电阻应变计制造工艺技术的发展慨况 点击：452 | 回复：0
发表于：2011-03-29 16:40:39
楼主
电阻应变计是应变式称重传感器的核心器件，其敏感栅结构、基底与覆盖层材料、热输出、机械滞后、蠕变、灵敏系数稳定性等工作特性直接影响应变式称重传感器的准确度和稳定性。国内外许多企业都把电阻应变计的生产列入应变式称重传感器的基础工艺，稳定批量生产质量都是从电阻应变计这一源头抓起。或建立与本公司产品配套的电阻应变计生产部门，或经过严格考察确定长期供货的电阻应变计生产企业。20世纪90年代以来，以美国HPM公司、V－MM公司为代表的应变电阻合金箔材轧制企业和以美国 V－MM、BLH、JP公司，德国HBM公司为代表的电阻应变计设计与制造企业，在应变电阻合金研究、箔材轧制与热处理、电阻应变计设计技术与制造工艺、生产线的工艺装备研制与应用上都取得一些突破性进展，主要技术与工艺成果简介如下：
（1）在学术领域形成了应变电阻合金学术分科
研制满足各种类型电阻应变计工作特性要求的应变电阻合金材料，并从合金熔炼、锻造，箔材轧制、碾压、热处理开始控制电阻应变计的质量。 箔材粗轧工艺：合金的熔炼、电渣重熔保证合金成份不变，锻造、冷轧、碾压等工艺为精轧作准备。
箔材精轧工艺：在洁净度较高的环境条件下，利用高速轧机进行冷轧，采用轧机自动厚度控制系统控制带材厚度，保证均匀一致。 碾压精度要求：厚度为0.0001～0.0002英寸（2.5～5μm）的带材，厚度变化小于0.00001英寸（0.25μm）。
（2）研制先进的应变电阻合金箔材热处理设备
箔材在多次轧制、碾压过程中，晶格产生位错、滑移、空位、破裂等缺陷，其附近的原子处于热力学上的不稳定状态，是电学性能不稳定的重要原因。因此必须进行稳定性处理，即退火处理，在达到退火温度时这些原子吸收热能产生扩散，使晶格缺陷迁移和消失，电阻率和电阻温度系数趋于稳定。为此研制出智能真空热处理设备，北京紫微浩阳科技有限公司研制生产的BSE－1088型真空热处理炉具有一定的代表性。它能在极高的真空条件下，精确的按照设定的热处理工艺曲线，对应变电阻合金箔材进行热处理，并采用正压氢气体保护技术，保证金属箔材不被氧化和化学成分不变，在此前提下调整其热输出性能。
（3）采用三维有限单元法设计电阻应变计
处于国际市场引导地位的企业普遍采用一维、二维和三维有限单元法，建立相应的力学模型，分析电阻应变计的应变传递系数，提出敏感栅结构设计原则。美国V－MM公司建立三维有限单元六面体力学模型，取一万多个节点，在大容量电子计算机上进行计算，其目的是研究电阻应变计结构，解决敏感栅结构的力学效应，覆盖层的力学效果，基底、敏感栅、覆盖层厚度对机械滞后的影响，敏感栅结构与蠕变自补偿问题。保证电阻应变计敏感栅结构形状、几何尺寸、基底与覆盖层厚度最合理。
（4）电阻应变计制造工艺及工艺装备的新发展
1）精密刮胶技术与装备
刮胶棒间隙可调，传送台采用高精度伺服电机，控制性能极佳，胶膜均匀，厚度偏差小。
2）基底与箔材一体化的压膜技术
通过专用设备将箔材与基底薄膜压合成为一个整体，箔材与基底粘结牢固，厚度均匀，符合基底薄（20～25μm）的要求。
3）采用带基底的箔材制造电阻应变计
在专用的加压加温设备上，将热处理后清洗干净的箔材与已制成20～25μm胶膜的基底材料，通过胶粘剂粘贴、固化使两者成为一个整体，供制造电阻应变计使用。其特点是：将箔材处理、清洗、涂基底胶、固化成膜等工序合并为一体，即简化了工艺流程，又提高了电阻应变计的均一性和稳定性。
4）离子束投影光刻技术（IPL）与光刻装备
