MEMS传感器现状及应用

MEMS传感器种类繁多,发展迅猛,应用广泛。首先,简单介绍了MEMS传感器的分类和典型应用。其次,对MEMS压力传感器、加速度计和陀螺仪三种最典型的MEMS传感器进行了详细阐述,包括类别、技术现状和性能指标、最新研究进展、产品,及应用情况。介绍MEMS压力传感器时,给出了国内外采用新型材料制作用于极端环境下压力传感器的研究情况。最后,从新材料、加工和组装技术方面对MEMS传感器的发展趋势进行了展望。     

高分辨率MEMS纤毛式湍流传感器

国外的剪切流传感器已经趋于成熟,但仍存在测试信息量单薄、空间分辨率不高和价格昂贵的缺点。提出了一种新型高分辨率微电子机械系统(MEMS)湍流传感器,通过MEMS工艺的微结构实现湍流传感器的高分辨率探测,同时凭借Parylene真空气相沉积技术来实现传感器在海中的绝缘性和抗腐蚀性。经过5～45℃的高低温循环实验,验证了MEMS湍流传感器在复杂环境中的可靠性,并通过实验测量得到电压形式的湍流数据。     

MEMS电磁执行器CoNiMnP永磁体阵列的制备

永磁材料在微电子机械系统(MEMS)器件中具有重要的应用价值,例如微型开关、微型继电器以及微泵、微阀中作电磁执行器等。本文介绍了CoNiMnP永磁体阵列的制备技术,给出了工艺制备的实验条件,并利用SEM分析了阵列的表面形貌,电子能谱分析了永磁材料组分。实验结果表明,得到了很好的CoNiMnP永磁体阵列结构,具有较高的矫顽磁力的材料组分比例：Co 85％、Ni 14％。     

MEMS技术在流体控制中的应用

微机电系统(MEMS:Micro Electro-Mechanical System)技术或微传感器与微执行器(MicromachinedTranducers)技术,它是在微电子技术的基础上发展起来的,融合了硅微加工和精密机械加工等多种微加工技术,并利用IC技术把控制和信号处理电路与机械部件集成的微型系统。这种技术所涉及的器件的特征尺寸一般小于1mm而大于1μm,它为流体控制研究开辟了一个崭新的领域。简述了流体控制技术的基本原理以及应用MEMS技术实现流体控制的机理和途径,分别介绍了国外研究机构近年来在微传感、微执行技术的研究工作。     

高温MEMS薄膜热流传感器研究进展

对可用于高温环境的MEMS薄膜热流传感器(TFHFS)的测量原理、结构设计、材料成分以及制造技术进行了简单阐述,分别介绍了半无限几何、热阻式、热电堆和横向热电效应型TFHFS的结构特点和应用优势。归纳讨论了国内外科研团队研制的各种TFHFS的量热法、传感方式、结构、材料以及测量模式,按照热敏材料分为金属和合金型、陶瓷和新型聚合物衍生陶瓷型两类,重点关注TFHFS的高温稳定性、响应时间、灵敏度等性能。最后,总结了目前TFHFS面临的技术难题和发展趋势,可为应用于更严酷环境的高温薄膜热流测量技术提供参考。     

MEMS智能传感器技术的新进展

CMOS和MEMS结合所产生的MEMS智能传感器技术已成为智能传感器发展的主流,目前智能时代的开启已带动MEMS智能传感器技术进入快速发展阶段。综述了惯性、压力、温度和生化等典型的MEMS智能传感器,展现了MEMS智能传感器的应用需求、技术特点、传感器新材料和新结构、电子学新架构、设计拓扑、关键技术突破和测试结果。同时也对MEMS智能传感器的工艺和封装技术的最新进展进行了陈述。从设计、工艺和封装等方面分析了当前MEMS智能传感器总的发展趋势,并提取了主要技术创新亮点。     

