微机械技术在航天传感器技术中的运用分析

孙烨

（贵州工程应用技术学院，贵州 毕节　551700）

微机械技术在航天传感器技术中的运用分析

孙烨

（贵州工程应用技术学院，贵州 毕节551700）

微机械技术是一种新兴的机械工业技术，其有着智能化、微型化、分辨力高的特点，利用微机械技术能够开发出一批性能优良的传感器，在航天领域的应用十分广泛。基于以上，文章从微机械技术分析入手，探讨了微机械技术在航天传感器技术中的运用优势，并研究了微机械技术在航天传感器中的具体运用。

微机械技术；航天传感器技术；运用

1　微机械技术分析

利用微制造技术生产出的微型机构、传感器以及控制电路等、通信信号整合为一体的器件就称为微机械。微机械技术是一项系统性的技术，其不拘泥包括微机械技术、微电子技术，同时还涵盖了数学、光学、量子力学、电子学、仿生学等众多学科。从产品的角度来看，微机械技术指的是利用微制造技术所制造的微机械，包括集成性器件、系统等等。微机械技术以现代科学技术为基础，其属于纳米科学技术的范畴，是二十一世纪一项重要的技术，其在航空航天、国防、通信等各个领域都有着重要的作用。

2　微机械技术在航天传感器技术中的运用优势

（1）微型化、智能化。当前，航天武器型号呈现出机动性、小型化的发展趋势，例如小卫星、子弹头测控系统等，这就要求航天传感器更加微型化、智能化，采用传统技术制造的航天传感器重量较大（一般在50g～100g之间），要想实现其体积和重量的减小势必会影响传感器的性能。此外，航天传感器的智能化发展符合航天型号的发展需求和型号故障、安全检测的需求。微机械技术能够有效实现航天传感器的智能化、微型化需求，打破了传统技术制造传感器的限制和弊端。

（2）性价比高。微机械技术制造的产品性能十分优良，在制造航天微传感器的过程中，能够实现多元件批量化生产，这就有效实现了传感器制造的经济性。相较于传统技术制造的传感器来说，微传感器价格要低很多，当前，国外就已经出现了许多物美价廉的军用航天微传感器，且其市场推广效果十分良好。

（3）可靠性高。在制造航天传感器的过程中，一些敏感元件至关重要，传统技术在制造这些敏感元件主要通过手工操作，这就难免会出现一些人工失误，使得传感器一些关键元件的可靠性不高。利用微机械技术能够实现关键元件的批量生产，各项制造参数十分准确、稳定，有效提升了航天传感器的性能稳定性和可靠性。

3　微机械技术在航天传感器中运用的技术

（1）后工序工艺技术。航天微传感器后工序工艺技术主要包括两个方面：①穿线及密封技术：穿线及密封是织造航天微传感器的关键步骤，也是关键技术，其对于提升航天微传感器的性能、成品率以及降低成本等方面都有着重要的作用。在穿线及秘封的过程中，涉及到两种穿线方法，一种是横向穿线方法，首先利用掺杂多晶硅做出外引线，之后对其进行高温处理，温度一般设置为1100℃，在高温状态下，磷硅玻璃会流动从而将表面填平，之后对多晶硅和钝化层淀积，将引线孔开出，从而实现静电封接，通过横向穿线法能够将横向引线造成的不平整进行填平处理，另外一种则是纵向穿线法，在封接之前，用电火花开出引线孔，之后进行封接，用蒸镀并将欧姆接触电极刻出来，利用导电胶连接外引线，从而实现引线和密封；②真空密封：在真空环境下，静电封接很容易出现真空放电的问题，这就给真空密封带来了一定的难度，在封接之后难以达到真空要求。

（2）加工工艺技术。首先是深腐蚀加工工艺技术，传统的腐蚀方法有着一定局限性，容易出现侧向腐蚀的问题，难以实现深度腐蚀，在航天传感器的制造过程中，垂直壁的腐蚀深度要求达到10μm以上，这就需要依赖于深腐蚀加工工艺技术。当前主要的深腐蚀加工工艺技术主要有X紫外线光敏聚酰亚胺技术和等离子刻蚀垂直深槽技术，首先需要制作电镀磨具，之后对金属结构进行电镀。第二是表面加工技术，将硅片作为衬底，将多晶硅层制作成微机械结构，这就能够实现将集成电路和传感器在一个基片上进行制作，制作出的成品质量较小，且体积较小，制作成本较低，经济性良好。第三是体加工技术，相较于表面加工技术来说，体加工技术更加复杂，体加工技术能够保证机械性能良好，因此，在航天速度传感器的制造中，体加工技术应用广泛。

4　具体运用实例

（1）微机械谐振压力传感器。微机械谐振压力传感器有两种形式，一种是压力敏感膜片与谐振器的复合结构形式如图1所示，另外一种是振动膜结构形式，如图2所示。

图1　压力敏感膜片与谐振器复合结构

对于第一种形式来说，在压力敏感膜片的适当位置固定谐振器，在参考压力环境下进行密封，如果测量到压力出现变化，压力敏感膜片会出现变形，谐振器的刚度会随之变化，谐振器固有频率会出现变化，从而实现对压力的测量。

图2　振动膜结构

对于第二种形式来说，如果压力出现变化，振动膜会出现变形，从而引起固有频率的变化，通过对其固有频率的检测就能够实现对压力的测量。

（2）石英加速度传感器。石英加速度传感器利用了为机械加工技术，传感器厚度一般为124μm，自身的梁宽一般在5～8μm之间，自身的梁长一般为2mm，质量块的规格为2×2mm，探测器间隙一般为50μm，线圈厚度为3.5μm，采用掩膜蒸发来制造电机。

（3）角度传感器。通过LPCVD方法来在硅片上沉积多晶硅作下电机，之后要沉积一层S102层，将其作为牺牲层。将较厚的多晶硅作为悬浮结构，腐蚀牺牲层。在遇到恒定磁场或水平磁场，悬浮多晶硅会出现特殊角度，从而实现对电压形式的检测。

（4）热红外传感器。热红外传感器的制作集中使用率微机械技术，在悬臂上构成传感器的阵列，悬臂长度为3mm，悬臂厚度为10μm，悬臂宽度为440μm，将膜层设置在悬臂的自由端，保证膜层的吸收性能，将热电偶设置在悬臂的另外一端。在辐射环境下，传感器悬臂自由端会对热量进行吸收，同时悬臂能够传感热量，这样在悬臂另外一端的热电偶阵列就能够检测出热量。

5　结语

综上所述，文章简要分析了微机械技术，并探讨了其在航天传感器中的运用优势和运用技术，并例举了几个航天传感器的实例进行了具体的运用探讨，旨在为相关航天微传感器的研究提供参考。

［1］吕雪燕，刘国庆，陈荣明.微机械技术在航天传感器技术中的应用研究［J］.科技传播，2011，（5）.

［2］刘森，汤国建.微机械技术在航天传感器技术中的应用分析［J］.机电信息，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

孙烨（1991-），男，河南郸城人，大学本科，主要研究方向：机械设计制造及其自动化。