Способ изготовления многослойного контактного датчика в виде слоистой пленки



Способ изготовления многослойного контактного датчика в виде слоистой пленки
Способ изготовления многослойного контактного датчика в виде слоистой пленки

 


Владельцы патента RU 2411473:

Федеральное государственное унитарное предприятие "Уральский электромеханический завод" (RU)

Изобретение относится к технологии изготовления пленочных датчиков порогового давления и направлено на улучшение показателей надежности средств контрольно-измерительной техники, работающей в условиях высокоскоростных механических нагружений, и может быть использовано для изготовления контактных тонкопленочных датчиков, закрепляемых непосредственно на поверхности измеряемых объектов. Техническим результатом изобретения являются обеспечение возможности изготовления пленочных датчиков с требуемыми характеристиками, повышение надежности изготавливаемого датчика и упрощение процесса его изготовления. Способ изготовления контактного датчика в виде слоистой пленки включает выполнение, по крайней мере, двух слоев, один из которых изготовлен из гибкого диэлектрического материала, представляющий собой термореактивный полимер, ламинированный с двух сторон термопластичным полимером, на котором формируют второй слой из токопроводящего элемента. Способ включает последующую сборку элемента датчика с получением пакета из чередующихся диэлектрических и токопроводящих слоев, соединение элементов в пакет в условиях термокомпрессионной сварки с предварительным помещением пакета между двумя диэлектрическими слоями из термореактивного полимера, используемыми в качестве стенок корпуса, ламинированными термопластичным полимером только со стороны, прилегающей к пакету. Для обжатия сборки используют два вспомогательных упругих элемента, затем формируют контур датчика, соответствующий конфигурации измеряемого объекта. Для изготовления элемента сначала получают заготовку элемента датчика с помощью термокомпрессионной сварки с гибким диэлектрическим материалом, проложенным между ними. Затем на заготовке формируют рисунок элемента датчика путем двустороннего фотохимического травления металлических листов с использованием комплекта фотошаблонов. 5 з.п. ф-лы, 2 ил.

 

Изобретение относится к технологии изготовления пленочных датчиков порогового давления и направлено на улучшение показателей надежности средств контрольно-измерительной техники, работающей в условиях высокоскоростных механических нагружений, и может быть использовано для изготовления контактных тонкопленочных датчиков, закрепляемых непосредственно на поверхности измеряемых объектов.

Известен способ изготовления контактных датчиков в виде слоистой пленки (АС СССР №1605725, МПК G01L 7/08, опубл. 15.01.94 г., бюлл. №1), включающий формирование на гибкой диэлектрической пленке, например полиимидной, тонкопленочных токопроводящих элементов заданного контура, термическую обработку пленки, сборку составных элементов датчика с получением пакета, по меньшей мере из двух пленок с токопроводящими элементами на них, который подвергают сжатию под давлением. При этом до сборки пакета на поверхность токопроводящих элементов наносят слой адгезива - клея. В случае объектов сложной конфигурации предусмотрено изготовление элементов заготовки датчика с помощью выкройки, повторяющей геометрические особенности профиля объекта.

К недостаткам известного способа относится необходимость использования для сборки датчика адгезива, что может привести к несанкционированному расслоению тонкопленочного слоистого датчика и, как следствие, к снижению его надежности при определении критического момента разрушения стенки объекта или его значительной деформации. Кроме того, в известном способе не предусмотрено изготовление элементов датчика, позволяющих устанавливать датчик на всем протяжении поверхности измеряемого объекта и в труднодоступных участках, имеющих жесткие ограничения по геометрическим размерам для определения локализации разрушения при критической нагрузке.