高灵敏度Si基纤毛式MEMS湍流传感器

为了满足湍流探测高灵敏度、高分辨率的要求,提出了一种新型纤毛微电子机械系统(MEMS)湍流传感器。基于MEMS技术制作了硅十字梁敏感受力结构,通过橡胶探头的受力振动传递水中的湍流信号,凭借传感器头部的导流罩来保证传感器的高分辨率探测。对MEMS湍流传感器进行理论和仿真分析,其一阶共振频率达到481.04 Hz。经过海洋环境模拟机测试实验,结果显示其在50 MPa压力下保持了完好的结构和良好的性能,验证了其水下的可靠性。在湍流实验平台进行测试,通过比较标定法得出其灵敏度为1.92×10^-4 V·m·s^2/kg,满足海洋湍流测试要求。     

一体化仿生结构压电MEMS水声传感器

为了实现水声传感器的低能耗、高灵敏度以及低成本批量制造,设计并制备了一种四螺旋梁集成拾振微球的一体化仿生压电微电子机械系统(MEMS)水声传感器.根据水母耳石触觉结构和水母身体回弹发电原理对该传感器进行仿生结构设计,并通过建模仿真确定其几何尺寸.利用溶胶-凝胶法制备了PbZr0.52Ti0.48O3 (PZT)压电薄膜...     

基于MEMS的V型硅电热执行器设计与制备

基于V型电热执行器执行力大、输出位移小的特点,设计了单个V型电热执行器,对其温度分布和位移进行理论计算及ANSYS有限元分析,并利用柔性杠杆原理设计了具有位移放大结构的阵列式V型电热执行器,采用微电子机械系统(MEMS)工艺在绝缘体上硅(SOI)片上完成V型电热执行器的制备,并搭建静态性能测试和动态性能测试平台.测试结...     

一种新型MEMS压阻式SiC高温压力传感器

提出采用SiC材料来构造特殊环境下使用的MEMS压阻式高温压力传感器。分析了国际上特种高温压力传感器发展的主流趋势和技术途径,根据该领域应用需求、SiC材料特点和成本的多方权衡,开发了压阻式SiC高温压力传感器。通过理论模型结合ANSYS软件进行敏感结构的仿真和设计,解决了SiC压力传感器加工工艺中材料刻蚀、耐高温金属化、敏感电阻制备等关键技术难点,最终加工形成SiC高温压力传感器芯片。经过高温带电测试,加工的SiC压力传感器能够在550℃的环境温度下、700 kPa压力范围内输出压力敏感信号,传感器非线性指标达到1.054%,芯片灵敏度为0.005 03 mV/kPa/V,证明了整套技术的有效性。     

新型MEMS可变光衰减器的微磁执行器

探讨了新型可变光衰减器－光纤横向偏移型MEMS可变光衰减器的微磁驱动方式，从理论上分析了微磁执行器设计时应遵从的原理，讨论和设计了微磁执行器的各个参数，新开发了结合使用正胶（AZ－4000系列）和负胶（SU－8系列）的UV－LIGA工艺：在制作了光纤定位槽的基片上溅射Cr/Cu作为电镀种子层，涂布正胶，紫外光刻得到电镀模具，电镀Cu和FeNi分别得到线圈的下层、中层和上层以及铁芯；在完成下层和中层后，分别进行一次负胶工艺以形成电绝缘层和后续结构的支撑平台，即涂布负胶覆盖较下层结构，光刻开出了通往较上一层的通道并使SU－8聚合、交联以满足性能要求。并运用该工艺实现了微磁执行器。     

