陶瓷微热板阵列式可燃气体传感器

设计了基于陶瓷基底的悬桥式微热板结构以解决硅微热板高温稳定性差的问题。分析了微热板的传热过程,并通过有限元工具对其稳态热响应特性及微加热器电极结构进行了模拟。采用常规微电子技术结合激光微加工技术,实际制作了基底厚度为100μm,桥宽度为2mm的微结构,并对结构的加热功率-温度关系进行了测试。结果表明:热板具有较好的高温稳定性,1.5W加热功率可使板上平均温度达到630℃。将桥式微热板作为阵列传感器的加热平台,Pd掺杂原子数百分比为0.2%和10%的SnO2纳米材料分别作为阵列中两只传感器的敏感膜材料,设计并制作了阵列式气体传感器。传感器在恒电压加热方式下可实现CO或CH4单一模式气体检测;阵列传感器在高、低温脉冲电压加热模式下可实现对CO和CH4两种混合气体的定量检测。     

微热板式气压传感器结构设计与热分析

给出了采用牺牲层技术制作的微热板式气压传感器的加工工艺和工作原理.分析了微热板各层薄膜厚度、微热板下气隙高度、支撑桥尺寸、微热板面积大小对传感器加工、工作性能的影响,并结合实际工艺条件设计了一种采用不同支撑桥尺寸的传感器结构.理论分析了恒温加热方式下微热板各种传热途径随气压的变化关系;用有限元方法模拟了恒流加热方式下气压对传感器温度分布和温度大小的影响.分析结果显示,气压较高时微热板传热以气体导热为主,而气压较低时以支撑桥导热为主;微热板区域温度分布较均匀,温度大小受气压影响较大;设计的传感器测量范围为10～10⁵Pa,功耗在毫瓦级,且具有尺寸小、热响应快、易与电路集成等优点.     

一种AIN基热隔离MEMS阵列风速传感器设计

采用微机电系统(micro-electro-mechanical system,MEMS)技术设计和制作了一种基于氮化铝(aluminum nitride,AIN)基热隔离四阵列热流量风速风向传感器,并同时集成了一个环境温度传感器.在厚度为0.2 mm的AlN基片上通过光刻剥离工艺和激光微加工工艺实现2D微结构风速风向传感器制备.传感器由中间加热器、4个温度探测器和1个温度传感器组成,4个温度探测器之间通过激光微加工刻蚀8个热隔离通孔以减少热传导损失,提高有效热流量交换.通过对传感器的ANSYS仿真及性能测试,验证了设计的合理性及工艺的可行性.分析得出采用热隔离通孔可有效提高4个探测器的灵敏度,降低了加热电极的热传导损失,减小了传感器设计尺寸,提高了设计的集成度.传感器测试结果表明:最大角度差为5°,速度误差小于0.5 m/s.加热功耗为120 mW,响应时间仅3 s.     

陶瓷微板热隔离半导体气体传感器阵列设计与实现

具有高浓度、挥发性、强氧化性的液氯、氮氧化物等危化品泄露、爆炸的安全检测一直是一个难点问题,要求检测传感器具有较宽量程和抗腐蚀设计。基于Al N陶瓷的微热板半导体气体传感器阵列设计,采用耐腐蚀的Al N陶瓷为衬底,物理化学性能稳定的Pt膜作为信号和加热器电极,经杂化修饰的In-Nb复合半导体氧化物为敏感材料,结合柔性光刻剥离工艺和激光微加工工艺,制备了陶瓷微板热隔离气体传感器阵列。为验证传感器阵列热结构设计的合理性,进行了有限元热仿真分析,优化了设计结构。经静态气敏测试分析,传感器阵列对浓度体积比500×10~(-6)的Cl_2和100×10~(-6)的NO_2两种气体的气敏响应时间分别为30 s和60 s左右,灵敏度最高分别为275倍和4倍,且在0~500×10~(-6)和0~100×10~(-6)检测范围均具有良好的气敏特性,对Cl_2等高浓度宽量程危化品气体检测具有良好的应用前景。     