被称为新一代光刻技术，其光刻工艺为： 离子源→离子束→掩膜片→静电透镜系统→参考平面→步进扫描承片台。 特点：分辩率高，能达到50nm的特征尺寸；光线均匀，爆光快速、准确。
5）漫射光光刻技术与光刻装备
紫外爆光灯，其光谱能量集中分布在365～435nm，曝光更加快速、准确；真空吸附式曝光，箔材与光刻板接触紧密。
6）电子计算机控制的智能化匀胶工艺装备
匀胶机采用计算机控制的永磁直流稀土电机，控制性能好，实时监控加速度、匀胶速度、减速度，可获得较高的胶膜均匀性。
7）电子计算机控制的智能化蚀刻工艺装备
智能蚀刻机为全密封结构，保证蚀刻液成分不变，采用扇形摆动喷淋面与垂直方式承片台动态配合，有效的控制每版应变计电阻值的误差。
8）调阻新工艺
①电化学调阻工艺
是利用金属在电解液中受到电化学阳极溶解使其尺寸改变的原理。对细腐蚀后的应变计，通过耐腐蚀材料制成的阴极和它喷出的电解液，逐片对敏感栅进行电解加工调整电阻值。其特点是不产生予应力，敏感栅厚度均匀，阻值和温度系数分散小且稳定性好，调阻精度和效率高。目前已研制出智能电化学调阻工艺装备。
②激光化学调阻工艺
激光化学调阻工艺是近年来工艺研究的新成果。对细蚀刻后的整版应变计均匀涂上一层蚀刻液，以一定波长的激光束扫过敏感栅上的蚀刻液，进行光化学调阻，直到自动测量系统发出电阻值达到标准时为止。不产生予应力和温度特性变差，电阻标称值精度高，阻值分散小，稳定性好，特别适合作高准确度的称重传感器。 从上述两种电阻应变计电阻值精密调整的新工艺中，可以得出均可实现电子计算机控制的自动化调阻，较大的克服了人为因素对产品质量的影响，是今后电阻应变计生产工艺中精密调整电阻值的新途径。
9）自动图形识别蚀刻质量检查
电子计算机控制的图形识别蚀刻质量检查系统，对敏感栅及栅头蚀刻质量的检查严格、科学、合理，保证产品批次质量的稳定性和均一性。
10）新型全密封覆盖层技术与工艺
蚀刻、调阻后，全版加封一整张覆盖层，加压加温固化后电火花加工露出焊点，形成真正的全密封结构。
11）激光自动剪片新工艺：
效率高，基底尺寸一致性好，从敏感栅中心线到其边缘公差均为±0.005英寸（±0.13mm）， 可利用基底外形作为贴片定位基准。
12）应变计自动性能检测与灵敏系数
（1）在学术领域形成了应变电阻合金学术分科
研制满足各种类型电阻应变计工作特性要求的应变电阻合金材料，并从合金熔炼、锻造，箔材轧制、碾压、热处理开始控制电阻应变计的质量。 箔材粗轧工艺：合金的熔炼、电渣重熔保证合金成份不变，锻造、冷轧、碾压等工艺为精轧作准备。
箔材精轧工艺：在洁净度较高的环境条件下，利用高速轧机进行冷轧，采用轧机自动厚度控制系统控制带材厚度，保证均匀一致。 碾压精度要求：厚度为0.0001～0.0002英寸（2.5～5μm）的带材，厚度变化小于0.00001英寸（0.25μm）。
（2）研制先进的应变电阻合金箔材热处理设备
箔材在多次轧制、碾压过程中，晶格产生位错、滑移、空位、破裂等缺陷，其附近的原子处于热力学上的不稳定状态，是电学性能不稳定的重要原因。因此必须进行稳定性处理，即退火处理，在达到退火温度时这些原子吸收热能产生扩散，使晶格缺陷迁移和消失，电阻率和电阻温度系数趋于稳定。为此研制出智能真空热处理设备，北京紫微浩阳科技有限公司研制生产的BSE－1088型真空热处理炉具有一定的代表性。它能在极高的真空条件下，精确的按照设定的热处理工艺曲线，对应变电阻合金箔材进行热处理，并采用正压氢气体保护技术，保证金属箔材不被氧化和化学成分不变，在此前提下调整其热输出性能。
（3）采用三维有限单元法设计电阻应变计