Из известных способов изготовления наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является способ изготовления тонкопленочного датчика (Патент RU 2226677, МПК7 G01L 1/00, G01L 7/00, G01L 7/08, 10.04.2004 г.), включающий вырезание заготовок контуров токопроводящего элемента из цельных металлических листов, которые накладывают с двух сторон на диэлектрический оптически прозрачный двусторонне ламинированный слой с получением составляющих тонкопленочного элемента так, чтобы эти контуры совпали, а термообработку под давлением проводят для соединения одновременно всех полученных слоев пакета, при этом один из вспомогательных элементов выполнен из металлорезины, а второй - из пластичного металлического сплава.

К недостаткам прототипа относятся вероятность появления проколов в изолирующих слоях датчика в результате наличия в упругом элементе (металлорезине) жестких элементов (металлической плетенки), невозможность создания датчиков с малыми размерами элементов токопроводящего топологического рисунка, сравнительно высокая стоимость используемой металлорезины, сложность создания датчиков с требуемыми характеристиками.

В отличие от прототипа, в котором создается слоистая пленка: металл-диэлектрик, в предлагаемом способе создается слоистая пленка: металл-диэлектрик-металл за счет одновременной термокомпрессионной сварки пленки из термореактивного полимера (полиимида) 1, ламинированной с двух сторон слоем термопластичного полимера (фторопласта) 2, с листами металла 3 (фиг.1), чем обеспечиваются одинаковые условия сварки гибкого диэлектрического материала с обоими листами металла, т.е. равномерное расплавление слоя термопластичного полимера (фторопласта) 2 и образование прочной, равномерно распределенной связи между сопрягаемыми слоями элементов датчика, при этом сохраняется связь между основой диэлектрического слоя (термореактивным полимером - полиимидом) 1 и слоем ламинирования (термопластичным полимером - фторопластом) 2. В результате этого повышается надежность соединения слоев. После сварки осуществляется нанесение фоточувствительного слоя (фоторезиста) на обе стороны полученной заготовки элемента датчика, экспонирование слоя через фотошаблоны, проявление и последующее травление токопроводящего слоя с формированием топологического рисунка. В результате использования при получении токопроводящего топологического рисунка контактов датчика единых баз для совмещения фотошаблонов на операции экспонирования достигается высокая точность совмещения различных слоев датчика. Для равномерного распределения давления и температуры снаружи данных пакетов при прессовании используется следующий пакет технологических материалов: полиимидная пленка 1 - полиэтиленовая пленка 4 - полиимидная пленка 1.

Термокомпрессионную сварку заготовки элемента датчика, состоящей из двух металлических листов, проложенных диэлектрическим материалом, осуществляют под давлением 1,8-2,0 МПа и при температуре 300-320°С в течение 5-6 минут.

Полученные аналогичным образом фрагменты 5 датчика в соответствии с требованиями конструкции датчика в необходимом количестве собирают в пакет 6 (фиг.2), прокладывая между ними один и более слоев вышеуказанного двусторонне ламинированного диэлектрического материала - полиимида 1, ламинированного фторопластом 2. С внешней стороны пакет окружают слоями диэлектрического материала (полиимида) 1, односторонне ламинированного со стороны пакета вторым диэлектрическим материалом (фторопластом) 2, а затем слоями технологического материала для обжатия прессуемой сборки, состоящими из следующих пленок: фторопластовой 2, полиэтиленовой 4 и полиимидной 1. В данном случае фторопластовая пленка 2 используется вместо полиимидной во избежание сдвига ранее полученных топологических рисунков контактов датчика по фторопластовому покрытию из-за расплавления полиэтиленовой пленки 4 при вышеуказанном высокотемпературном воздействии. Толщина полиэтиленовой пленки должна быть не менее суммарной толщины пакета контактов датчика. В случае необходимости получения ровной поверхности датчика со стороны установки на объект измерения полиэтиленовая пленка с этой стороны не прокладывается. Пакет технологических материалов после снятия давления и охлаждения сборки свободно удаляется.

Процесс термокомпрессионной сварки пакета элементов датчика осуществляют при давлении 1,8-2,0 МПа и при температуре 280-300°С в течение 5-6 минут с предварительным нагревом пресса до 150°С.

