微型多维力/力矩传感器微加工方法 技术领域：
本发明涉及一种在传感器弹性体上直接加工应变片的方法。
背景技术：
多维力/力矩传感器测量的物理量为三维力和三维力矩，亦即Fx、Fy、Fz、Mx、My、Mz，采用半导体制造工艺要求膜片位于同一平面，设计的弹性体结构形式如图1，传感器的直径19mm，高度为3mm，应变梁共有9个。为了充分利用铬膜，设计的版面如图2所示。机器人技术已进入智能机器人时代，需要丰富的感知功能，微型多维力/力矩传感器在机器人操作中大量使用，但是由于其结构复杂，应变片数量多，采用手工粘贴的应变片位置很难准确，而且手工焊接可靠性差，从而影响了传感器的精度。采用手工调试传感器，制造厂要投入大量工作在传感器的校正上，制约了多维力传感器的发展。机电一体化设计将机械、传感、电路一体化集成设计，从而满足微小型系统的要求。
发明内容：
本发明为了提高传感器的精度以及生产效率，提供一种在微型多维力/力矩传感器弹性体铝合金基体上直接溅射应变片的方法，即微型多维力/力矩传感器微加工方法。本发明的微型力/力矩传感器弹性体采用半导体制作工艺，在德国fraunhofer生物研究所完成，制作过程如下：(一)制备绝缘层：对铝合金基体表面进行抛光处理，然后在基体表面上溅射Al2O3绝缘层；(二)涂感光胶：在Al2O3绝缘层上喷雾感光层，烘干；(三)曝光：对感光层进行曝光、显影、清洗；(四)生成金属层：最后在溅射机上进行金属化处理，形成组织结构致密的应变片金属膜，即电阻薄膜。本发明提出了一种基于MEMS制造技术的微型力传感器，在铝合金基体上，采用半导体制造工艺在传感器弹性体上直接溅射电阻薄膜并将线引到放大电路，这样不仅可以提高弹性体与应变片之间的粘结强度，而且还可以提高产品的质量和测量精度。本发明具有灵敏度高、响应快、易进行大批量生产等特点。
附图说明：
图1为微型力矩传感器的整体结构示意图，图2为微型力矩传感器的版面结构示意图，图3为弹性体表面加工质量状态图(60un)，图4为弹性体表面加工质量状态图(3un)，图5为溅射1.5μm绝缘层厚的弹性体表面显微图(5un)，图6为本方法生成金属层的表面显微图，图7为不同位置溅射应变片的表面显微图，图8为与传感器处理电路外接引线处理图。
具体实施方式：
具体实施方式一：本实施方式是这样实现的：(一)制备绝缘层：对传感器基体表面进行抛光处理，然后在基体表面上溅射Al2O3绝缘层；(二)涂感光胶：在Al2O3绝缘层上喷雾感光层，烘干；(三)曝光：对感光层进行曝光、显影、清洗；(四)生成金属层：最后在溅射机上进行金属化处理，形成应变片金属膜，即电阻薄膜。所述绝缘层厚度为40～60微米；步骤一的工作温度为500～550℃；感光层的厚度为60～70微米；步骤四中地金属为镍/铬合金或铜。
具体实施方式二：本实施方式是这样实现的：
(一)制备绝缘层：首先对传感器基体表面进行抛光处理，然后在510℃、采用Heraeus公司的绝缘层溅射机IP9025在铝基体上溅射50微米绝缘层。
(二)涂感光胶：由于将本结构整个版面放入溶液中体积大不易操作，所以采用喷雾器来涂感光胶。根据实验，Resist Ti35显示出对三氧化二铝具有最好的可靠性并且浓度可调，可以在绝缘层上生成优质的感光层，所以在Al2O3绝缘层上喷雾感光层，控制感光层的厚度为60～70微米，烘干。
(三)曝光：在普通的4寸曝光机中进行曝光，曝光时间大约30分钟，保证外围每两个梁都处于对齐位置并保证曝光时间一致，曝光后清洗。
(四)生成金属层：在Magnetron溅射机上进行金属化处理，磁溅射机溅射厚度为1微米，电阻丝的厚度100纳米，焊盘厚度850纳米，压力1.5×10-2mbar，工作温度90℃；应变片金属膜的镍/铬的比例分别是80％和20％，实验证明这种成分与三氧化二铝有很好的亲和力，应变片引脚溅射金属金。
(五)外接引线：将传感器信号处理电路板与传感器之间焊接(bonding)金线。