传感器 从机电到 MEMS,看中国传感器设计与制造技术的发展历程

isweek · 2021年02月01日 · 31 次阅读

任何一款产品从开发到产品上市都会走过一段极不平坦之路:从无到有、从有到全、全而不大、多而不强;成绩很大、问题不少、进步卓然、崎岖不凡。这段话同样适用于传感器,传感器是一种检测装置,能感受到被测量的信息,并能将感受到的信息,按一定规律变换成为电信号或其他所需形式的信息输出,以满足信息的传输、处理、存储、显示、记录和控制等要求。人们为了从外界获取信息,必须借助于感觉器官。而单靠人们自身的感觉器官,在研究自然现象和规律以及生产活动中它们的功能就远远不够了。为适应这种情况,就需要传感器。

传感器早已渗透到诸如工业生产、宇宙开发、海洋探测、环境保护、资源调查、医学诊断、生物工程、甚至文物保护等等极其之泛的领域。可以毫不夸张地说,从茫茫的太空,到浩瀚的海洋,以至各种复杂的工程系统,几乎每一个现代化项目,都离不开各种各样的传感器。由此可见,传感器技术在发展经济、推动社会进步方面的重要作用,是十分明显的。世界各国都十分重视这一领域的发展。相信不久的将来,传感器技术将会出现一个飞跃,达到与其重要地位相称的新水平。下面工采网小编和大家一起了解一下从机电到 MEMS,看中国传感器设计与制造技术的发展历程。

在 20 世纪 30 年代,主要是机械式传感器。到 20 世纪 50 年代,传感器大部分采用机电结构,出现分立式传感器。到 70 年代,随着微电子技术的发展,如 IC 工艺的引入,应用 MEMS 技术,出现 MEMS 传感器。80 年代,片上集成工艺的引入,推出单片集成传感器。到 90 年代,采用无线通信和低功耗技术,发展出 WSN 无线传感器;计算机技术、通信技术、大规模集成电路制造技术在传感技术中的应用,出现了智能传感器。

在传感器不断升级的道路上,我国传感器的设计也经历了仿制、自主设计到初始创新的阶段。起初对传感器的认识上基本趋于一致,但转变了从 “造船不如买船、买船不如租船” 的思维模式之后便从 “市场换技术” 的迷雾中走出,相信 “科技创新的主体在企业” 这些观点。主要提下在一下几点:

中国传感器设计技术的发展历程

CAD 技术的应用为传感器自主设计和创新提供了有力的工具。 利用 I-deas 和 Vaild 支撑软件,开展了硅杯的力学分析,开发芯片版图、芯体结构、结构设计等应用软件和温度补偿软件,设计了产品。但由于软件平台的局限性,不能进行非线性修正。“九五” 期间,以 Ansys 软件为分析平台,建立了方杯、单杯、双岛、单岛、梁膜型传感器、应变式力传感器的参数化模型和力学分析,设计出新型传感器。在研制中得到应用和验证。

中国传感器工艺技术的发展历程 平面工艺 厚膜工艺 超细粉料制备工艺 微机械加工工艺 智能芯片制造工艺

中国传感器可靠性技术的发展历程

在传感技术发展过程中,传感器产品的可靠性十分重要,进行了 10 个规格产品的可靠性技术研究。而且通过对产品的可靠性试验、筛选、分析、数据处理、可靠性设计和制造技术研究,完成了产品的寿命试验、失效机理、失效模式分析,建立了可靠性增长模型,使 PN 结传感器、PTC 热敏电阻、扩散硅压力传感器、硅霍尔元件、应变式力传感器、石英谐振称重传感器、NTC 热敏电阯,InSb 霍尔元件、廉价湿度传感 a-Fe2 〇 3 气敏元件实现了可靠性等级增长 I〜2 级的目标。进行了可靠性综合应力试验研究,使传感器可靠性试验时间由一年左右缩短为几个月。

中国传感器专用工艺装备的发展历程

传感器的产品开发过程中,离不开工艺装备的研究。在注重产品和工艺开发的同时,注重了工艺装备的开发,代表性的是扩散硅传感器工艺装备的开发。面对国外对我国扩散硅传感器关键工艺装备的封锁,我国科技人员运用计算机技术、自动化技术、精密机械技术,独立开发了划片机、硅杯研磨机、静电封接机、大片硅杯自动研磨机、大片静电封接机、硅油充灌机、化学和电化学腐蚀设备、带油封装焊接机、芯片自动测试仪、温度补偿和标定装置等硅传感器生产的专用设备,提高了制造工艺的一致性和生产效率,并在行业中推广。

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