利用激光直寫技術(shù)制造整體式薄膜鉑電阻傳感器的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及整體式薄膜鉑電阻傳感器制造技術(shù)領(lǐng)域。更具體地說，本發(fā)明涉及一種利用激光直寫技術(shù)制造用于激波風(fēng)洞氣動(dòng)熱環(huán)境測(cè)量試驗(yàn)的整體式薄膜鉑電阻傳感器的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]薄膜鉑電阻傳感器作為高超聲速飛行器在脈沖風(fēng)洞熱環(huán)境試驗(yàn)中表面熱流測(cè)量的重要元件，具有靈敏度高(約毫伏量級(jí)/攝氏度)、響應(yīng)時(shí)間短(微秒量級(jí))、尺寸小等諸多優(yōu)勢(shì)。薄膜鉑電阻傳感器根據(jù)飛行器測(cè)熱區(qū)域的外形，可制作成點(diǎn)式、片式、整體式三種。制備過程主要包括基底玻璃外形加工與拋光、真空濺射與掩膜配合制備鉑電阻以及成膜熱處理等。
[0003]—般來說，掩膜過程需要卡具將掩膜緊密得貼合于玻璃基底表面，對(duì)于點(diǎn)式傳感器，尺寸固定，批量生產(chǎn)，掩膜和卡具可重復(fù)使用，使用該方法較為合理，但對(duì)于整體式傳感器，其弊端主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面:
[0004]I)不同外形的傳感器需要制作配套專用卡具和掩膜，其制作周期長、費(fèi)用高、生產(chǎn)效率低；
[0005]2)鍍膜一旦完成，很難再修改，質(zhì)量不好的只能作廢，成品率低；
[0006]3)對(duì)于越來越復(fù)雜的飛行器外形及拐點(diǎn)熱流的測(cè)量，尤其是曲率較大小的位置，只能用整體式傳感器測(cè)量表面熱流，而這些位置掩膜縫隙處張力大，與玻璃基底無法緊密貼合，會(huì)造成測(cè)點(diǎn)邊緣發(fā)虛等問題，影響傳感器質(zhì)量，無法準(zhǔn)確測(cè)量。
[0007]這一系列的因素限制了整體式薄膜電阻傳感器的發(fā)展，亟需新的工藝及方法進(jìn)行改進(jìn)。
[0008]由于激光打標(biāo)機(jī)單次掃描可以對(duì)金屬進(jìn)行切割將表面0.3mm以內(nèi)厚度的金屬薄層去除掉，而對(duì)玻璃基底無破壞，因此激光直寫可以用來去除將玻璃表面的鉑膜去除掉。鉑金屬薄膜的激光加工包括以下幾個(gè)過程:激光聚焦后照射至薄膜表面;薄膜吸收激光能量;薄膜被加熱，氣化;熱量通過熱傳導(dǎo)散失。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]本發(fā)明的一個(gè)目的是解決上述至少一個(gè)問題或缺陷，并提供后面將說明的至少一個(gè)優(yōu)點(diǎn)。
[0010]本發(fā)明還有一個(gè)目的是提供一種利用激光直寫技術(shù)制造整體式薄膜鉑電阻傳感器的方法，其通過利用激光直寫技術(shù)制造整體式鉑電阻傳感器，由于激光可以對(duì)金屬進(jìn)行切割，而對(duì)玻璃基底無破壞，因此激光直寫可以將玻璃表面的鉑膜去除掉。利用激光直寫技術(shù)，將不再使用傳統(tǒng)加工方法中的掩膜和卡具，大大縮短了加工周期，提高了成品率，大幅度提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量。
[0011]為了實(shí)現(xiàn)根據(jù)本發(fā)明的這些目的和其它優(yōu)點(diǎn)，提供了一種利用激光直寫技術(shù)制造整體式薄膜鉑電阻傳感器的方法，包括以下步驟:
[0012]步驟一、按照傳統(tǒng)的方法加工玻璃基底，對(duì)所述玻璃基底的鍍膜面進(jìn)行拋光；
[0013]步驟二、將所述步驟一得到的拋光的玻璃基底的鍍膜面進(jìn)行鍍鉑膜，并進(jìn)行熱處理；
[0014]步驟三、將所述步驟二得到的鍍鉑膜的玻璃基底卡設(shè)在可轉(zhuǎn)動(dòng)卡具上，利用激光直寫技術(shù)掃描鍍鉑膜面的玻璃基底以得到具有預(yù)設(shè)圖案以及特定寬度的鉑電阻；
[0015]步驟四、對(duì)所述鉑電阻進(jìn)行銀漿描涂引線操作，并經(jīng)過熱處理使銀漿漿料烘干和固結(jié)。
[0016]優(yōu)選的是，其中，所述步驟三中，所述掃描包括:利用計(jì)算機(jī)控制激光打標(biāo)機(jī)，調(diào)整合適的激光打標(biāo)機(jī)參數(shù)，根據(jù)計(jì)算機(jī)上繪制的掃描路徑來掃描鍍鉑膜面，使掃描區(qū)域的鍍鉑膜面在激光高能量的作用下脫去鉑層，而未經(jīng)掃描的區(qū)域留下鍍鉑膜層，即得到具有預(yù)設(shè)圖案的鉑電阻。
