微機(jī)械技術(shù)在航天傳感器技術(shù)中的運(yùn)用分析

孫燁

（貴州工程應(yīng)用技術(shù)學(xué)院，貴州 畢節(jié)　551700）

微機(jī)械技術(shù)在航天傳感器技術(shù)中的運(yùn)用分析

孫燁

（貴州工程應(yīng)用技術(shù)學(xué)院，貴州 畢節(jié)551700）

微機(jī)械技術(shù)是一種新興的機(jī)械工業(yè)技術(shù)，其有著智能化、微型化、分辨力高的特點(diǎn)，利用微機(jī)械技術(shù)能夠開發(fā)出一批性能優(yōu)良的傳感器，在航天領(lǐng)域的應(yīng)用十分廣泛?；谝陨希恼聫奈C(jī)械技術(shù)分析入手，探討了微機(jī)械技術(shù)在航天傳感器技術(shù)中的運(yùn)用優(yōu)勢(shì)，并研究了微機(jī)械技術(shù)在航天傳感器中的具體運(yùn)用。

微機(jī)械技術(shù)；航天傳感器技術(shù)；運(yùn)用

1　微機(jī)械技術(shù)分析

利用微制造技術(shù)生產(chǎn)出的微型機(jī)構(gòu)、傳感器以及控制電路等、通信信號(hào)整合為一體的器件就稱為微機(jī)械。微機(jī)械技術(shù)是一項(xiàng)系統(tǒng)性的技術(shù)，其不拘泥包括微機(jī)械技術(shù)、微電子技術(shù)，同時(shí)還涵蓋了數(shù)學(xué)、光學(xué)、量子力學(xué)、電子學(xué)、仿生學(xué)等眾多學(xué)科。從產(chǎn)品的角度來看，微機(jī)械技術(shù)指的是利用微制造技術(shù)所制造的微機(jī)械，包括集成性器件、系統(tǒng)等等。微機(jī)械技術(shù)以現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)為基礎(chǔ)，其屬于納米科學(xué)技術(shù)的范疇，是二十一世紀(jì)一項(xiàng)重要的技術(shù)，其在航空航天、國(guó)防、通信等各個(gè)領(lǐng)域都有著重要的作用。

2　微機(jī)械技術(shù)在航天傳感器技術(shù)中的運(yùn)用優(yōu)勢(shì)

（1）微型化、智能化。當(dāng)前，航天武器型號(hào)呈現(xiàn)出機(jī)動(dòng)性、小型化的發(fā)展趨勢(shì)，例如小衛(wèi)星、子彈頭測(cè)控系統(tǒng)等，這就要求航天傳感器更加微型化、智能化，采用傳統(tǒng)技術(shù)制造的航天傳感器重量較大（一般在50g～100g之間），要想實(shí)現(xiàn)其體積和重量的減小勢(shì)必會(huì)影響傳感器的性能。此外，航天傳感器的智能化發(fā)展符合航天型號(hào)的發(fā)展需求和型號(hào)故障、安全檢測(cè)的需求。微機(jī)械技術(shù)能夠有效實(shí)現(xiàn)航天傳感器的智能化、微型化需求，打破了傳統(tǒng)技術(shù)制造傳感器的限制和弊端。

（2）性價(jià)比高。微機(jī)械技術(shù)制造的產(chǎn)品性能十分優(yōu)良，在制造航天微傳感器的過程中，能夠?qū)崿F(xiàn)多元件批量化生產(chǎn)，這就有效實(shí)現(xiàn)了傳感器制造的經(jīng)濟(jì)性。相較于傳統(tǒng)技術(shù)制造的傳感器來說，微傳感器價(jià)格要低很多，當(dāng)前，國(guó)外就已經(jīng)出現(xiàn)了許多物美價(jià)廉的軍用航天微傳感器，且其市場(chǎng)推廣效果十分良好。

