Способ изготовления емкостного датчика давления

(51)5 6 01 1 9/1 ИЕ ИЗОБРЕТСВИДЕТЕЛЬСТВУ ТОРС КО ч ститут фиГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕВедОмстВО сссР(56) Патент США М. 4562742, кл. О 01 9/12,.1986,Авторское свидетельство СССР М 1652839, кл. 6 01 Е 9/12, 1989 (прототип) (54) СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ЕМКОСТНОГО ДАТЧИКА ДАВЛЕНИЯ(57) Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано при изготовлении емкостных датчиков, предназначенных для измерения давления в ус-: ловиях 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 повышенныхтемператур,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. 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 Р=КЯ о;р, где Й - количество выводных проводников; Я - 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. еевйНедостатком известного способа изго товления емкостного датчика давления яв- (ф ляется сравнительно низкий уровеньтехнологичности, связанный со сложностьюр 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 токо- проводящих электродов с контактными площадками, размещении выводных проводников на контактных площадках между пластиной иупругим элементом, прижатии пластины к упругому элементу, жест1783334 10 15 20 30 35 40 45 50 55 3ком 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 длянагревания датчика до максимал ьной рабочей температуры при его вакуумировании и герметизации,Цель изобретения - повышение технологичности за счет использования для изготовления датчиков только стандартного обофуд"овайия.Указанная цель достигается тем, что в способе изготовления емкостного датчика давления, заключающемся в формировании на диэлектриках упругого элемента и пластины тонкопленочных токопроводящих электродов с контактными площадками и дополнительных изолированных площадок, размещениивыводных проводников на контактных площадках между пластинами и упругим элементом, прижатии пластины к упругому элементу, жестком закреплении пластины на упругом элементе вэкуумировании и герметизации датчика, в соответствии с предполагаемым .изобретением прижимают пластину к упругому элементу усилием, величиной, определенной по соотношению Р=ИЯ опр, где К - количество выводных проводников; Я - площадь части контакта, заключенного между упругим элементом и пластиной; опт - 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, противолекащих контактным площадкам пластины и упругого элемента соответственно, электрические изолированные контактные площадки, толщиной равной толщине электродов. Формирование контактных площадок целесообразно проводить в едином технологическом цикле 4 с формированием электродов. Выполняютвыводные 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 предыдущие действия аналогичны действиям при реализации способа по прототипу. По- мещают датчик в установку электронно-лучевой сваки ОЗЛЗВ, создают в камера вакуум 10 Па. Герметизируют датчик, заваривания герметизирующее отверстие электронным лучом, После герметизации. нагревают датчик в стандартной муфельной печи до максимальной рабочей температуры и выдеркивают 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. Взависимости от размеров и других конструк-.тивных особенностей время восприятиятемпературы составляет 15 - 30 мин, При этом происходят следующие процессы, В связи с тем, что закрепление пластины на упругом элементе происходит после пред-. варительного подкатия с заданным усилием и в связи с предварительным вакуумированием корпуса в момент воздействия максимальной рабочей температуры создаются все предпосылки; сжимающее усилие, вакуум, температура для осуществления процесса диффузионной сварки в вакууме выводных проводников и контактных площадок электродов, Упругий элемент и пластину выполняют из сплава 79 НХБМЮ. Диэлектрическую пленку выполняют в 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 75 НМ 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 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 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 прижимаю- щего выводной проводник к контактной емкостного датчика давления, по сравнению с известным, 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, вар - 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 ющ и й с я тем, что, с целью повышения технологичности, прижимаот пластину к уппропорциональности материала, у которого предел пропорциональности имеет наиругому элементу усилисм Р=ЙЗ (Ър, где М -такта, заключенного между упругимэлементом и пластиной, равной 0,25 мм, и. пределе пропорциональности материала:диэлектрика при максимальной рабочей температуре акр=100 МПа усилие, опреде ности для материалов выводного ленное в соответствии с заявляемым соот-: проводника и диэлектрика при максимальношением равно 75 Н, При сравнении ной рабочей температуре датчика, закрепзаявляемого способа с известным видно, ляют пластину на упругом элементе,прекращаютдействие усилия, вакуумируют,герметизируют электронно-лучевой сваркой и нагРевают датчик дсг максимальнойрабочей температуры,площадке с течением времени вследствие .15 щины, по сравнению с толщиной диэлектри.ка, и в связи с этим более высокими прочностными характеристиками. Поэтому усилие на один контакт должно быть равно Я о,р, где Я - площадь части контакта, заменьшее значение, Для площади части кон что в заявляемом решении усилие поджатияболее, чем на порядок, больше, но зато он 50позволяет устранить разогрев датчика домаксимальной рабочей температуры при ваоперации присоединения выводных. проводников с проведением аттестации датчиков, за счет чего сокращается технологическОе время изготовления датчика и экономтся энергоресурсы,количество выводных проводников, Я - площадь части контакта, заключенного между упругим элементом и пластиной,стпр минимальное значение предела пропорциональ