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我国传感器技术发展和科技攻关

2015-10-30 [1203]

我国传感器技术发展?和科技攻关


        2000年6月12日,在国家科技部的组织下,"96-748传感器技术研究"国家重点科技攻关项目进行了项目验收。与

会专家听取了项目实施组的"项目执行自评估报告"后认为,"96-748传感器技术研究"经过3年攻关已经圆满地完成国家

攻关项目规定的攻关目标、考核目标和研究内容。本项目共计投入经费6642.37万元,国家拨款2500万元。投入科技

人员468人/年。通过3年的攻关,共计建成中试生产线12条,其中工程化课题建成中试生产线9条,新产品开发课题建

成中试生产线3条,使18个品种75个规格的新产品形成一定规模的中试生产;通过新产品开发,开发了力敏、磁敏、温

度传感器、压力变送器、湿气敏的51个品种86个规格的新产品,90%的成果进行了批量或小批量生产并供应市场。传

器的共性关键技术包括CAD技术、关键制造工艺、微机械加工技术、可靠性技术在生产中得到应用,攻关产品的成品

普遍提高10%以上,可靠性水平提高1-2个等级,建成传感器实验室、试验基地5个;据不完全统计,攻关3年累计销

售各类传感器1260多万支,实现销售收入14418多万元,取得科研成果59项,总体水平达到国外九十年代中期的先进水

平。获得国家32项(其中获得和受理发明11项),在国内外各类期刊上发表学术论文和研究报告244篇,进行技

术转让6项,取得较好的成绩。

        "九五"传感器科技攻关的指导思想是:一个目标是提高传感器的技术水平、可靠性水平和产业化程度。二个转变是

向提高企业技术进步转变,向提高市场占有率转变。三个结合是共性关键技术与应用技术相结合,加快产业化进程;典

产品开发与产品系列化相结合;满足市场需要;科研开发与成果工程化相结合,实现适度规模生产。

       通过攻关,在传感器的关键制造工艺、新产品开发、科技成果的工程化等方面提高了我国传感器的技术水平,促进

我国传感器产业的形成,缩小了与世界先进水平的差距。

2.在技术上,取得一批具有自主知识产权的成果
通过攻关,在技术上有所创新,取得一批具有自主知识产权的科技成果,主要是:

   (1)复旦大学发明的掩膜-无掩膜腐蚀工艺为*。不仅在实验上取得凸角处出现[311]面的基本规律,理论上也推

出新的底面条件和新生底面深度和位置的公式,开创了用腐蚀技术制造微结构的新工艺。利用KOH腐蚀液对于不同晶

面腐蚀速率的差异,在理论和工艺上解决了采用一次掩膜技术形成三维多层微机械结构的工艺,多层结构层差控制精度

在4/μm以内,转移平面的平整度优于1/tm,受理一项发明。

   (2)清华大学研制成功一种基于石英谐振器应变敏感效应的数字式力与称重传感器。研究了敏感元件的力敏特性、谐振

的能陷效应与谐振频率、谐波次数和结构的关系,保证了良好的频率稳定性。研制了胶粘剂,解决了影响传感器

蠕变和滞后性能的关键工艺,提高了传感器性能指标及合格率。在国内外*开发了系列化的下游应用产品——各类石

英电子衡器。取得6项实用新型、一项发明,受理4项发明。

   (3)哈尔滨理工大学研制成功了"新型本征半导电高分子压力温度双参数传感器",合成聚省醌自由基高聚物,这是

种压敏系数和温度系数极高的高分子材料,过材料表面处理等技术制成传感器,解决了油井高温潜油泵的温度和压力

测量的难题。经过检索表明,新型本征高分子压力温度双参数传感器为*,已经受理一项发明。

   (4)沈阳仪器仪表工艺研究所在国内解决了扩散硅力敏芯片温度灵敏度自补偿工艺。通过调整平面工艺的掺杂工艺

数,实现了在-30-80C的全温区内,力敏芯片的灵敏度温度漂移控制在5%o之内,实现了扩散硅力敏芯片的灵敏度温

度自补偿。

   (5)沈阳仪器仪表工艺研究所开发了高灵敏度InSb薄膜制备工艺,解决了高密度、高磁导率铁氧体基底磨抛工艺,In、

Sb单质蒸镀工艺,敏感磨层微米级减薄工艺以及提高芯片灵敏度的掺杂工艺,研制的InSb薄膜完够满足制备高性

能磁敏元件的需要。取得了两项实用新型和发明。

3.在开发上,使一批市场急需的传感器实现批量生产

   "九五"国家传感器科技攻关,对市场急需的传感器新产品进行了工程化研究和开发。通过国家支持、单位自筹、成果

转让、技术入股等方式,建成12条中试生产线,使一批科技含量较高的传感器新产品实现适度规模的中试生产,主要有

   (1)扩散硅压力传感器实现了3kPa~60MPa量程范围内的多个品种和规格的批量生产,产品有:工业变送器用压力传

感器,智能变送器用多功能压力传感器,TO封装和充油结构的通用压力传感器。产品的性能指标,包括短期稳定性、长

期稳定性、可靠性都达到国外同类产品的水平,开始批量供应市场。可以说,通过攻关,沈阳仪器仪表工艺研究所的扩

散硅传感器的制造工艺已经成熟。并且在国内实现采用微机械加工的基本工艺,批量生产各类扩散硅压力传感器。

   (2)石英谐振称重传感器在清华大学研制成功,并开发成功1~15kg的各种电子衡器。多方投资1668万元,在上海朝

压力仪器有限公司,进行批量中试生产,建成年产100万支石英谐振称重传感器和20万台电子衡器的中试生产线,产

品大部分出口国外,2000年仅香港手提称和配料称的定单已有800万美元,2000年预计达到3000万元的销售收入。取

得11项实用新型和发明。

   (3)华中理工大学研制成功高压系列和低压系列4个品种的过载保护PTC热敏电阻,并以技术入股的方式(25%),在武汉

高新技术开发区成立湖北中帮传感器公司,投资980万元,建立年产2000万支的生产线,建成后产值将达到5000万元。

同时,该技术在上海兆和公司进行了1000万支的中试生产,产品主要用于程控交换机和电机的过载保护。

   (4)中科院新疆物理所开发的小型和超小型NTC热敏电阻在一致性、可靠性和性能价格比上与韩国、日本产品相当,在

家电和粮库行业占有较大的市场份额。在新疆传感器公司建成小型和超小型NTC热敏电阻中试生产线,1999年的销售数

量110万支。

   

   (5)中科院合肥智能机械研究所开发的厚膜压力传感器,经过工程化研究,在南京中旭微电子公司建成年产5万支的厚膜

压力传感器中试生产线,压力范围为0.02~40MPa,产品在工业控制领域得到应用。

   

   (6)在高温压力传感器方面,开发了SiO、多晶硅、SiC三种高温压力传感器。使硅压阻压力传感器的工作温区由-30~

80C拓展到22013,用于油井的高温压力测量。经过油田使用证明,该三种高温压力传感器性能良好,并出口国外。

   (7)高温硅霍尔集成开关的研制成功,使硅集成霍尔开关的zui高工作温度由120C提高到15013,并在南京中旭微电子

进行批量生产,每年有10多万支应用于汽车点火器,效果良好。

   (8)低功耗和低浓度CO、S02、N02等气体传感器开发成功,在环保领域有广阔的应用前景,中科院长春应用化学研

究所的科技成果已经转让到中国台湾茂发科技公司,进行批量生产。

4.共性关键技术研究提高了传感器行业的技术水平

   "九ti2"国家传感器科技攻关,在共性关键技术方面,主要解决了传感器CAD应用技术,关键制造工艺技术,微机械

加工用技术和可靠性技术的研究,并在传感器生产中得到应用和推广。

   (1)传感器CAD设计应用技术研究    使扩散硅压力传感器、差压传感器、多功能压力传感器、加速度传感器、霍尔磁

敏元和应变式传感器实现了CAD设计。从应力分析、版图设计、结构分析、图纸设计都实现计算机化。设计结果在生

产工艺线得到实验验证,总符合率达到80%.力敏器件的平面工艺进行计算机模拟,确定了平面工艺中扩散、离子注入

、氧化、再扩散等关键制造工艺的计算机模拟程序。提高了传感器的设计水平和新产品的自主开发能力。

   (2)扩散硅4"芯片生产工艺研究    在国内实现扩散硅传感器用4"硅片工艺进行生产,通过调整工艺参数,使硅压阻传

感器灵敏度温度漂移在-30-80℃的全温区内控制在0.5%FS之内,实现了灵敏度温度漂移免补偿。通过传感器性能

参数稳定性的研究,使传感器的100h短期稳定性达到5ttV之内,保证年长期稳定性达到0.2%FS,达到国外同类产品

的先进水平。批量生产的4"硅片的硅压阻芯片,管芯zui小面积为1.2×1.2(mm),合格率达85%.

   (3)InSb薄膜工艺技术研究    解决了用In、Sb单质蒸镀工艺,在磁性和非磁性基底上替代InSb单晶蒸镀制作多晶膜的

工艺术,降低了成本,提高了成品率。同时采用选择性湿法刻蚀工艺,特别是InSb-Au欧姆接触膜层的选择性刻蚀工

艺制作电极。工艺成品率达到60%以上。用该InSb薄膜开发了3个品种13个规格的InSb霍尔元件,并进行批量生产。

   (4)在新型气湿敏超细粉料的研制方面,通过攻关,开发了Zr02-Y20,湿敏材料和NaSiCON固体电解质材料,应用这

些材料,研制了400C的高温湿度传感器和平面内加热式C02气敏元件。

   (5)化学腐蚀、电化学腐蚀、Si-Si键合等微机械加212/12艺在传感器批量生产中得到应用。成功地应用于10kPa~60

MPa传感器的批量生产中,腐蚀硅膜片的zui小厚度达到10/tm,精度控制在10%之内。目前,沈阳仪器仪表工艺研究所

扩散硅压力传感器的敏感膜片全部由精密化学腐蚀、大片静电封接、硅-硅键合等MEMS工艺完成。腐蚀和封接工艺的成

品率达75%.在国内实现了扩散硅压力传感器用微机械加TT艺进行批量生产。

   (6)通过传感器可靠性技术研究,完成了传感器综合应力试验,制定了综合应力试验的技术规范,使PTC、NTC热敏电

阻、扩散硅压力传感器、InSb霍尔元件的可靠性寿命试验时间由1年左右缩短到1~2个月,可靠性试验技术有了较大的

提高。通过可靠性增长技术研究,使企业批量生产的DL93、SG75扩散硅压力传感器、石英谐振称重传感器、PTC热敏

电阻、NTC热敏电阻、InSb霍尔元件、a-Fe203气敏元件、廉价湿度传感器的可靠性指标提高1--2个数量级。