一種基于回流焊的光纖光柵磁傳感器的制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于回流焊的光纖光柵磁傳感器的制備方法，該方法包括以下步驟：1)選取長方體形狀的硅片并進行超聲清洗；2)用磁控濺射的方法在硅片上濺射一層一定厚度的磁致伸縮薄膜；3)選取可以在高溫條件下使用的光纖光柵并進行超聲清洗；4)用磁控濺射的方法在光纖光柵上濺射一層一定厚度的金屬薄膜；5)將鍍了金屬薄膜的光纖光柵固定在磁致伸縮薄膜上；6)采用回流焊的方法，將鍍了金屬薄膜的光纖光柵焊接在磁致伸縮薄膜上，形成可靠的焊點，從而在光纖光柵與磁致伸縮薄膜之間建立長期的機械連接。本發(fā)明方法工藝簡單，操作方便，制造的傳感器性能良好。
【專利說明】
一種基于回流焊的光纖光柵磁傳感器的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001 ] 本發(fā)明屬于光纖光柵磁傳感器領(lǐng)域，更具體地，涉及一種光纖光柵磁傳感器的制備工藝和連接方法。
【背景技術(shù)】
[0002]光纖光柵磁傳感器是實現(xiàn)磁信號和光信號轉(zhuǎn)換的器件，它是利用磁致伸縮薄膜對變化的磁信號產(chǎn)生伸縮形變，而這個形變會引起磁致伸縮薄膜上的應(yīng)力變化，光纖光柵對應(yīng)力變化是敏感的，這是因為應(yīng)力變化會使得光纖光柵反射的中心波長發(fā)生漂移，通過測量波長的漂移量就可以實現(xiàn)對應(yīng)力的傳感，進而實現(xiàn)對磁信號的測量。光纖光柵實現(xiàn)磁信號測量的關(guān)鍵是光纖光柵與磁致伸縮薄膜的復(fù)合方式，這也是光纖光柵磁傳感器應(yīng)用面臨的挑戰(zhàn)。光纖光柵磁傳感器傳統(tǒng)的復(fù)合方法有環(huán)氧樹脂粘貼法等。傳統(tǒng)復(fù)合方法的主要問題是光纖光柵與磁致伸縮薄膜的復(fù)合效率低，主要表現(xiàn)為以下三點:(I)環(huán)氧樹脂的楊氏模量比較低，而楊氏模量的大小與復(fù)合效率是成正相關(guān)的；(2)環(huán)氧樹脂膠人工涂的不均勻，這樣會影響磁致伸縮薄膜應(yīng)力變化的傳遞；(3)環(huán)氧樹脂存在粘貼的時間長了會變得不牢固的隱患，這會嚴重影響光纖光柵的復(fù)合效率。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]針對現(xiàn)有技術(shù)的以上缺陷或改進需求，本發(fā)明提供了一種基于回流焊的光纖光柵磁傳感器的制備方法，其目的在于制備一種高效復(fù)合的光纖光柵磁傳感器，由此解決光纖光柵與磁致伸縮薄膜的高效復(fù)合的技術(shù)問題。
[0004]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供的一種基于回流焊的光纖光柵磁傳感器的制備方法，其特征在于，該方法包括以下步驟:
[0005](I)選取長方體形狀的娃片，其中，所述娃片尺寸以適應(yīng)光纖光柵的尺寸為準；
[0006](2)將所述硅片依次通過丙酮、酒精、去離子水超聲清洗干凈，然后用射頻磁控濺射儀在娃片的上表面派射一層厚度為100nm?2000nm磁致伸縮薄膜，形成磁致伸縮薄膜娃片;
[0007](3)將光纖光柵通過去離子水超聲清洗干凈，用射頻磁控濺射儀在光纖光柵表面派射一層厚度為300nm?800nm金屬薄膜；
[0008](4)將磁致伸縮薄膜硅片固定在載玻片上，然后將所述光纖光柵固定在磁致伸縮薄膜表面上的相應(yīng)位置，通過在放大鏡下觀看以確保光纖光柵與薄膜接觸沒有縫隙；用絲印機把適量的焊錫膏均勻漏印到磁致伸縮薄膜表面未被光纖光柵遮擋的部分;把漏印了焊錫膏的磁致伸縮薄膜硅片送入回流焊設(shè)備中，使焊錫膏經(jīng)歷干燥、預(yù)熱、熔化、潤濕、冷卻，完成光纖光柵與磁致伸縮薄膜的焊接過程，最終完成光纖光柵磁傳感器制作。
[0009]進一步的，所述步驟(2)中所濺射的磁致伸縮薄膜包括但不限于FeCoSiB薄膜、Terfeno 1-D 薄膜。
[0010]進一步的，所述步驟(3)中所濺射的金屬薄膜包括但不限于鎳、銀薄膜。
