我國傳感器技術(shù)發(fā)展?和科技攻關(guān)

        2000年6月12日，在國家科技部的組織下，"96-748傳感器技術(shù)研究"國家重點(diǎn)科技攻關(guān)項(xiàng)目進(jìn)行了項(xiàng)目驗(yàn)收。與

會(huì)專家聽取了項(xiàng)目實(shí)施組的"項(xiàng)目執(zhí)行自評(píng)估報(bào)告"后認(rèn)為，"96-748傳感器技術(shù)研究"經(jīng)過3年攻關(guān)已經(jīng)圓滿地完成國家

攻關(guān)項(xiàng)目規(guī)定的攻關(guān)目標(biāo)、考核目標(biāo)和研究內(nèi)容。本項(xiàng)目共計(jì)投入經(jīng)費(fèi)6642．37萬元，國家撥款2500萬元。投入科技

人員468人／年。通過3年的攻關(guān)，共計(jì)建成中試生產(chǎn)線12條，其中工程化課題建成中試生產(chǎn)線9條，新產(chǎn)品開發(fā)課題建

成中試生產(chǎn)線3條，使18個(gè)品種75個(gè)規(guī)格的新產(chǎn)品形成一定規(guī)模的中試生產(chǎn)；通過新產(chǎn)品開發(fā)，開發(fā)了力敏、磁敏、溫

度傳感器、壓力變送器、濕氣敏的51個(gè)品種86個(gè)規(guī)格的新產(chǎn)品，90％的成果進(jìn)行了批量或小批量生產(chǎn)并供應(yīng)市場。傳

感器的共性關(guān)鍵技術(shù)包括CAD技術(shù)、關(guān)鍵制造工藝、微機(jī)械加工技術(shù)、可靠性技術(shù)在生產(chǎn)中得到應(yīng)用，攻關(guān)產(chǎn)品的成品

率普遍提高10％以上，可靠性水平提高1-2個(gè)等級(jí)，建成傳感器實(shí)驗(yàn)室、試驗(yàn)基地5個(gè)；據(jù)不*統(tǒng)計(jì)，攻關(guān)3年累計(jì)銷

售各類傳感器1260多萬支，實(shí)現(xiàn)銷售收入14418多萬元，取得科研成果59項(xiàng)，總體水平達(dá)到國外九十年代中期的先進(jìn)水

平。獲得國家32項(xiàng)(其中獲得和受理發(fā)明11項(xiàng))，在國內(nèi)外各類期刊上發(fā)表學(xué)術(shù)論文和研究報(bào)告244篇，進(jìn)行技

術(shù)轉(zhuǎn)讓6項(xiàng)，取得較好的成績。

        "九五"傳感器科技攻關(guān)的指導(dǎo)思想是：一個(gè)目標(biāo)是提高傳感器的技術(shù)水平、可靠性水平和產(chǎn)業(yè)化程度。二個(gè)轉(zhuǎn)變是

向提高企業(yè)技術(shù)進(jìn)步轉(zhuǎn)變，向提高*轉(zhuǎn)變。三個(gè)結(jié)合是共性關(guān)鍵技術(shù)與應(yīng)用技術(shù)相結(jié)合，加快產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程；典

型產(chǎn)品開發(fā)與產(chǎn)品系列化相結(jié)合；滿足市場需要；科研開發(fā)與成果工程化相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)適度規(guī)模生產(chǎn)。

       通過攻關(guān)，在傳感器的關(guān)鍵制造工藝、新產(chǎn)品開發(fā)、科技成果的工程化等方面提高了我國傳感器的技術(shù)水平，促進(jìn)

了我國傳感器產(chǎn)業(yè)的形成，縮小了與*水平的差距。

2.在技術(shù)上，取得一批具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的成果
通過攻關(guān)，在技術(shù)上有所創(chuàng)新，取得一批具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的科技成果，主要是：

   (1)復(fù)旦大學(xué)發(fā)明的掩膜-無掩膜腐蝕工藝為*。不僅在實(shí)驗(yàn)上取得凸角處出現(xiàn)[311]面的基本規(guī)律，理論上也推

導(dǎo)出新的底面條件和新生底面深度和位置的公式，開創(chuàng)了用腐蝕技術(shù)制造微結(jié)構(gòu)的新工藝。利用KOH腐蝕液對(duì)于不同晶