（3）可靠性高。在制造航天傳感器的過程中，一些敏感元件至關(guān)重要，傳統(tǒng)技術(shù)在制造這些敏感元件主要通過手工操作，這就難免會(huì)出現(xiàn)一些人工失誤，使得傳感器一些關(guān)鍵元件的可靠性不高。利用微機(jī)械技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)關(guān)鍵元件的批量生產(chǎn)，各項(xiàng)制造參數(shù)十分準(zhǔn)確、穩(wěn)定，有效提升了航天傳感器的性能穩(wěn)定性和可靠性。

3　微機(jī)械技術(shù)在航天傳感器中運(yùn)用的技術(shù)

（1）后工序工藝技術(shù)。航天微傳感器后工序工藝技術(shù)主要包括兩個(gè)方面：①穿線及密封技術(shù)：穿線及密封是織造航天微傳感器的關(guān)鍵步驟，也是關(guān)鍵技術(shù)，其對(duì)于提升航天微傳感器的性能、成品率以及降低成本等方面都有著重要的作用。在穿線及秘封的過程中，涉及到兩種穿線方法，一種是橫向穿線方法，首先利用摻雜多晶硅做出外引線，之后對(duì)其進(jìn)行高溫處理，溫度一般設(shè)置為1100℃，在高溫狀態(tài)下，磷硅玻璃會(huì)流動(dòng)從而將表面填平，之后對(duì)多晶硅和鈍化層淀積，將引線孔開出，從而實(shí)現(xiàn)靜電封接，通過橫向穿線法能夠?qū)M向引線造成的不平整進(jìn)行填平處理，另外一種則是縱向穿線法，在封接之前，用電火花開出引線孔，之后進(jìn)行封接，用蒸鍍并將歐姆接觸電極刻出來，利用導(dǎo)電膠連接外引線，從而實(shí)現(xiàn)引線和密封；②真空密封：在真空環(huán)境下，靜電封接很容易出現(xiàn)真空放電的問題，這就給真空密封帶來了一定的難度，在封接之后難以達(dá)到真空要求。

（2）加工工藝技術(shù)。首先是深腐蝕加工工藝技術(shù)，傳統(tǒng)的腐蝕方法有著一定局限性，容易出現(xiàn)側(cè)向腐蝕的問題，難以實(shí)現(xiàn)深度腐蝕，在航天傳感器的制造過程中，垂直壁的腐蝕深度要求達(dá)到10μm以上，這就需要依賴于深腐蝕加工工藝技術(shù)。當(dāng)前主要的深腐蝕加工工藝技術(shù)主要有X紫外線光敏聚酰亞胺技術(shù)和等離子刻蝕垂直深槽技術(shù)，首先需要制作電鍍磨具，之后對(duì)金屬結(jié)構(gòu)進(jìn)行電鍍。第二是表面加工技術(shù)，將硅片作為襯底，將多晶硅層制作成微機(jī)械結(jié)構(gòu)，這就能夠?qū)崿F(xiàn)將集成電路和傳感器在一個(gè)基片上進(jìn)行制作，制作出的成品質(zhì)量較小，且體積較小，制作成本較低，經(jīng)濟(jì)性良好。第三是體加工技術(shù)，相較于表面加工技術(shù)來說，體加工技術(shù)更加復(fù)雜，體加工技術(shù)能夠保證機(jī)械性能良好，因此，在航天速度傳感器的制造中，體加工技術(shù)應(yīng)用廣泛。

4　具體運(yùn)用實(shí)例

（1）微機(jī)械諧振壓力傳感器。微機(jī)械諧振壓力傳感器有兩種形式，一種是壓力敏感膜片與諧振器的復(fù)合結(jié)構(gòu)形式如圖1所示，另外一種是振動(dòng)膜結(jié)構(gòu)形式，如圖2所示。

圖1　壓力敏感膜片與諧振器復(fù)合結(jié)構(gòu)

