[发明专利]一种曲面结构电场式时栅角位移传感器微纳制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及曲面结构电场式时栅角位移传感器的制造方法，具体为一种曲面结构电场式时栅角位移传感器微纳制造方法。

背景技术

时栅角位移传感器是一种基于“时间测量空间”原理来实现精密角位移测量的新型智能传感器，成功应用于军事、精密测量、机械加工等领域，是纳米数控机床、极大规模集成电路专用设备以及国防军工特殊需求等超精密高端制造装备的关键功能部件，直接决定和影响着主机的性能。时栅角位移传感器作为高精度角位移测量器件得到日益广泛关注，凭借其生产成本低、结构简单耐用、智能化程度高等显著优点，占有广阔的应用市场。

曲面结构电场式时栅角位移传感器是一种基于交变电场的时栅角位移传感器，包括两端开口的筒状测头基体和圆柱状的定尺基体，测头基体内表面在同一水平线上覆有左、右两个轮廓为半正弦形电极，两个电极的波峰相向，定尺基体的柱面覆有左、右两排环形电极，左、右环形电极由均匀间隔环固在定尺基体的柱面的块状电极构成，且左、右两排环形电极的起始位置相差1/2个块状电极宽度，同一环形电极上间隔的块状电极连成一组；测头基体和定尺基体分别固定在相对旋转的装置上，定尺基体插入测头基体中，且定尺基体的轴线和测头基体的轴线重合，然后测头基体与定尺基体和激励电路、比相电路等连接，将它们封装固定，形成曲面结构电场式时栅角位移传感器。

曲面结构电场式时栅角位移传感器中测头基体和定尺基体一般采用传统的机械加工制造，传统的机械加工会带来制作精度偏低、特殊结构图形转移易失真（图形结构改变或结构边缘出现毛刺）等问题。

发明内容

本发明为了解决曲面结构电场式时栅角位移传感器采用传统制造带来的精度低、特殊结构图形转移易失真的问题，提供了一种曲面结构电场式时栅角位移传感器微纳制造方法。

本发明是采用如下的技术方案实现的：一种曲面结构电场式时栅角位移传感器微纳制造方法，包括测头基体制造方法和定尺基体制造方法，其中测头基体制造方法包括以下步骤：

选取以绝缘体为材料的两个半筒状曲面体；

将两曲面体按照工业标准湿法清洗工艺进行清洗；

在其中一个曲面体的内表面通过磁控溅射工艺沉积电极层，电极层厚度为600~800nm，电极层的材料为Al、Ag、Au、Pt；

制备其上有测头基体电极形状和电极接线图案的第一光刻掩膜板，其次在曲面体的电极层表面利用匀胶机旋涂光刻胶，然后进行前烘，匀胶机的甩胶速度为2000~2500r/min，前烘温度为80~100℃，前烘时间为5~10min；

用光刻装置和遮挡板在曲面体上曝光出测头基体电极形状：所述光刻装置包括光刻机、步进电机、控制器、驱动器、垂直移动平台和电源，电源分别和步进电机、控制器和驱动器连接，控制器和驱动器都与步进电机连接，步进电机的输出轴通过连接杆和沉积有电极层的曲面体连接，第一光刻掩膜板固定在垂直移动平台上，曝光前，调整好第一光刻掩膜板相对于曲面体内表面的高度，遮挡板遮盖在第一光刻掩膜板的图案上，且在水平方向上留下条状的要曝光区域，调整曲面体的位置，使得条状的要曝光区域和曲面体上的对应曝光区域平行，紫外光通过透光区域照射在曲面体上，这个区域曝光完成后，遮挡板移动，在第一光刻掩膜板上增加条状的要曝光区域，同时控制器控制步进电机转动一定角度，使得增加的要曝光区域和曲面体上对应的曝光区域平行，紫外光通过透光区域照射在曲面体上，这个区域曝光完成后，遮挡板移动，在第一光刻掩膜板上增加条状的要曝光区域，同时控制器控制步进电机转动一定角度，使得增加的要曝光区域和曲面体上对应的曝光区域平行，紫外光通过透光区域照射在曲面体上……,依次重复，直至完成测头基体电极的曝光；

将曝光后的曲面体浸泡在显影液中进行显影，显影的时间为50~80s；

显影后的曲面体进行坚膜，坚膜温度为100~140℃，坚膜时间为10~15min；

坚膜后的曲面体以光刻胶为掩膜，在腐蚀液中进行湿法腐蚀，腐蚀出曲面体上的测头基体电极，腐蚀时间为10~15min；

清洗掉曲面体上测头基体电极表面上的光刻胶；

测头基体电极在氮气气氛下退火，退火温度为400~500℃，退火时间为10~15min；

将两个曲面体通过精密装配组装在一起，形成筒状的测头基体；

定尺基体制造方法包括以下步骤：

选取以绝缘体为材料的圆柱棒；

将圆柱棒按照工业标准湿法清洗工艺进行清洗；

在圆柱棒的柱面通过磁控溅射工艺沉积电极层，电极层厚度可为600~800nm；