Выбор температурного диапазона операции высокотемпературного прессования проведен на основе экспериментальных работ и соответствует условию существования в расплавленном состоянии слоя ламинирования (фторопласта) и условию сохранения его связи с основой диэлектрического слоя (полиимидом), что обеспечивает прочность соединения токопроводящего элемента с диэлектриком. Таким условиям соответствуют выбранные для высокотемпературного прессования полимерные материалы и диапазон температур и давлений. При температурах ниже заявляемого диапазона не реализуется полное и равномерное расплавление слоя ламинирования, что приводит к снижению надежности соединения. При температурах выше заявляемого диапазона начинается деструкция термореактивного слоя, что приводит к резкому ухудшению электрических параметров датчика и созданию вредных условий производства.

Выбор диапазона давлений на операции высокотемпературного прессования произведен на основе экспериментальных исследований с учетом обеспечения всестороннего обжатия слоев и получения надежного контакта сопрягаемых поверхностей элементов датчика.

Таким образом, техническая задача, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, заключается в разработке способа изготовления датчика порогового давления одноразового использования с заранее требуемыми характеристиками в виде слоистой пленки, закрепляемого непосредственно на стенке измеряемого объекта.

Новый технический результат, достигаемый при использовании предлагаемого способа, заключается в обеспечении возможности изготовления пленочных датчиков с требуемыми характеристиками - расстоянием между корпусом объекта и контактами датчика, расстояниями между контактами, количеством контактов, различными топологическими рисунками контактов, различной емкостью между самими контактами и между контактами и корпусом объекта с целью достоверного определения момента начала и локализации разрушения в корпусе объекта, в повышении надежности изготавливаемого датчика и в упрощении процесса его изготовления.

Как показал опыт практической реализации способа, использование термокомпрессионной сварки в заявляемых диапазонах значений параметров, а также использование материалов диэлектрика и токопроводящих элементов не требует создания специализированного участка, т.к. отсутствует выделение токсических веществ, а предлагаемый в способе сборки элементов датчика набор слоев технологического материала для обжатия прессуемой сборки обеспечивает в готовом датчике более высокую надежность за счет качественного обжатия элементов топологии датчиков любых размеров без их повреждения и без повреждения изоляционных слоев с сохранением электрических показателей до начала воздействия критических нагрузок на измеряемый объект. Кроме того, создается возможность получения ровной поверхности датчика со стороны установки на объект.

Кроме того, предлагаемый способ выполнения датчика в виде слоистой тонкопленочной сборки позволяет осуществлять изготовление датчиков с требуемыми параметрами и устанавливать их в узких местах объекта с жесткими ограничениями по геометрическим размерам; при этом сборка датчика проводится с меньшими трудозатратами и с использованием более простых и дешевых материалов и, следовательно, более простым способом, чем в прототипе.

Предлагаемый способ изготовления многослойного контактного датчика в виде слоистой пленки внедрен в серийное производство.

1. Способ изготовления контактного датчика в виде слоистой пленки, включающий выполнение, по крайней мере, двух слоев, один из которых изготовлен из гибкого диэлектрического материала, чувствительного к давлению и представляющего собой термореактивный полимер, ламинированный с двух сторон термопластичным полимером, на котором формируют второй слой из токопроводящего элемента, последующую сборку элемента датчика с получением пакета из чередующихся диэлектрических и токопроводящих слоев, соединение элементов в пакет в условиях термокомпрессионной сварки с предварительным помещением пакета между двумя диэлектрическими слоями из термореактивного полимера, используемыми в качестве стенок корпуса, ламинированными термопластичным полимером только со стороны, прилегающей к пакету, при этом для обжатия сборки используют два вспомогательных упругих элемента, которые после снятия давления удаляют и окончательно формируют контур датчика, соответствующий конфигурации измеряемого объекта, отличающийся тем, что сначала получают заготовку элемента датчика с помощью термокомпрессионной сварки металлических листов с гибким диэлектрическим материалом, проложенным между ними, а затем на заготовке формируют рисунок элемента датчика путем двустороннего фотохимического травления металлических листов с использованием комплекта фотошаблонов.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что термокомпрессионную сварку заготовки элемента датчика, состоящей из двух металлических листов, проложенных гибким диэлектрическим материалом, осуществляют под давлением 1,8-2,0 МПа и при температуре 300-320°С в течение 5-6 мин.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве наружных пакетов полимерных материалов, применяемых при термокомпрессионной сварке металлических листов с гибким диэлектрическим материалом, используют полиэтиленовую пленку, проложенную с двух сторон пленкой из полиимида.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве вспомогательных упругих элементов, применяемых для распределения давления обжатия пакетов элементов датчика, используют сочетание полиимидной, фторопластовой и полиэтиленовой пленок.