[0011]進一步的，所述步驟(2)、(3)中的濺射參數(shù)為:真空度為7X 10—4以下，靶間距為7 cm，濺射功率 100W-300W。
[0012]進一步的，所述步驟(3)中超聲清洗的時間為lOmin。
[0013]總體而言，通過本發(fā)明所構(gòu)思的以上技術(shù)方案與現(xiàn)有技術(shù)相比，能夠取得下列有益效果:
[0014]I)采用的方案新穎，大大簡化了工藝流程；
[0015]2)采用回流焊的方法涂的焊錫均勻，光纖光柵與磁致伸縮薄膜之間形成可以形成可靠的焊點，并可以達到長期穩(wěn)定的機械連接，從而可以實現(xiàn)光纖光柵與磁致伸縮薄膜之間尚效的復(fù)合。
[0016]3)制備的光纖光柵磁傳感頭性能穩(wěn)定，在各種環(huán)境下都能保持很好的性能，光纖光柵可以在高溫條件下使用。
[0017]4)使用的材料造價低廉，工藝流程簡單易用，大大減少了生產(chǎn)成本。
【附圖說明】
[0018]圖1(a)是光纖光柵，缺口部位為光纖上所刻光柵的部位，圖1(b)中的黑色部分是本發(fā)明中對光纖光柵濺射金屬薄膜的結(jié)構(gòu)示意圖，圖1(a)至圖1(b)的黑色箭頭指的工藝流程；
[0019]圖2(a)是硅片，圖2(b)是本發(fā)明在硅片上濺射磁致伸縮薄膜的結(jié)構(gòu)示意圖，圖2(a)至圖2(b)的黑色箭頭指的工藝流程；
[0020]圖3是本發(fā)明中將磁控濺射了金屬薄膜的光纖光柵固定在磁致伸縮薄膜表面的結(jié)構(gòu)示意圖，圖3至圖4的黑色箭頭指的工藝流程；
[0021 ]圖4是本發(fā)明完成的光纖光柵磁傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實施方式】
[0022]為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實施例，對本發(fā)明進行進一步詳細說明。應(yīng)當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。此外，下面所描述的本發(fā)明各個實施方式中所涉及到的技術(shù)特征只要彼此之間未構(gòu)成沖突就可以相互組合。
[0023]在電子產(chǎn)品生產(chǎn)技術(shù)中，焊接工藝的優(yōu)劣對產(chǎn)品的質(zhì)量和可靠性具有重要影響，回流焊爐是實現(xiàn)焊接的重要設(shè)備?；亓骱敢卜Q再流焊，回流焊是通過重新溶化預(yù)先分配到印制板焊盤上的焊料，實現(xiàn)元器件的焊端與印制板之間的機械連接。在回流焊之前，用絲印機把適量的焊錫膏漏印到基板的燥盤上，用貼片機把元器件貼到相應(yīng)位置上，把貼好元器件的基板送入回流焊設(shè)備，焊錫膏經(jīng)歷了干燥、預(yù)熱、培化、潤濕、冷卻，將元器件接到印制板上完成焊接過程。經(jīng)各種理論研究和仿真結(jié)果表明，采用回流焊的方法來實現(xiàn)光纖光柵與磁致伸縮薄膜的復(fù)合是一種可行的解決方案。
[0024]參照圖1(a)、圖1(b)是在光纖光柵上濺射金屬薄膜的過程，圖2(a)、圖2(b)是在硅片上濺射磁致伸縮薄膜的過程，圖3-圖4是將光纖光柵固定在磁致伸縮薄膜上并焊接上示意圖，可知本發(fā)明提供了基于回流焊的光纖光柵磁傳感器的制備工藝流程。其工藝流程簡單，不僅制備了磁致伸縮薄膜，而且設(shè)計一種高效的光纖光柵與磁致伸縮薄膜復(fù)合的方法，并通過磁場發(fā)生器和光纖光柵解調(diào)儀等測試，證明這是一種行之有效的方案。
[0025]實例步驟:
[0026]I)切片，切取長為2cm，寬Icm的硅片；
[0027]2)洗片，將切好的娃片進行清洗，首先用丙酮超聲清洗1min，然后用乙醇超聲清洗1min，最后用去離子水超聲清洗1min。
[0028]3)磁致伸縮薄膜的制備，用射頻磁控派射儀在娃片上派射一層Terfeno1-D和FeCoSiB復(fù)合薄膜，厚度為2μπι。濺射參數(shù):濺射時間為45min (在此功率下這么長的時間內(nèi)可以生長2μπι的薄膜)，真空度為7 X 10—4Pa以下，靶間距為7cm，濺射功率300W，氣壓為3.5mTorr，基片采用水冷方式。
