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我國傳感器技術攻關獲重大突破

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點擊量: 299769 來源: 中國機電日報

        由沈陽儀器儀表工藝研究所等單位承擔的“九五”國家重點科技攻關項目“傳感器技術研究”,日前獲得重大突破,取得較好經濟效益和社會效益。此項目取得技術成果59項,其中3項達國際先進水平,10項達20世紀90年代末期先進水平,33項達到國際20世紀90年代先進水平,13項達到國內**水平。總體上達到國外20世紀90年代中期水平。此項目的研制成功,必將對機械工業的發展產生良好的促進作用,使MEMS技術開始在機械工業中得到應用,傳感器的規模化生產由傳統的機械加工方式向微機械加工方式過渡;力敏傳感器的精度提高到0.1~0.2級,傳感器的可靠性提高了1~2個等級;OEM通用壓力傳感器實現批量生產,促進進口產品價格的降低。通過工程化研究,現已建成傳感器中試生產線9條,實現了18個品種75個規格產品的工程化生產,形成2257萬只的生產能力。攻關期間累計銷售各類傳感器1260萬只,累計銷售收入14418萬元,新增利潤2019萬元,新增稅收1153萬元。  
        傳感器是工業測控系統和信息系統的基礎元器件。MEMS等先進制造技術的應用,使傳感器技術得到迅速發展。新一代傳感器的突出特征是多功能化、數字化、智能化、陣列化、微型化和微系統化。目前,國外傳感器技術研究、開發和應用發展很快。不僅重視新產品開發,還注重材料、設計、生產工藝、測試技術和工藝裝備等開發,已成為新興產業,發展迅速。由于傳感器屬于國家敏感技術。目前,國外雖向我國大量銷售傳感器產品,但嚴格限制轉讓先進的傳感器制造技術,特別是敏感芯片的制造技術,至多轉讓散件組裝技術。隨著我國國民經濟的發展,對傳感器提出了更高的要求。為此,發展高性能、高可靠性、新型的傳感器勢在必行。  
        由沈陽儀器儀表工藝研究所等單位承擔的“傳感器技術研究”項目,列入“九五”國家重點科技攻關計劃,并通過國家科技部的驗收。該項目以提高傳感器的技術水平、可靠性水平和產業化程度為目標,以市場為導向,適度跟蹤國外先進技術,安排工程化研究、新產品開發、共性關鍵技術三個層次,突破傳感器設計、制造工藝、微機械加工、可靠性等關鍵技術,使傳感器的研究、開發水平達到國外20世紀90年代初、中期先進水平。  
        該所通過三年的攻關,解決了關鍵技術、工藝和批量生產技術,建成中試生產線9條。使18個品種75個規格的新產品形成一定規模的生產,新開發力敏、磁敏、溫度、濕度、氣敏傳感器的新產品51個品種86個規格,90%開始批量或小批量生產并開始供應市場。傳感器的設計技術,制造工藝,微機械加工,可靠性技術在生產中得到應用,成品率普遍提高10%,可靠性水平提高1~2個等級。提高了我國傳感器的技術水平,縮小了與世界先進水平的差距。  
        該所在攻關中解決的關鍵技術:一是設計技術:以Ansys為平臺,建立各種傳感器的參數化模型,開展力學分析,獲得相關結果,設計了擴散硅壓力、差壓、多功能傳感器,加速度傳感器,磁敏霍爾元件,應變式力傳感器的工藝版圖和結構設計;建立了力敏器件工藝模擬軟件,確定力敏傳感器關鍵制造工藝(擴散、離子注入、化學腐蝕)的特征參數。二是制造工藝:研究了硅4”芯片生產工藝,包括離子注入、RIE、IECVD、LPCVD等4"芯片生產工藝,完成了由3”工藝向4”工藝的過渡。進行了靈敏度溫漂曲線的調整,實現溫度特性的自補償,在-30℃~80℃內的溫漂量小于±0.5%/F.S,簡化了補償電路,解決了穩定性問題,100小時短期穩定性小于±5μV/V,保證了年穩定性達到0.1%F.S。芯片合格率達80%。“InSb薄膜工藝技術”研制出用單質In、Sb替代InSb單晶制作InSb多晶膜的工藝,成品率由攻關前的40%提高到60%。三是微機械加工工藝:應用EPW和KOH的腐蝕工藝和靜電封接工藝,成功解決了微結構的制造工藝,膜片控制精度達到4μ。目前該所OEM傳感和出口芯片,全部由微機械工藝完成。腐蝕和封接的成品率達75%。開創了“硅三維無掩膜腐蝕工藝”制造多層結構的新工藝,并獲得了發明**。四是可靠性技術:確定了硅壓力傳感器、諧振稱重傳感器等7種產品的壽命試驗和加速壽命試驗規范,進行了綜合應力試驗研究,確定了影響可靠性的環境應力,制定了可行性綜合應力試驗規范。在產品的壽命試驗、失效機理、失效模式分析的基礎上,提出了可靠性增長模型,使攻關產品的可靠性等級提高1~2級。  
        在項目攻關中,該所瞄準國際先進技術,堅持科技創新,取得五項發明成果。  
        (1)發明了硅三維無掩膜腐蝕工藝。研究了采用一次掩膜形成三維多層微結構的工藝和設計方法,為國際**,共獲得1項發明**。  
        (2)研制成功石英諧振稱重傳感器,開發了系列化的下游應用產品--各類石類電子抗衡器。取得6項實用**、3項發明**。  
        (3)首次合成聚酯自由基高聚物,研制的“新型本征高分子壓力溫度雙參數傳感器”課題解決了高溫潛油泵的溫度、壓力測量的難題。為國際**,獲得1項發明**。  
        (4)在國內首次解決了擴散硅力敏芯片溫度靈敏度自補償工藝。在全溫區內靈敏度溫漂控制在5‰之內,實現了力敏芯片的溫度自補償。  
        (5)開發了高靈敏度InSb薄膜制備工藝,解決了單質蒸鍍、敏感磨層減薄和摻雜工藝,研制的InSb薄膜滿足了制備高性能磁敏元件的需要,并取得兩項新型**。

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