面腐蝕速率的差異，在理論和工藝上解決了采用一次掩膜技術(shù)形成三維多層微機(jī)械結(jié)構(gòu)的工藝，多層結(jié)構(gòu)層差控制精度

在4／μm以內(nèi)，轉(zhuǎn)移平面的平整度優(yōu)于1／tm，受理一項(xiàng)發(fā)明。

   (2)清華大學(xué)研制成功一種基于石英諧振器應(yīng)變敏感效應(yīng)的數(shù)字式力與稱重傳感器。研究了敏感元件的力敏特性、諧振

器的能陷效應(yīng)與諧振頻率、諧波次數(shù)和結(jié)構(gòu)的關(guān)系，保證了良好的頻率穩(wěn)定性。研制了膠粘劑，解決了影響傳感器

蠕變和滯后性能的關(guān)鍵工藝，提高了傳感器性能指標(biāo)及合格率。在國內(nèi)外*開發(fā)了系列化的下游應(yīng)用產(chǎn)品——各類石

英電子衡器。取得6項(xiàng)實(shí)用新型、一項(xiàng)發(fā)明，受理4項(xiàng)發(fā)明。

   (3)哈爾濱理工大學(xué)研制成功了"新型本征半導(dǎo)電高分子壓力溫度雙參數(shù)傳感器"，合成聚省醌自由基高聚物，這是

一種壓敏系數(shù)和溫度系數(shù)*的高分子材料，過材料表面處理等技術(shù)制成傳感器，解決了油井高溫潛油泵的溫度和壓力

測量的難題。經(jīng)過檢索表明，新型本征高分子壓力溫度雙參數(shù)傳感器為*，已經(jīng)受理一項(xiàng)發(fā)明。

   (4)沈陽儀器儀表工藝研究所在國內(nèi)解決了擴(kuò)散硅力敏芯片溫度靈敏度自補(bǔ)償工藝。通過調(diào)整平面工藝的摻雜工藝

參數(shù)，實(shí)現(xiàn)了在-30-80C的全溫區(qū)內(nèi)，力敏芯片的靈敏度溫度漂移控制在5％o之內(nèi)，實(shí)現(xiàn)了擴(kuò)散硅力敏芯片的靈敏度溫

度自補(bǔ)償。

   (5)沈陽儀器儀表工藝研究所開發(fā)了高靈敏度InSb薄膜制備工藝，解決了高密度、高磁導(dǎo)率鐵氧體基底磨拋工藝，In、

Sb單質(zhì)蒸鍍工藝，敏感磨層微米級(jí)減薄工藝以及提高芯片靈敏度的摻雜工藝，研制的InSb薄膜完夠滿足制備高性

能磁敏元件的需要。取得了兩項(xiàng)實(shí)用新型和發(fā)明。

3.在開發(fā)上，使一批市場急需的傳感器實(shí)現(xiàn)批量生產(chǎn)

   "九五"國家傳感器科技攻關(guān)，對(duì)市場急需的傳感器新產(chǎn)品進(jìn)行了工程化研究和開發(fā)。通過國家支持、單位自籌、成果

轉(zhuǎn)讓、技術(shù)入股等方式，建成12條中試生產(chǎn)線，使一批科技含量較高的傳感器新產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)適度規(guī)模的中試生產(chǎn)，主要有

：

   (1)擴(kuò)散硅壓力傳感器實(shí)現(xiàn)了3kPa～60MPa量程范圍內(nèi)的多個(gè)品種和規(guī)格的批量生產(chǎn)，產(chǎn)品有：工業(yè)變送器用壓力傳

感器，智能變送器用多功能壓力傳感器，TO封裝和充油結(jié)構(gòu)的通用壓力傳感器。產(chǎn)品的性能指標(biāo)，包括短期穩(wěn)定性、長

期穩(wěn)定性、可靠性都達(dá)到國外同類產(chǎn)品的水平，開始批量供應(yīng)市場?？梢哉f，通過攻關(guān)，沈陽儀器儀表工藝研究所的擴(kuò)