5. Способ по п.1, отличающийся тем, что термокомпрессионную сварку пакета элементов датчика осуществляют в прессе, предварительно разогретом до температуры 150°С, под давлением 1,8-2,0 МПа при температуре 280-300°С в течение 5-6 мин.

6. Способ по п.1, отличающийся тем, что количество элементов датчика и их токопроводящие рисунки выбирают таким образом, что позволяет, при необходимости, при совмещении рисунков элементов полностью перекрыть всю поверхность объекта измерения.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к гидравлическому датчику давления. .

Изобретение относится к области машиностроения, а именно к датчикам, обеспечивающим контроль давления в условиях воздействия высоких температур, вибрации и контакта с агрессивными средами, и затрагивает проблему закрепления мембраны в корпусе датчика.

Изобретение относится к датчику для управления технологическим процессом, в частности оно относится к уплотнению. .

Изобретение относится к датчикам давления. .

Изобретение относится к микроэлектронному приборостроению, в частности к датчикам плотности. .

Изобретение относится к электронной технике, в частности к технологии изготовления датчиков, и может быть использовано при создании малогабаритных металлопленочных датчиков механических величин, работоспособных в широком диапазоне рабочих температур (-196 - +150)°С.

Изобретение относится к датчику давления или к элементу, чувствительному к давлению, с датчиком давления. .

Изобретение относится к экспериментальной технике, в частности к способам измерения давления продуктов сгорания порохов и пиротехнических составов в замкнутых объемах, имеющих минимальные габариты.

Изобретение относится к изготовлению мембран для упругочувствительных элементов, и может найти применение в области неразрушающего контроля в энергетике, химической промышленности и других отраслях.

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к интегральным преобразователям давления

Изобретение относится к средствам измерения давления и может быть использовано в условиях воздействия высоких давлений и контакта с агрессивными средами. Сущность: корпус датчика выполнен из трех частей: нижней (1), верхней (2) и средней (3). Нижняя (1) часть, выполненная из тугоплавкого инертного металла, имеет форму цилиндра с фигурной наружной поверхностью, сквозным цилиндрическим отверстием (5) в центре и цилиндрическим углублением (6) сверху. К нижней (1) части корпуса неразъемно прикреплена снаружи чувствительная мембрана (4). Верхняя (2) часть корпуса, выполненная из стали, имеет форму тонкостенного стакана с толстым днищем (7). Днище (7) стакана имеет в центре цилиндрическое отверстие (8) того же диаметра, что и отверстие (5) в нижней (1) части корпуса. К верхней (2) части корпуса датчика приварен сенсорный блок (9) с чувствительным элементом (10). Под чувствительным элементом (10) имеется цилиндрическая полость (11), заполненная разделительной кремний-органической жидкостью (12). Средняя (3) часть корпуса, размещенная в полости стакана верхней (2) части и в отверстии (5) нижней части, выполнена из тугоплавкого инертного металла. Средняя (3) часть выполнена в форме болта с ножкой (16) внизу и головкой (13) вверху, имеющего узкое цилиндрическое отверстие (14) вдоль продольной оси. Узкое цилиндрическое отверстие (14) совместно с узким каналом (15) соединяет чувствительную мембрану (4) и сенсорный блок (9). Вокруг ножки (16) болта выполнена кольцевая проточка (17) под расположенное в ней уплотняющее резиновое кольцо (18). Технический результат: повышение надежности работы датчика в агрессивных средах при уменьшении его веса и габаритов. 3 з.п. ф-лы, 1 ил.