处于国际市场引导地位的企业普遍采用一维、二维和三维有限单元法，建立相应的力学模型，分析电阻应变计的应变传递系数，提出敏感栅结构设计原则。美国V－MM公司建立三维有限单元六面体力学模型，取一万多个节点，在大容量电子计算机上进行计算，其目的是研究电阻应变计结构，解决敏感栅结构的力学效应，覆盖层的力学效果，基底、敏感栅、覆盖层厚度对机械滞后的影响，敏感栅结构与蠕变自补偿问题。保证电阻应变计敏感栅结构形状、几何尺寸、基底与覆盖层厚度最合理。
（4）电阻应变计制造工艺及工艺装备的新发展
1）精密刮胶技术与装备
刮胶棒间隙可调，传送台采用高精度伺服电机，控制性能极佳，胶膜均匀，厚度偏差小。
2）基底与箔材一体化的压膜技术
通过专用设备将箔材与基底薄膜压合成为一个整体，箔材与基底粘结牢固，厚度均匀，符合基底薄（20～25μm）的要求。
3）采用带基底的箔材制造电阻应变计
在专用的加压加温设备上，将热处理后清洗干净的箔材与已制成20～25μm胶膜的基底材料，通过胶粘剂粘贴、固化使两者成为一个整体，供制造电阻应变计使用。其特点是：将箔材处理、清洗、涂基底胶、固化成膜等工序合并为一体，即简化了工艺流程，又提高了电阻应变计的均一性和稳定性。
4）离子束投影光刻技术（IPL）与光刻装备
被称为新一代光刻技术，其光刻工艺为： 离子源→离子束→掩膜片→静电透镜系统→参考平面→步进扫描承片台。 特点：分辩率高，能达到50nm的特征尺寸；光线均匀，爆光快速、准确。
5）漫射光光刻技术与光刻装备
紫外爆光灯，其光谱能量集中分布在365～435nm，曝光更加快速、准确；真空吸附式曝光，箔材与光刻板接触紧密。
6）电子计算机控制的智能化匀胶工艺装备
匀胶机采用计算机控制的永磁直流稀土电机，控制性能好，实时监控加速度、匀胶速度、减速度，可获得较高的胶膜均匀性。
7）电子计算机控制的智能化蚀刻工艺装备
智能蚀刻机为全密封结构，保证蚀刻液成分不变，采用扇形摆动喷淋面与垂直方式承片台动态配合，有效的控制每版应变计电阻值的误差。
8）调阻新工艺
①电化学调阻工艺
是利用金属在电解液中受到电化学阳极溶解使其尺寸改变的原理。对细腐蚀后的应变计，通过耐腐蚀材料制成的阴极和它喷出的电解液，逐片对敏感栅进行电解加工调整电阻值。其特点是不产生予应力，敏感栅厚度均匀，阻值和温度系数分散小且稳定性好，调阻精度和效率高。目前已研制出智能电化学调阻工艺装备。
②激光化学调阻工艺
激光化学调阻工艺是近年来工艺研究的新成果。对细蚀刻后的整版应变计均匀涂上一层蚀刻液，以一定波长的激光束扫过敏感栅上的蚀刻液，进行光化学调阻，直到自动测量系统发出电阻值达到标准时为止。不产生予应力和温度特性变差，电阻标称值精度高，阻值分散小，稳定性好，特别适合作高准确度的称重传感器。 从上述两种电阻应变计电阻值精密调整的新工艺中，可以得出均可实现电子计算机控制的自动化调阻，较大的克服了人为因素对产品质量的影响，是今后电阻应变计生产工艺中精密调整电阻值的新途径。
9）自动图形识别蚀刻质量检查
电子计算机控制的图形识别蚀刻质量检查系统，对敏感栅及栅头蚀刻质量的检查严格、科学、合理，保证产品批次质量的稳定性和均一性。
10）新型全密封覆盖层技术与工艺
蚀刻、调阻后，全版加封一整张覆盖层，加压加温固化后电火花加工露出焊点，形成真正的全密封结构。
11）激光自动剪片新工艺：
效率高，基底尺寸一致性好，从敏感栅中心线到其边缘公差均为±0.005英寸（±0.13mm）， 可利用基底外形作为贴片定位基准。
12）应变计自动性能检测与灵敏系数
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