散硅傳感器的制造工藝已經(jīng)成熟。并且在國內(nèi)實(shí)現(xiàn)采用微機(jī)械加工的基本工藝，批量生產(chǎn)各類擴(kuò)散硅壓力傳感器。

   (2)石英諧振稱重傳感器在清華大學(xué)研制成功，并開發(fā)成功1～15kg的各種電子衡器。多方投資1668萬元，在上海朝

輝壓力儀器有限公司，進(jìn)行批量中試生產(chǎn)，建成年產(chǎn)100萬支石英諧振稱重傳感器和20萬臺(tái)電子衡器的中試生產(chǎn)線，產(chǎn)

品大部分出口國外，2000年僅香港手提稱和配料稱的定單已有800萬美元，2000年預(yù)計(jì)達(dá)到3000萬元的銷售收入。取

得11項(xiàng)實(shí)用新型和發(fā)明。

   (3)華中理工大學(xué)研制成功高壓系列和低壓系列4個(gè)品種的過載保護(hù)PTC熱敏電阻，并以技術(shù)入股的方式(25％)，在武漢

高新技術(shù)開發(fā)區(qū)成立湖北中幫傳感器公司，投資980萬元，建立年產(chǎn)2000萬支的生產(chǎn)線，建成后產(chǎn)值將達(dá)到5000萬元。

同時(shí)，該技術(shù)在上海兆和公司進(jìn)行了1000萬支的中試生產(chǎn)，產(chǎn)品主要用于程控交換機(jī)和電機(jī)的過載保護(hù)。

   (4)中科院新疆物理所開發(fā)的小型和超小型NTC熱敏電阻在一致性、可靠性和性能價(jià)格比上與韓國、日本產(chǎn)品相當(dāng)，在

家電和糧庫行業(yè)占有較大的*。在新疆傳感器公司建成小型和超小型NTC熱敏電阻中試生產(chǎn)線，1999年的銷售數(shù)

量110萬支。

   (5)中科院合肥智能機(jī)械研究所開發(fā)的厚膜壓力傳感器，經(jīng)過工程化研究，在南京中旭微電子公司建成年產(chǎn)5萬支的厚膜

壓力傳感器中試生產(chǎn)線，壓力范圍為0．02～40MPa，產(chǎn)品在工業(yè)控制領(lǐng)域得到應(yīng)用。

   (6)在高溫壓力傳感器方面，開發(fā)了SiO、多晶硅、SiC三種高溫壓力傳感器。使硅壓阻壓力傳感器的工作溫區(qū)由-30～

80C拓展到22013，用于油井的高溫壓力測量。經(jīng)過油田使用證明，該三種高溫壓力傳感器性能良好，并出口國外。

   (7)高溫硅霍爾集成開關(guān)的研制成功，使硅集成霍爾開關(guān)的zui高工作溫度由120C提高到15013，并在南京中旭微電子

公司進(jìn)行批量生產(chǎn)，每年有10多萬支應(yīng)用于汽車點(diǎn)火器，效果良好。

   (8)低功耗和低濃度CO、S02、N02等氣體傳感器開發(fā)成功，在環(huán)保領(lǐng)域有廣闊的應(yīng)用前景，中科院長春應(yīng)用化學(xué)研

究所的科技成果已經(jīng)轉(zhuǎn)讓到中國臺(tái)灣茂發(fā)科技公司，進(jìn)行批量生產(chǎn)。

4.共性關(guān)鍵技術(shù)研究提高了傳感器行業(yè)的技術(shù)水平

   "九ti2"國家傳感器科技攻關(guān)，在共性關(guān)鍵技術(shù)方面，主要解決了傳感器CAD應(yīng)用技術(shù)，關(guān)鍵制造工藝技術(shù)，微機(jī)械

加工應(yīng)用技術(shù)和可靠性技術(shù)的研究，并在傳感器生產(chǎn)中得到應(yīng)用和推廣。

   (1)傳感器CAD設(shè)計(jì)應(yīng)用技術(shù)研究    使擴(kuò)散硅壓力傳感器、差壓傳感器、多功能壓力傳感器、加速度傳感器、霍爾磁

敏元件和應(yīng)變式傳感器實(shí)現(xiàn)了CAD設(shè)計(jì)。從應(yīng)力分析、版圖設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)分析、圖紙?jiān)O(shè)計(jì)都實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)化。設(shè)計(jì)結(jié)果在生