微气体传感器微热板的优化设计

基于铂的热敏热阻特性和Si O2的绝热绝缘特性,设计了一种以铂作为电极材料,Si O2作为隔热层和绝缘层材料的微气体传感器的硅基微热板结构。利用有限元分析工具对微热板的基底和电极分别进行了设计和优化,并分析了微热板的热场和磁场分布。当基底设计为前Si O2层、中间Si层、后Si O2层3层结构且厚度分别为25μm、100μm、175μm,加热电极宽度为150μm时,微热板能够获得高且均匀的中心温度。该电极结构有助于消除磁场对测量信号的干扰,提高了传感器的整体性能。     

面向微热板气体传感器的控温采集无线节点设计

微热板近年来被广泛应用到气体传感器领域。为了提高微热板式气体传感器工作的稳定性,文中设计了一种可控温WIFI采集传感器节点。它以CC3200为WIFI节点核心,结合Dut13微热板驱动芯片以及高速ADC和DAC模块实现对微热板气体传感器的无线控温和气敏信号采集。实验结果表明,在环境温度10~45℃范围内,微热板目标温度350℃以内,该节点的控温精度优于±4℃,节点平均总功耗小于350 m W。     

用于气体传感器的微热板工艺流程与性能对比

微热板式气体传感器具有功耗低、体积小和灵敏度高等优点,具有良好的产业化前景,而传感器芯片批量制造成品率与单芯片加工成本是其能否产业化的关键。在传感器芯片批量制造中引入成熟标准CMOS工艺,采用四臂支撑悬空结构,以钨为加热丝,多层介质薄膜为机械支撑膜,顶层金属为气敏电极;作为对比,同时设计了MEMS工艺流程,制造了以铂为加热丝,PECVD氧化硅和氮化硅为机械支撑膜,黄金气敏电极的相同结构传感器芯片。对比了工艺成本和器件性能,CMOS微热板芯片的功耗、热响应、热稳定性以及成本等性能均达到甚至优于MEMS微热板水平。由于CMOS工艺线量产能力和加工精度均优于常见MEMS工艺线,因此单芯片成本更低,集成度更高,非常适合微热板式气体传感器阵列芯片的产业化生产制造。     

恒温式微热板电阻真空传感器

研究了微热板的传热特性,从理论上分析了恒温模式下工作温度和结构尺寸对微热板电阻真空传感器工作特性的影响.设计了一种边长为93 μm、四臂支撑的方形微热板结构的电阻真空传感器,支撑桥长65 μm、宽21 μm,微热板与衬底之间的气隙高度为0.5 μm;采用表面微机械加工技术成功实现了该传感器的加工.用恒温电路进行测试的结果显示,该微热板真空传感器气压测量范围约2～105 Pa,且响应特性与理论计算结果相符.     

恒温式微热板电阻真空传感器的研究

微热板(MHP)作为一种微结构广泛运用在各种微传感器中。本文通过对微热板的传热分析,从理论上分析了恒温模式下工作温度和结构尺寸对微热板电阻真空传感器工作特性的影响;设计了一种边长为93μm、四臂支撑的方形微热板结构的电阻真空传感器,支撑桥长65μm、宽21μm,微热板与衬底之间的气隙高度为0.5μm;采用表面微机械加工技术成功实现了该传感器的加工。测试结果显示,该微热板真空传感器气压测量范围约2Pa～105Pa,且响应特性与理论计算结果相符。     

基于非接触式热压印技术的微透镜阵列制作

为了降低热压印工艺制作微透镜阵列对模具的要求,提出了非接触式热压印工艺制作微透镜阵列,采用了自主研制的纳米压印样机与光刻工艺制作的通孔式不锈钢模具在PMMA表面压印出微透镜阵列,并分析了压印过程中温度、压力、时间等参数对微透镜阵列表面形貌的影响。研究结果表明,利用非接触式热压印工艺可以制作表面形貌好、位置精度高的微透镜阵列,压印时最佳压印温度为140℃~180℃,最佳脱模温度为80℃,最佳压力为1 500 Pa~3 500 Pa,且采用通孔式模具不需要真空,降低了对环境的要求。     

基于MEMS的微流体机械研究进展

介绍了近十年特别是近三年以来微流动系统研究的最新成果，具体介绍了新型微加速度计、微泵、微喷、微阀、微通道及微系统的结构、原理及应用情况，并对微流动系统研究中存在的问题和发展方向作了简述。     