Настоящее раскрытие относится к обнаружению давления, а именно к системам и способам измерения давления жидкости внутри одноразового набора для внутривенного вливания, соединенного с насосом для подачи жидкости. Заявленная система включает бесконтактную систему обнаружения давления для измерения как положительного, так и отрицательного давлений жидкости в пределах изолированного пути прохождения жидкости с использованием камеры, включенной в состав изолированного пути прохождения и соединенной с насосом для подачи жидкости, кассету, сконфигурированную для соединения с насосом для подачи жидкости и способ измерения давления жидкости в одноразовом наборе для внутривенного IV вливания, соединенном с насосом для подачи жидкости. При этом бесконтактная система обнаружения давления для измерения как положительного, так и отрицательного давлений жидкости в пределах изолированного пути прохождения жидкости с использованием камеры, включенной в состав изолированного пути прохождения и соединенной с насосом для подачи жидкости, содержит основу датчика, соединенную с насосом и имеющую, по меньшей мере, одно средство обнаружения, являющееся неподвижным относительно основы датчика, причем средство обнаружения сконфигурировано для генерирования сигнала измеряемого параметра, указывающего переменную величину обнаруживаемого измерения, схему измерения, электрически соединенную со средством обнаружения для приема сигнала измеряемого параметра, камеру или корпус, сконфигурированный для прикрепления к основе датчика, камеру, имеющую: впускное отверстие для жидкости и выпускное отверстие для жидкости, и подвижный элемент, сконфигурированный для перемещения с изменениями давления жидкости внутри камеры и тем самым вызова изменения переменной величины обнаруживаемого измерения, без контакта со средством обнаружения, причем величина перемещения подвижного элемента связана с величиной изменения давления жидкости. Технический результат заключается в обеспечении системы обнаружения давления для измерения давления жидкости внутри кассеты, которая является как точной, так и экономичной. 3 н. и 31 з.п. ф-лы, 9 ил.

Заявленный способ относится к технологии изготовления многослойных пленочных контактных датчиков порогового давления и может быть использован при изготовлении многослойных контактных датчиков порогового давления, закрепляемых на поверхности измеряемых объектов. Техническим результатом заявленного способа является избежание таких эффектов, как скручивание, коробление и смещение токопроводящего рисунка на разных слоях датчика относительно друг друга. Способ изготовления многослойного пленочного контактного датчика включает выполнение, по крайней мере, двух слоев, один из которых изготовлен из гибкого диэлектрического материала, чувствительного к давлению, на котором формируют второй слой из токопроводящего элемента методом фотохимического травления с использованием комплекта фотошаблонов, последующую сборку элемента датчика с получением пакета из чередующихся диэлектрических и токопроводящих слоев, соединение элементов в пакет в условиях термокомпрессионной сварки. При этом для обжатия сборки используют два вспомогательных упругих элемента, которые после снятия давления удаляют и окончательно формируют контур датчика. В качестве одного из вспомогательных упругих элементов используют металлическую сетку, проложенную с двух сторон пленкой из термореактивного полимера. Причем со стороны, обратной пакету, перед пленкой из термореактивного полимера располагают пленку из термопластичного полимера. Для изоляции контактов на токопроводящих слоях разных уровней датчика используют термопластичный полимер, который прокладывается между термореактивными пленками, ламинированными термопластичным полимером, перед термокомпрессионной сваркой и удаляется перед окончательным формированием контура датчика. 7 з.п. ф-лы, 1 ил.
Наверх