產(chǎn)工藝線得到實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，總符合率達(dá)到80％．力敏器件的平面工藝進(jìn)行計(jì)算機(jī)模擬，確定了平面工藝中擴(kuò)散、離子注入

、氧化、再擴(kuò)散等關(guān)鍵制造工藝的計(jì)算機(jī)模擬程序。提高了傳感器的設(shè)計(jì)水平和新產(chǎn)品的自主開發(fā)能力。

   (2)擴(kuò)散硅4"芯片生產(chǎn)工藝研究    在國內(nèi)實(shí)現(xiàn)擴(kuò)散硅傳感器用4"硅片工藝進(jìn)行生產(chǎn)，通過調(diào)整工藝參數(shù)，使硅壓阻傳

感器的靈敏度溫度漂移在-30-80℃的全溫區(qū)內(nèi)控制在0．5％FS之內(nèi)，實(shí)現(xiàn)了靈敏度溫度漂移免補(bǔ)償。通過傳感器性能

參數(shù)穩(wěn)定性的研究，使傳感器的100h短期穩(wěn)定性達(dá)到5ttV之內(nèi)，保證年長期穩(wěn)定性達(dá)到0．2％FS，達(dá)到國外同類產(chǎn)品

的先進(jìn)水平。批量生產(chǎn)的4"硅片的硅壓阻芯片，管芯zui小面積為1．2×1.2(mm)，合格率達(dá)85％．

   (3)InSb薄膜工藝技術(shù)研究    解決了用In、Sb單質(zhì)蒸鍍工藝，在磁性和非磁性基底上替代InSb單晶蒸鍍制作多晶膜的

工藝技術(shù)，降低了成本，提高了成品率。同時(shí)采用選擇性濕法刻蝕工藝，特別是InSb-Au歐姆接觸膜層的選擇性刻蝕工

藝制作電極。工藝成品率達(dá)到60％以上。用該InSb薄膜開發(fā)了3個(gè)品種13個(gè)規(guī)格的InSb霍爾元件，并進(jìn)行批量生產(chǎn)。

   (4)在新型氣濕敏超細(xì)粉料的研制方面，通過攻關(guān)，開發(fā)了Zr02-Y20，濕敏材料和NaSiCON固體電解質(zhì)材料，應(yīng)用這

些材料，研制了400C的高溫濕度傳感器和平面內(nèi)加熱式C02氣敏元件。

   (5)化學(xué)腐蝕、電化學(xué)腐蝕、Si-Si鍵合等微機(jī)械加212／12藝在傳感器批量生產(chǎn)中得到應(yīng)用。成功地應(yīng)用于10kPa～60

MPa傳感器的批量生產(chǎn)中，腐蝕硅膜片的zui小厚度達(dá)到10／tm，精度控制在10％之內(nèi)。目前，沈陽儀器儀表工藝研究所

擴(kuò)散硅壓力傳感器的敏感膜片全部由精密化學(xué)腐蝕、大片靜電封接、硅-硅鍵合等MEMS工藝完成。腐蝕和封接工藝的成

品率達(dá)75％．在國內(nèi)實(shí)現(xiàn)了擴(kuò)散硅壓力傳感器用微機(jī)械加TT藝進(jìn)行批量生產(chǎn)。

   (6)通過傳感器可靠性技術(shù)研究，完成了傳感器綜合應(yīng)力試驗(yàn)，制定了綜合應(yīng)力試驗(yàn)的技術(shù)規(guī)范，使PTC、NTC熱敏電

阻、擴(kuò)散硅壓力傳感器、InSb霍爾元件的可靠性壽命試驗(yàn)時(shí)間由1年左右縮短到1～2個(gè)月，可靠性試驗(yàn)技術(shù)有了較大的

提高。通過可靠性增長技術(shù)研究，使企業(yè)批量生產(chǎn)的DL93、SG75擴(kuò)散硅壓力傳感器、石英諧振稱重傳感器、PTC熱敏

電阻、NTC熱敏電阻、InSb霍爾元件、a-Fe203氣敏元件、廉價(jià)濕度傳感器的可靠性指標(biāo)提高1--2個(gè)數(shù)量級(jí)。