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2014年05月21日

传感器技术和产品发展的重点


引言

技术是现代科技的前沿技术,是制造业和信息化的基础。随着国内工业自动化、信息化和国防现代化的发展,传感器的年需求量持续增长。由于国内传感器技术的创新和新产品开发能力落后于国外先进水平,制约了工业自动化和信息化技术的发展。

传感器的基本原理不难,但制造工艺技术严格保密。国内传感器技术落后的根本原因是制造工艺技术和专用工艺设备的落后,使传感器的稳定性和可靠性问题长期得不到根本解决,限制了国产传感器的使用范围和可信程度。与国外传感器特别是高技术含量的传感器相比,国产传感器存在较大的差距。主要性能指标与国外差1~2个数量级,可靠性差2~3级。经过多年开发,虽然一批工艺和产品取得了科技成果,由于批产工艺的稳定性和实用性得不到很好解决,成为产业化的瓶颈。

为此,必须加快发展传感器制造工艺技术和产品。当前,应当重点发展以下几个方面。

1、工艺和微传感器

MEMS工艺是在硅平面工艺基础上发展起来的一种通用的精密三维加工技术,是研究传感器、微执行器、微机械系统的核心技术。国外MEMS技术的发展已经有30年的历史。应用MEMS工艺,不仅可以制造简单的三维微结构,而且可以做成三维运动结构和复杂的力平衡结构,使现代传感器技术从单一的物性型进入以微电子和微机械集成技术为主导的发展阶段。微机电传感器的优良性能和优越的性价比,将取代传统的传感器而占有很大的市场份额。在MEMS器件的生产方面,国外已经形成3种类型的生产规模。大型企业年产100万只以上;中等规模年产在1万~100万只;一些研究所年产1万只以下。最近,美国SMI公司开发一系列低价位,线性度为0.11%~0.165%的硅微压力传感器,具有独特的三维结构,敏感元件的体积为Lm量级,是传统传感器的几百分之一。美国在2cm×2cm×0.15cm的体积内,制造了由3个陀螺和3个加速度计组成的微型惯性导航系统。该系统的质量为5g,体积只有小型惯性导航系统的01012%。

近年来,国内MEMS工艺和新型传感器的研究不断深入和扩展,开发成功并形成产品的是压力传感器、加速度传感器、微型陀螺以及各种微执行器、微电极、微流量计、军用微传感器。但只有压力传感器等少数产品,采用自主开发的工艺技术,实现了从芯片制造到装配测试全过程的批量生产。

目前,应当特别重视MEMS基本工艺的应用技术研究,开发专用工艺装备,使这些工艺在产业化生产中应用。现在应用的工艺设备大部分依靠进口,投资和运行成本比较高。为此,必须重视国产工艺设备的开发。沈阳仪表科学研究院开发的静电封接设备、硅油充灌设备、硅膜片腐蚀设备、性能测试设备和硅片划片设备为MEMS部分工艺的稳定运行提供了设备基础,部分设备已经在行业推广。