемой величиной сопротивления изоляции, т.е. улучшить параметры изолирующего слоя. При стравливании с деформированных чувствительных элементов слоя тензорезистивного материала (например, сплавов К50С, П65ХС, Х20Н750) в растворах фтористоводородной (плавиковой) кислоты частично подтравливается (повреждается) и сам изолирующий слой. Поэтому для восстановления поверхности нижнего изолирующего слоя наносится дополнительный изолирующий слой определенной толщины (0,05-0,1 толщины нижнего изолирующего слоя), что позволяет в этом случае одновременно восстановить общую толщину изолирующего слоя и закрыть локальные дефекты, которые возникают в нижнем изолирующем слое при воздействии "агрессивного" травителя, и тем самым обеспечить требования по сопротивлению изоляции для реставрированных чувствительных элементов. Затем изолирующий слой моноокиси кремния обрабатывали в низкотемпературной кислородной плазме в течение 30-60 мин при следующих режимах: мощность плазмы 200-250 Вт, рабочее давление в реакционной камере 0,8-1,0 мм рт.ст. расход кислорода 4,5-5,0 см³/мин, температура упругих элементов в процессе обработки не превышает 80^оС. Низкотемпературная кислородная плазма, генерируемая в реакционной камере, где образуется реакционно-способный кислород, является единственно возможным методом окисления изолирующей пленки чувствительного элемента за счет химического взаимодействия атомарных кислородоповерхностных атомов изолирующей пленки, не создающих в изолирующей пленке внутренних механических напряжений, которые могут привести к растрескиванию изолирующей пленки и ухудшению ее изолирующих свойств. Обработка в кислородной плазме позволила дополнительно создать на поверхности изолирующего слоя окисленную пленку, которая также улучшила изолирующие свойства слоя. Обработка в кислородной плазме более часа не увеличивала сопротивление изоляции измерительной схемы, а вела к дополнительному расходу кислорода. После обработки в кислородной плазме упругие элементы с изолирующим слоем из моноокиси кремния закрепляли в держателях и помещали в вакуумную камеру напылительной установки. Производилось повторное нанесение в вакууме тензорезистивного материала Х20Н75Ю и проводящего материала золота с адгезионным хромовым подслоем. Затем вновь формировали тензорезисторы с контактными площадками и коммутацией и производили настройку мостовых схем чувствительных элементов. Использование данного способа изготовления чувствительных элементов тензодатчиков обеспечивает следующие преимущества. Выход годных чувствительных элементов при повторном использовании упругих элементов с первоначально нанесенным изолирующим слоем повышается в 1,7-2,1 раза. Трудоемкость изготовления чувствительных элементов снижается в 1,4 раза. Имеется возможность повторного использования в производстве упругих элементов с тонкими мембранами, изготовленными на малые диапазоны измерения физической величины.

Формула изобретения

СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ТЕНЗОДАТЧИКА, включающий нанесение на металлический упругий элемент изолирующего слоя, формирование мостовой схемы на тензорезисторных элементах с контактными площадками и коммутацией, измерение электрических параметров мостовой схемы и разработку, отличающийся тем, что, с целью повышения выхода годных, после операции разбраковки осуществляют удаление мостовой схемы с контактными площадками и коммутацией до изолирующего слоя, после чего проводят нанесение дополнительного изолирующего слоя из того же материала толщиной 0,05 0,1 толщины ранее нанесенного изолирующего слоя с его последующим окислением в низкотемпературной кислородной плазме в течение 30 60 мин, после чего проводят повторное формирование мостовой схемы с контактными площадками и коммутацией.