Способ изготовления емкостного датчика давления

 

Изобретение относится к измеритедьнойтехнике и может быть использовано при изготовлении емкостных датчиков, предназначенных для измерения давления в условиях воздействия повышенных температур. Цель изобретения: повышение технологичности. Сущность изобретения: на диэлектриках упругого элемента и пластины формируюттонкопленочныетокопроводящие электроды с контактными площадками и дополнительные изолированные площадки, размещают выводные проводники на контактных площадках между пластиной и упругим элементом, прижимают пластину к упругому элементу усилием Ohp, где N - количество выводных проводников; S - площадь части контакта, заключенного между упругим элементом и пластиной; иьр минимальное значение предела пропорциональности для материалов выводного проводника и диэлектрика при максимальной рабочей температуре датчика, закрепляют пластину на упругом элементе, прекращают действие усилия, вакуумируют, герметизируют электронно-лучевой сваркой и нагревают датчик до максимальной рабочей температуры. (Л

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕCllYBJlNK (я)5 6 01 1 9/12

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВедОмстВО. сссР (ГОСПАТЕНТ СССР) К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4876291/10 (22) 20,08.90 (46) 23.12.92. Бюл. М 47 (71) Научно-исследовательский институт физических измерений (72) Е.M,Áåëîçóáîâ . (56) Патент США N. 4562742, кл. G 01 1 9/12, 1986, Авторское свидетельство СССР

N 1652839, кл. G 01 L 9/12, 1989 (прототип) (54) СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ЕМК0СТНОГО ДАТЧИКА ДАВЛЕНИЯ (57) Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано при изготовлении емкастных датчиков, предназначенных для измерения давления в условиях воздействия повышенных температур. Цель изобретения: повышение технологичности. Сущность изобретения: на диэлектриках упругого элемента и плаИзобретение относится к измерительной технике, в частности к емкостным датчикам, предназначенным для использования в различных областях науки и техники, связанных с измерением давления в условиях воздействия повышенных температур.

Известен способ изготовления емкостного датчика, заключающийся в формировании на упругом элементе и пластине тонкопленочных металлических электродов с контактными площадками, размещении выводных проводников на контактных площадках, жестком закреплении пластины на упругом элементе. вакуумировании и герметизации межэлектродного обьема..ЬЫ 1783334 А1 стины формируют тонкопленочные токопроводящие электроды с контактными площадками и дополнительные изолированные площадки, размещают выводные проводники на контактных площадках между пластиной и упругим элементом, прижимают пластину к упругому элементу усилием

F=NS о;р, где N — количество выводных проводников; S — площадь части контакта. заключенного между упругим элементом и пластиной; ппр - минимальное значение предела пропорциональности для материалов выводного проводника и диэлектрика при максимальной рабочей температуре датчика, закрепляют пластину на упругом элементе, прекращают действие усилия, вакуумируют, герметизируют электронно-лучевой сваркой и нагревают датчик до максимальной рабочей температуры. ей

Недостатком известного способа изго- 4 товления емкостного датчика давления яв- (ф ляется сравнительно низкий уровень .- (Д технологичности, связанный со сложностью р автоматизации и ограниченности выхода годных узлов вследствие наличия систематического брака.

Известен способ изготовления емкостного датчика давления, заключающийся в И формировании на диэлектриках упругого а элемента и пластины тонкопленочных токопроводящих электродов с контактными площадками, размещении выводных проводников на контактных площадках между пластиной иупругим элементом, прижатии пластины к упругому элементу, жест1783334

20

35

50 соответственно, электрические изолиро- 55

3 ком закреплении пластины на упругом элементе, вакуумировании полости датчика при нагревании его до максимальной рабочей температуры и герметизации датчика при этих условиях.

Недостатком известного способа изготовления емкостного датчика является сравнительно невысокий уровень технологичности, связанный с необходимостью:использования специфического технологического оборудовайия, необходимого для нагревания датчика до максимал ьной рабочей температуры при его вакуумировании и герметизации.

Цель изобретения — повышение технологичности за счет использования для изготовления датчиков только стандартного обо >удо ва и йя.

Указанная цель достигается тем, что в способе изготовления емкостного датчика давления, заключающемся в формировании на диэлектриках упругого элемента и пластйны тонкопленочных токопроводящих электродов с контактными площадками и дополнительных изолированных площадок, размещении выводных проводников на контактных площадках между пластинами и упругим элементом, прижатии пластины к упругому элементу, жестком закреплении пластины на упругом элементе вакуумировании и герметизации датчика, в соответствии с предполагаемым .изобретением прижимают пластину к упругому элементу усилием, величиной, определенной по соотношению F=NS crnp, где N — количество выводных проводников; S — площадь части контакта, заключенного между упругим weментом и пластиной; (тпр — минимальное значение предела пропорциональности материала выводного проводника или диэлектрика при максимальной рабочей температуре датчика, Закрепляют пластину на упругом элементе; прекращают действия усилия, вакуумируют и герметизируют электронно-лучевой сваркой и нагревают датчик до максимальной рабочей температуры.

Заявляемый способ реализуется следующим образом, Формируют на упругом элементе и пластине тонкопленочные металлические электроды с контактными площадками.

Формируют на упругом элементе и пластине в областях, противоле>кащих контактным площадкам пластины и упругого элемента ванные контактные площадки, толщиной равной толщине электродов. Формирование контактных площадок целесообразно проводить в едином технологическом цикле

4 с формированием электродов. Выполняют выводные проводники толщиной, равной величине межэлектродного зазора. Помещают выводные проводники между упругим элементом и пластиной, размещая их на контактных площадках таким образом, чтобы они одной поверхностью касались контактной площадки, а другой — электрически изолированной контактной площадки, При этом выводные проводники распределяют . равномерно по периферии упругого элемента. Прижимают пластину к упругому элементу усилием; приложенным к центру пластины, Величина усилия определяется в соответствии с заявляемым соотношением.