电阻悬浮的MEMS热膜式气体流量传感器设计

设计了一种新型电阻悬浮结构的热膜式气体流量传感器,具有测量精度高、灵敏度好、抗压能力强、微加工工艺简单等特点。采用ANSYS软件对传感器芯片在不同流速下的温度场进行了有限元仿真,得出了上下游温差与流速的关系曲线。通过比较热膜电阻非悬浮与悬浮时的导热损失和压力分布,得到了将热膜电阻悬浮的流量传感器的性能要优于一般传感器的结论,其灵敏度为一般传感器的3.6倍。分析表明,传感器的响应时间仅为0.17 ms,比一般传感器快了好几倍;流速在0～0.5 m/s和0.5～2.5 m/s时,传感器输出信号都有较好的线性度,使其能够应用于小流量和大流量的测量当中;流道高度为150μm时,流量为0～2.7 L/h。根据工艺条件和仿真结果,确定了传感器芯片的结构尺寸和微加工工艺流程。     

MEMS热敏微流量传感器研究

采用标准MEMS工艺,设计并制造了一种Pt薄膜热式微流量传感器,并且以水和甲醇为工质,对该热式微流量传感器的工作特性进行了实验研究和数值模拟.结果表明,在50 μL/min～300μL/min的参数范围内,其工作曲线具有较好的线性测量特性,在薄膜高功率工作及采用小比热容的工作液时,传感器有更高的敏感性;结合理论分析与传热流动的数值模拟,研究了传感器的传热特性,模拟与实验吻合较好.该研究结果将为传感器设计封装的优化提供理论参考和依据.     

基于MEMS技术的电容式微型真空传感器

介绍了一种以MEMS技术为基础的电容式硅微真空传感器。该传感器主要采用p+硅自停止腐蚀技术和阳极键合技术制作,形成了玻璃-硅-玻璃的三明治结构。传感器的传感元是经过浓硼扩散的硼硅膜,方形硼硅膜的应用使传感器具有更高的灵敏度;感应耦合等离子体刻蚀硼硅膜引出金属电极的方法使传感器的制作更为简单。该真空微传感器具有结构简单、灵敏度高等优点,其尺寸为5mm×6.4mm。该真空传感器的测量范围为5×10-3～6×10-2Pa,其线性度为5.9%,灵敏度比较稳定。     

Fabrication of 3D MEMS toroidal microinductor for high temperature application

Based on Microelectromechanical systems (MEMS) technique and thick photoresist lithography technology, a new toroidal-type inductor for high temperature application has been successfully developed. In the fabrication process, heat-resistant materials are used, alumina as insulator and supporting materials instead of polyimide, heat resistant glass for underlay instead of normal glass, and copper for coil. The maximum inductance is 87 nH at 0.826 GHz and maximum of quality factor (Q-factor) is 4.63 at 0.786 GHz, at room temperature. With simulation of thermal deformation, it shows that the developed toroidal inductor can be suitable for high temperature application, from 300 to 700 °C.     

微机电光学电流传感器的设计

提出了一种检测50Hz交流电的微机电光学电流传感器。通过电磁学、微机电与光学方法说明了传感器的敏感原理与光学转换原理,结合工艺条件给出了器件的设计要求,并利用matlab软件模拟分析了传感器的仿真测试结果。计算表明,器件可以测试1~7.2kA的交流电,大电流下的灵敏度可达到0.01dB/A以上。     

MEMS传感器的封装

首先通过对MEMS封装所面临的挑战进行分析,提出了MEMS封装所需要考虑的一些问题。然后从芯片级、晶片级和系统级三个方面详细介绍了倒装焊、BGA、WLP、MCM和3D封装等先进的封装技术,并给出了一些应用这些封装方式对MEMS系统封装的实例。最后对MEMS和MEMS封装的走向进行了展望,并对全集成MEMS系统的封装进行了一些探讨。     

MEMS加速度传感器的原理及分析

主要介绍了五种目前常见的基于MEMS技术的加速度传感器,从物理结构的角度对这几种传感器的测量原理进行了分析,不但着重介绍了已经较为成熟且形成产业化的硅微电容式、压阻式、热电耦式加速度传感器,而且对目前较为前沿的光波导式加速度传感器也进行了一些分析和介绍。