微機械技術在航天傳感器技術中的運用分析

孫燁

（貴州工程應用技術學院，貴州 畢節(jié)　551700）

微機械技術在航天傳感器技術中的運用分析

孫燁

（貴州工程應用技術學院，貴州 畢節(jié)551700）

微機械技術是一種新興的機械工業(yè)技術，其有著智能化、微型化、分辨力高的特點，利用微機械技術能夠開發(fā)出一批性能優(yōu)良的傳感器，在航天領域的應用十分廣泛。基于以上，文章從微機械技術分析入手，探討了微機械技術在航天傳感器技術中的運用優(yōu)勢，并研究了微機械技術在航天傳感器中的具體運用。

微機械技術；航天傳感器技術；運用

1　微機械技術分析

利用微制造技術生產(chǎn)出的微型機構、傳感器以及控制電路等、通信信號整合為一體的器件就稱為微機械。微機械技術是一項系統(tǒng)性的技術，其不拘泥包括微機械技術、微電子技術，同時還涵蓋了數(shù)學、光學、量子力學、電子學、仿生學等眾多學科。從產(chǎn)品的角度來看，微機械技術指的是利用微制造技術所制造的微機械，包括集成性器件、系統(tǒng)等等。微機械技術以現(xiàn)代科學技術為基礎，其屬于納米科學技術的范疇，是二十一世紀一項重要的技術，其在航空航天、國防、通信等各個領域都有著重要的作用。

2　微機械技術在航天傳感器技術中的運用優(yōu)勢

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

（2）性價比高。微機械技術制造的產(chǎn)品性能十分優(yōu)良，在制造航天微傳感器的過程中，能夠實現(xiàn)多元件批量化生產(chǎn)，這就有效實現(xiàn)了傳感器制造的經(jīng)濟性。相較于傳統(tǒng)技術制造的傳感器來說，微傳感器價格要低很多，當前，國外就已經(jīng)出現(xiàn)了許多物美價廉的軍用航天微傳感器，且其市場推廣效果十分良好。

（3）可靠性高。在制造航天傳感器的過程中，一些敏感元件至關重要，傳統(tǒng)技術在制造這些敏感元件主要通過手工操作，這就難免會出現(xiàn)一些人工失誤，使得傳感器一些關鍵元件的可靠性不高。利用微機械技術能夠實現(xiàn)關鍵元件的批量生產(chǎn)，各項制造參數(shù)十分準確、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　微機械技術在航天傳感器中運用的技術

（1）后工序工藝技術。航天微傳感器后工序工藝技術主要包括兩個方面：①穿線及密封技術：穿線及密封是織造航天微傳感器的關鍵步驟，也是關鍵技術，其對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，之后對其進行高溫處理，溫度一般設置為1100℃，在高溫狀態(tài)下，磷硅玻璃會流動從而將表面填平，之后對多晶硅和鈍化層淀積，將引線孔開出，從而實現(xiàn)靜電封接，通過橫向穿線法能夠將橫向引線造成的不平整進行填平處理，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，之后進行封接，用蒸鍍并將歐姆接觸電極刻出來，利用導電膠連接外引線，從而實現(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，在封接之后難以達到真空要求。

（2）加工工藝技術。首先是深腐蝕加工工藝技術，傳統(tǒng)的腐蝕方法有著一定局限性，容易出現(xiàn)側向腐蝕的問題，難以實現(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到10μm以上，這就需要依賴于深腐蝕加工工藝技術。當前主要的深腐蝕加工工藝技術主要有X紫外線光敏聚酰亞胺技術和等離子刻蝕垂直深槽技術，首先需要制作電鍍磨具，之后對金屬結構進行電鍍。第二是表面加工技術，將硅片作為襯底，將多晶硅層制作成微機械結構，這就能夠實現(xiàn)將集成電路和傳感器在一個基片上進行制作，制作出的成品質量較小，且體積較小，制作成本較低，經(jīng)濟性良好。第三是體加工技術，相較于表面加工技術來說，體加工技術更加復雜，體加工技術能夠保證機械性能良好，因此，在航天速度傳感器的制造中，體加工技術應用廣泛。

4　具體運用實例

（1）微機械諧振壓力傳感器。微機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合結構形式如圖1所示，另外一種是振動膜結構形式，如圖2所示。

圖1　壓力敏感膜片與諧振器復合結構

對于第一種形式來說，在壓力敏感膜片的適當位置固定諧振器，在參考壓力環(huán)境下進行密封，如果測量到壓力出現(xiàn)變化，壓力敏感膜片會出現(xiàn)變形，諧振器的剛度會隨之變化，諧振器固有頻率會出現(xiàn)變化，從而實現(xiàn)對壓力的測量。

圖2　振動膜結構

對于第二種形式來說，如果壓力出現(xiàn)變化，振動膜會出現(xiàn)變形，從而引起固有頻率的變化，通過對其固有頻率的檢測就能夠實現(xiàn)對壓力的測量。

（2）石英加速度傳感器。石英加速度傳感器利用了為機械加工技術，傳感器厚度一般為124μm，自身的梁寬一般在5～8μm之間，自身的梁長一般為2mm，質量塊的規(guī)格為2×2mm，探測器間隙一般為50μm，線圈厚度為3.5μm，采用掩膜蒸發(fā)來制造電機。

（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，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構，腐蝕犧牲層。在遇到恒定磁場或水平磁場，懸浮多晶硅會出現(xiàn)特殊角度，從而實現(xiàn)對電壓形式的檢測。

（4）熱紅外傳感器。熱紅外傳感器的制作集中使用率微機械技術，在懸臂上構成傳感器的陣列，懸臂長度為3mm，懸臂厚度為10μm，懸臂寬度為440μm，將膜層設置在懸臂的自由端，保證膜層的吸收性能，將熱電偶設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對熱量進行吸收，同時懸臂能夠傳感熱量，這樣在懸臂另外一端的熱電偶陣列就能夠檢測出熱量。

5　結語

綜上所述，文章簡要分析了微機械技術，并探討了其在航天傳感器中的運用優(yōu)勢和運用技術，并例舉了幾個航天傳感器的實例進行了具體的運用探討，旨在為相關航天微傳感器的研究提供參考。

［1］呂雪燕，劉國慶，陳榮明.微機械技術在航天傳感器技術中的應用研究［J］.科技傳播，2011，（5）.

［2］劉森，湯國建.微機械技術在航天傳感器技術中的應用分析［J］.機電信息，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，大學本科，主要研究方向：機械設計制造及其自動化。