[0029]4)光纖光柵表面鎳薄膜的制備，首先是將光纖光柵分別用去離子水超聲清洗lOmin，用射頻磁控濺射儀在光纖光柵上濺射一層300nm的鎳薄膜。濺射參數(shù):濺射時間為12min(在此功率下這么長的時間內(nèi)可以生長300nm的薄膜)，真空度為7X10—4Pa以下，靶間距為7cm，濺射功率10W，氣壓為3.5mTorr，基片采用水冷方式。
[0030]5)用絲印機把適量的焊錫膏漏印到濺射有磁致伸縮薄膜的硅片上，將濺射有鎳的光纖光柵固定在磁致伸縮薄膜的相應(yīng)位置上，將貼好光纖光柵的磁致伸縮薄膜送入回流焊設(shè)備中，焊錫膏經(jīng)歷了干燥、預(yù)熱、熔化、潤濕、冷卻，至此完成了光纖光柵與磁致伸縮薄膜的焊接過程，從而實現(xiàn)了基于回流焊方法的光纖光柵磁傳感器的制備。
[0031]影響光纖光柵與磁致伸縮薄膜高效復(fù)合的主要有以下幾個原因:I)粘貼的可靠性，也即牢固性;2)粘貼材料的楊氏模量;3)粘貼材料涂的均勻性。而本發(fā)明提出的回流焊方法在實現(xiàn)光纖光柵與磁致伸縮薄膜的復(fù)合上，首先，可以使他們之間建立長久的機械連接，因為他們之間是通過焊錫實現(xiàn)連接的，它的特點是連接牢固；然后，光纖光柵與磁致伸縮薄膜的復(fù)合效率是與粘貼材料的楊氏模量成正比的，而焊錫的楊氏模量比環(huán)氧樹脂等粘貼材料的楊氏模量大的多，而楊氏模量越大也有利于磁致伸縮薄膜的應(yīng)力傳遞到光纖光柵上，而光纖光柵對應(yīng)力變化時很敏感的，這樣就可以實現(xiàn)應(yīng)力的高效傳感，進而實現(xiàn)磁場等信號的高效傳感;最后，粘貼劑涂的均勻性主要是影響磁致伸縮薄膜的應(yīng)力至光纖光柵的應(yīng)力傳遞，粘貼劑涂的越均勻越有利于應(yīng)力的傳遞，而本發(fā)明提出的方法涂的相對較均勻。
[0032]本領(lǐng)域的技術(shù)人員容易理解，以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項】
1.一種基于回流焊的光纖光柵磁傳感器的制備方法，其特征在于，該方法包括以下步驟: (1)選取長方體形狀的硅片，其中，所述硅片尺寸以適應(yīng)光纖光柵的尺寸為準；(2)將所述硅片依次通過丙酮、酒精、去離子水超聲清洗干凈，然后用射頻磁控濺射儀在娃片的上表面派射一層厚度為100nm?2000nm磁致伸縮薄膜，形成磁致伸縮薄膜娃片； (3)將光纖光柵通過去離子水超聲清洗干凈，用射頻磁控濺射儀在光纖光柵表面濺射一層厚度為300nm?800nm金屬薄膜； (4)將磁致伸縮薄膜硅片固定在載玻片上，然后將所述光纖光柵固定在磁致伸縮薄膜表面上的相應(yīng)位置，通過在放大鏡下觀看以確保光纖光柵與薄膜接觸沒有縫隙；用絲印機把適量的焊錫膏均勻漏印到磁致伸縮薄膜表面未被光纖光柵遮擋的部分;把漏印了焊錫膏的磁致伸縮薄膜硅片送入回流焊設(shè)備中，使焊錫膏經(jīng)歷干燥、預(yù)熱、熔化、潤濕、冷卻，完成光纖光柵與磁致伸縮薄膜的焊接過程，最終完成光纖光柵磁傳感器制作。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述步驟(2)中所濺射的磁致伸縮薄膜包括但不限于FeCoSiB薄膜、Terfenol-D薄膜。3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的制備方法，其特征在于，所述步驟(3)中所濺射的金屬薄膜包括但不限于鎳、銀薄膜。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述步驟(3)中的濺射參數(shù)為:真空度為7父10—4以下，靶間距為7011，濺射功率1001-30015.根據(jù)權(quán)利要求1或4所述的制備方法，其特征在于，所述步驟(3)中超聲清洗的時間為1min0
【文檔編號】B23K1/00GK106001827SQ201610414635
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2016年6月14日
【發(fā)明人】楊曉非, 李家普, 歐陽君, 陳澤基, 王鮮然, 李俊宇, 朱本鵬, 陳實
【申請人】華中科技大學(xué)