[0017]優(yōu)選的是，其中，在所述步驟三中，在得到具有預(yù)設(shè)圖案的鉑電阻之后還包括步驟:對(duì)得到的鉑電阻進(jìn)行阻值測(cè)量，并按照阻值進(jìn)行判定，當(dāng)阻值在60?80歐姆之間時(shí)，進(jìn)入所述步驟四，而如果阻值不在上述區(qū)間，則視為不合格品，再次利用激光直寫技術(shù)去除鉑電阻層，再次進(jìn)入所述步驟二。
[0018]優(yōu)選的是，其中，所述激光打標(biāo)機(jī)采用的是HR-YDP-50L半導(dǎo)體激光打標(biāo)機(jī)，所述激光打標(biāo)機(jī)采用的激光重復(fù)頻率大于3kHz。
[0019]優(yōu)選的是，其中，在所述步驟二中，熱處理具體包括:首先，充入氬氣，當(dāng)溫度升高至|J600°C時(shí)，保持溫度4個(gè)小時(shí)，然后，停止保溫，開始冷卻，當(dāng)鍍膜冷卻到160 V時(shí)，保持溫度持續(xù)24小時(shí)，最后，停止保溫并自然冷卻至室溫后取出。
[0020]優(yōu)選的是，其中，在所述步驟二中，采用真空粒子濺射鍍膜機(jī)對(duì)拋光的玻璃基底的鍍膜面進(jìn)行鍍鉑膜。
[0021]優(yōu)選的是，其中，在所述步驟一中，采用機(jī)械拋光方法將所述玻璃基底的鍍膜面拋光至表面粗糙度Ra 0.012μπι。
[0022]優(yōu)選的是，其中，在所述步驟三中，根據(jù)公式R= pl/s對(duì)所述特定寬度進(jìn)行估算，其中，P為電阻率，I為鉑電阻的長度，s為鉑電阻橫截面積。
[0023]優(yōu)選的是，其中，在所述步驟四中，經(jīng)過熱處理使銀漿漿料烘干和固結(jié)步驟具體包括:烘干溫度保持在150 °C，烘干時(shí)間為15分鐘；固結(jié)溫度為550 0C，時(shí)間保持15分鐘。
[0024]優(yōu)選的是，其中，在所述步驟四之后還包括步驟:進(jìn)行焊線與標(biāo)定操作完成傳感器的制造。
[0025]本發(fā)明至少包括以下有益效果:
[0026]1、通過利用激光直寫技術(shù)，比傳統(tǒng)方法少了卡具、掩膜設(shè)計(jì)加工及裝卡過程(需要約15天工時(shí))，多了激光直寫(需要約10分鐘工時(shí))，所用的時(shí)間和人力相差甚遠(yuǎn)，大大縮短了生產(chǎn)周期，極大地提高了生產(chǎn)效率，降低了生產(chǎn)成本；
[0027]2、通過利用激光直寫技術(shù)，測(cè)點(diǎn)位置更精確易控，即使測(cè)點(diǎn)位置出現(xiàn)偏差，也可以將測(cè)點(diǎn)進(jìn)行切割，玻璃基底重復(fù)利用，提高成品率；
[0028]3、由于鉑電阻的金屬寬度更易于控制和量化，加工精度得到提高，因此鉑電阻的阻值一致性得到改善，傳感器系數(shù)得到保證；
[0029]4、加工得到的鉑電阻邊緣尖銳，在高速氣流的沖刷下阻值更為穩(wěn)定。
[0030]本發(fā)明的其它優(yōu)點(diǎn)、目標(biāo)和特征將部分通過下面的說明體現(xiàn)，部分還將通過對(duì)本發(fā)明的研究和實(shí)踐而為本領(lǐng)域的技術(shù)人員所理解。
【附圖說明】
[0031]圖1為本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中利用激光直寫技術(shù)制造整體式薄膜鉑電阻傳感器的方法的流程示意圖；
[0032]圖2為通過本發(fā)明方法制得的鉑電阻在顯微鏡下形態(tài)的示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0033]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的詳細(xì)說明，以令本領(lǐng)域技術(shù)人員參照說明書文字能夠據(jù)以實(shí)施。
[0034]圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的一種實(shí)現(xiàn)形式，示出了利用激光直寫技術(shù)制造整體式薄膜鉑電阻傳感器的方法的過程。其中包括:
[0035]步驟一、按照傳統(tǒng)的方法加工玻璃基底，對(duì)所述玻璃基底的鍍膜面進(jìn)行拋光，將所述玻璃基底的鍍膜面拋光至表面粗糙度Ra 0.012μπι;
[0036]步驟二、采用真空粒子濺射鍍膜機(jī)將所述步驟一得到的拋光的玻璃基底的鍍膜面進(jìn)行鍍鉑膜，并進(jìn)行熱處理，其中，熱處理的工藝包括:首先，充入氬氣