微细加工技术的发展及应用

微细加工技术是现代加工技术手段的新发展,是二十一世纪关键技术之一。本文介绍了微机械与微细加工技术的发展过程、技术特点以及相关理论基础,并具体阐述了微细加工技术的应用、发展的意义、存在的问题及发展要求。     

金属微结构的电解铣削加工技术研究

随着微机电系统的发展,微细加工技术成为了当今世界的研究热点。对微细电解铣削加工技术进行了深入研究,在难加工材料镍基高温合金上进行了一系列微细电解铣削加工工艺试验。首先,基于微细电解铣削加工原理,自行研制了一套高精度微细电解铣削加工系统。其次,分组试验并分析了各主要参数,如铣削层厚度、加工电压、脉冲宽度、电极直径,以及电解液浓度等对形状精度和加工精度的影响规律。最后,通过优化加工参数,成功加工出了数个典型三维平面及曲面微结构,形状精度高,加工稳定性好,充分展现了微细电解铣削工艺在加工复杂金属微结构方面的巨大潜力。     

基于微流体数字化技术的微化学反应器

微流体数字化技术利用压电陶瓷驱动器产生的脉冲惯性力来驱动和扰动微流体，实现了微流体的均匀离散和微喷射，具有数字可控性。由此设计了一种数字化微化学反应器，对不同微管道内的流体利用数字化微喷射，实现试样与试剂微液滴间的混合反应。该微化学反应器由玻璃微管道拉制仪拉制的微管道进行粘接组合而成，内部无可动件，无需复杂的微加工技术，结构简单，制造成本低。进行了氢氧化钠溶液和酚酞溶液的混合反应实验，实验证明该化学反应器可以用于微化学反应。     

微细电火花加工技术的研究进展

研究和综述了微细电火花加工技术的研究现状和发展趋势。比较分析了常用微细加工与微细电火花加工方法的特点及应用，论述了线电极电火花磨削技术的原理及在微细加工中的作用。结合电火花加工过程中无宏观作用力的特点，论述了微细电火花加工装置微小型化的可行性和几种主要形式。     

一种微型步进电机的微胶接装配方法的研究

采用微胶接技术装配微型步进电机的基体和导轨。对胶粘剂的点胶特性进行实验,指出微电机胶接装配中影响胶接质量的两个关键因素是胶滴体积的不稳定和胶滴的扩散。为了解决该问题,在基体胶接区表面通过蚀刻方法加工出凹槽结构,给出凹槽尺寸的确定原则和胶接实验的条件。结果表明,凹槽结构对胶滴体积具有“容错性”,可以在一定程度上克服胶滴体积的不稳定和胶滴的扩散对微胶接装配质量的影响,但胶滴点胶的位置误差可能引起胶滴溢出凹槽。     

微结构与微型零件的微注射成形

设计并制作了微注射成形模具，采用光刻、离子蚀刻工艺相结合在硅片上制得了微零件型腔、流道及浇口。利用该模具在微型注射机上进行了聚丙烯微注射成形实验，注射成形了微结构零件及独立的微型零件，其中最小微结构部分是直径50μm的微圆柱，最小独立的微型零件是直径300μm、厚300μm的微圆片。分析了模具温度、注射压力及保压时间对微注射成形的影响，其中模具温度影响最大，注射压力、保压时间的影响次之。     

微型行星减速器的研究

本文阐述了微型行星减速器的出现背景,微型行星减速器的构造,微型行星减速器的齿轮尺寸及其功用等,同时,还提出了微型行星减速器的发展动向.     

压电微机器人平面致动机理和谐振频率分析

对一种平面、管道复合型压电微机器人的平面致动机理和谐振频率进行了分析 ,为该机器人提高爬行速度、　选择控制电压的谐振频率提供了依据。     

基于MEMS的微动力系统的发展动态

综述了微动力机电系统的发展概况和研究进展,简单介绍了微型热电发生器、微燃料电池和能量收集器这3种典型的微动力机电系统的一些研究成果,在此基础上研制了一种新颖的,无运动部件的微热光电系统.