對(duì)于第一種形式來說，在壓力敏感膜片的適當(dāng)位置固定諧振器，在參考?jí)毫Νh(huán)境下進(jìn)行密封，如果測(cè)量到壓力出現(xiàn)變化，壓力敏感膜片會(huì)出現(xiàn)變形，諧振器的剛度會(huì)隨之變化，諧振器固有頻率會(huì)出現(xiàn)變化，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)壓力的測(cè)量。

圖2　振動(dòng)膜結(jié)構(gòu)

對(duì)于第二種形式來說，如果壓力出現(xiàn)變化，振動(dòng)膜會(huì)出現(xiàn)變形，從而引起固有頻率的變化，通過對(duì)其固有頻率的檢測(cè)就能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)壓力的測(cè)量。

（2）石英加速度傳感器。石英加速度傳感器利用了為機(jī)械加工技術(shù)，傳感器厚度一般為124μm，自身的梁寬一般在5～8μm之間，自身的梁長(zhǎng)一般為2mm，質(zhì)量塊的規(guī)格為2×2mm，探測(cè)器間隙一般為50μm，線圈厚度為3.5μm，采用掩膜蒸發(fā)來制造電機(jī)。

（3）角度傳感器。通過LPCVD方法來在硅片上沉積多晶硅作下電機(jī)，之后要沉積一層S102層，將其作為犧牲層。將較厚的多晶硅作為懸浮結(jié)構(gòu)，腐蝕犧牲層。在遇到恒定磁場(chǎng)或水平磁場(chǎng)，懸浮多晶硅會(huì)出現(xiàn)特殊角度，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)電壓形式的檢測(cè)。

（4）熱紅外傳感器。熱紅外傳感器的制作集中使用率微機(jī)械技術(shù)，在懸臂上構(gòu)成傳感器的陣列，懸臂長(zhǎng)度為3mm，懸臂厚度為10μm，懸臂寬度為440μm，將膜層設(shè)置在懸臂的自由端，保證膜層的吸收性能，將熱電偶設(shè)置在懸臂的另外一端。在輻射環(huán)境下，傳感器懸臂自由端會(huì)對(duì)熱量進(jìn)行吸收，同時(shí)懸臂能夠傳感熱量，這樣在懸臂另外一端的熱電偶陣列就能夠檢測(cè)出熱量。

5　結(jié)語

綜上所述，文章簡(jiǎn)要分析了微機(jī)械技術(shù)，并探討了其在航天傳感器中的運(yùn)用優(yōu)勢(shì)和運(yùn)用技術(shù)，并例舉了幾個(gè)航天傳感器的實(shí)例進(jìn)行了具體的運(yùn)用探討，旨在為相關(guān)航天微傳感器的研究提供參考。

［1］呂雪燕，劉國(guó)慶，陳榮明.微機(jī)械技術(shù)在航天傳感器技術(shù)中的應(yīng)用研究［J］.科技傳播，2011，（5）.

［2］劉森，湯國(guó)建.微機(jī)械技術(shù)在航天傳感器技術(shù)中的應(yīng)用分析［J］.機(jī)電信息，2011，（12）.

The Application of Micro Mechanical Technology in Aerospace Sensor Technology

SUN Ye
（Guizhou University of Engineering Science，Bijie，Guizhou 551700，China）

Micro mechanical technology is a new technology of mechanical industry，it has characteristics of intelligent，miniaturization，and high resolution high，it is widely used in the aerospace field.Based on the above，the article starts from the analysis of micro mechanical technology，discusses theadvantages of micro mechanical technology in space sensor technology，andstudies the application of micro mechanical technology in aerospace sensors.

micro mechanical technology；aerospace sensor technology；application

TP211.4

A

2095-980X（2016）04-0027-02

2016-03-06

孫燁（1991-），男，河南鄲城人，大學(xué)本科，主要研究方向：機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化。