Жестко закрепляют пластину на упругом элементе, например, при помощи сварки.

Причем зоны закрепления выполняют на одинаковом расстоянии от выводных проводников, Прекращают воздействие усилия.

Далее приступают к операции вакуумирования, Предварительно целесообразно поместить упругий элемент и пластину в корпус с герметизирующим отверстием, Все пред5 ыдущие действия аналогичны действиям при реализации способа по прототипу. По мещают датчик в установку электронно-лучевой сварки ОЗЛЗВ-1, создают в камера вакуум 10 Па. Герметизируют датчик, заваривания герметизирующее отверстие элек- тронным лучом. После герметизации. нагревают датчик в стандартной муфельной печи до максимальной рабочей температуры и выдер>кивают его до полного восприятия им этой рабочеи температуры. О степени восприятия температуры судят по характеру изменения величины емкости.

При полном восприятии датчиком температуры величина емкости не изменяется. В зависимости от размеров и других конструк-. тивных особенностей время восприятия температуры составляет 15 — 30 мин. При этом происходят следующие процессы, В связи с тем, что закрепление пластины на упругом элементе происходит после пред-. варительного под>катия с заданным усилием и в связи с предварительным вакуумированием корпуса в MGMeHT воздействия максимальной рабочей температуры создаются все предпосылки; сжимающее усилие, вакуум, температура для осуществ.ления процесса диффузионной сварки в вакууме выводных проводников и контактных площадок электродов, Упругий элемент и пластину выполняют из сплава 79НХБМ10.

Диэлектрическую пленку выполняют s виде композиции толщиной 3 мкм. Злектроды упругого элемента и пластины выполняют в виде пленок никеля толщиной 0,2 мкм, полученн ых термическим испарением. В ы вод1783334 ные проводники выполняют из сплава

75НМ толщиной 40 мкм. Соотношение для величины усилия, прижимающего пластину куумировании. Отсутствие необходимости разогрева датчика при его вакуумировании позволяет исключить из технологического к упругому элементу, обосновывается сле- процесса нестандартное и весьма сложное дующим образом. Для обеспечения качест- 5 оборудование, к которому предъявляется венного контактирования необходимо, целый ряд требований, связанных с необхочтобы усилие прижатия выводного провод- димостью помещеьгия этого оборудования в ника к контактной площадке было как мож- вакуумированную камеру установки злектно больше. Сдругой стороны нежелательно, ронно-лучевой сварки, что существенно по-. чтобы это усилие было больше предела уп- 10 вышает технологичность изделйя. ругости диэлектриков или выводных про- Таким образом, технико-экономичеводников, т.к, в этом случае будет ским преимуществом способа изготовления наблюдаться изменение усилия прижимающего выводной проводник к контактной емкостного датчика давления, по сравнению с èçâåñòíûì, является повышение технологичности за счет исключения из появления. остаточных деформаций вывод-. технологического процесса нестандартного ных проводников или диэлектриков, Харак- . оборудования. Другим преимуществом изобретения является повышение технологичности за счет возможности совмещения теристики электродов можно не учитывать вследствие йх принципиально меньше толФормула изобретения ключенного между упругим элементом и

Способ изготовления емкостного датчипластиной, т.к. у контакта и у монолитных пластин фактически деформируются участ-. ка давления, заключающийся в формироваки, площадь которых равна площади части нии на диэлектриках упругого элемента и выводного проводника, заключенной между пластины тонкопленочных токопроводящих

30 упругим элементом и пластиной. опр — преэлектродов с контактными площадками и дел пропорциональности материала вывод- дополнительных изолированных площадок, ного проводника или диэлектрика при размещении выводных проводников на конмаксимальной рабочей температуре датчика, если они близки друг к другу. В случае, тактных площадках между пластиной и упругим элементом, прижатии пластины к если пределы пропорциональности выводупругому элементу, жестком закреплении ных проводников и диэлектриков не равны друг другу, то берется значение предела пластины на упругом элементе, вакуумировании и герметизации датчика, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью повышения технологичности, прижимают пластину к уппропорциональности материала, у которого предел пропорциональности имеет наиругому элементу усилием F=NS ц,р, где N— такта, заключенного между упругим элементом и пластиной, равной 0,25 мм, и .. пределе пропорциональности материала: диэлектрика при максимальной рабочей температуре сгпр=100 МПа усилие, опреде- 45 ности для материалов выводного ленное в соответствии с заявляемым соот- проводника и диэлектрика при максимальношением равно 75Н. При сравнении ной рабочей температуре датчика, закрепзаявляемого способа с известным видно, ляют пластину на упругом элементе, прекращаютдействие усилия, вакуумируют, герметизи руют электронно-лучевой сваркой и нагревают датчик po максимальной рабочей температуры, площадке с течением времени вследствие .15 щин ы, по сравнению с толщиной диэлектри.ка, и в связи с этим более высокими прочностными характеристиками. Поэтому усилие на один контакт должно быть равно

S 0пр, где S — площадь части контакта, заменьшее значение, Для площади части кон- 40 что в заявляемом решении усилие поджатия более, чем на порядок, больше, но зато он 50 позволяет устранить разогрев датчика до максимальной рабочей температуры при ваоперации присоединения выводных. проводников с проведением аттестации датчиков, за счет чего сокращается технологическое время изготовления датчика и экономчтся энергоресурсы, количество выводных проводников, S — площадь части контакта, заключенного между упругим элементом и пластиной,стпр минимальное значение предела пропорциональ