Обзор основных инструментов контроля качества

44 08.03-32.204 Современные возможности емкостных МЭМС акселерометров при жестких условиях эксплуатации. Current capabilities of MEMS capacitive accelerometers in a harsh environment / Stauffer Jean-Michel // IEEE Aerosp. and Electron. Syst. Mag. - 2006 21. - № 11. - с. 29-32

Рассмотрена общая тенденция к применению технологии изготовления МЭМС датчиков, отвечающих требованиям эксплуатации в жестких условиях окружающей среды (при низких отрицательных и высоких температурах, ударах, вибрациях). Приведены сведения о МЭМС датчиках с противоударной стойкостью более 20 000 g и рабочим диапазоном температур от -120 до 180°C. Представлены результаты экономического анализа международного рынка МЭМС, прогнозируется его состояния до 2008 г. включительно. Особое внимание уделено применению новых материалов и новых технологий.

45 08.01-32.177 Высокочувствительный микроакселерометр МАС (Разработка и применение): Докл. [13 Санкт-Петербургская международная конференция по интегрированным навигационным системам, Санкт-Петербург, 29-31 мая, 2006_] / Хвойка М., Федоссов В. // Гироскопия и навигация. - 2006. - № 3. - с. 108.

Описывается метод неконсервативного измерения ускорения в реальном масштабе времени на борту космического корабля. Представлена разработка специального инструмента измерения - микроакселерометра - его блок-схема, концепция управления и применение в космических исследовательских программах.

2007

46 Микроэлектронные датчики. Разработка и проектирование / Михайлов П.Г., Варламов А.В. // Датчики и системы - 2007. - № 8. - с.23-26

Рассмотрены состояние и перспективы развития микроэлектронных датчиков (МЭД), определены возможные сферы применения. Предложена декомпозиция структуры МЭД, позволяющая рассматривать датчик как сложную систему. Определены основные этапы проектирования и их особенности.

47 Управление электрофизическими характеристиками микроэлектронных датчиков. Цибизов П. Н. Информационно-измерительная техника: Межвузовский сборник научных трудов. Пенз. гос. ун-т. Пенза: ПГУ. 2007, с. 155-160

Рассматриваются вопросы применения полевых компенсирующих преобразователей при создании стабилизированных структур твердотельных микроэлектронных датчиков.

48 Микромеханика в информационных системах. Михайлов П. Г., Харлан А. А., Михайлова В. П. Труды Международной научно-технической конференции (Computer-Based Conference) "Современные информационные технологии"', Пенза, 2007. Вып. 6. Пенза: ПГТА. 2007, с. 52-56.

Одним из самых перспективных и динамических направлений приборостроения является создание микромех. устройств и систем (ММУС). Как показали исследования и практика создания микроэлектронных датчиков (МЭД), наведенные в узлах и элементах ММУ при их изготовлении механические напряжения, оказывают существенное влияние на метрологические и эксплуатационные характеристики МЭД. Это проявляется: в значительном и не прогнозируемом временном и температурном дрейфе характеристик, снижении механической прочности и уменьшении информативности выходных сигналов. Для минимизации механических напряжений в структурах и элементах МЭД разработаны и апробированы на практике различные конструктивно-технологические решения: автокомпенсация тепловых напряжений в кристаллах чувствительных элементов МЭД топологическими методами; многостадийная диффузия; ионное легирование; использование стоп-травления.

49 Разработка технологических процессов изготовления микромеханического датчика (ММД) давления ёмкостного типа. Бритков О. М., Бойко А. Н.., Золотов Р. В. Элементы микросистемной техники, оборудование и технология их производства: Сборник научных трудов. Моск. гос. ин-т электрон. техн. (техн. ун-т). М.: МИЭТ 2007, с. 37-41.

Рассмотрены вопросы проектирования и изготовления микромеханических датчиков давления. По измеряемой величине датчики давления делятся на датчики избыточного давления, вакуума, дифференциального, абсолютного давления.

50 Минимизация влияния нестационарных температур на МЭМС-структуры тонкопленочных тензорезисторных датчиков. Белозубов Е. М., Косоротов Г. Н., Белазубова Я. Е. Труды Международной научно-технической конференции (Computer- Basted Conference) "Современные информационные технологии", Пенза, 2007. Вып. 6. Пенза: ПГТА. 2007, с. 70-74.

Разработаны компенсационный метод и средства минимизации влияния, оказываемого нестационарными полями температур термодеформацией на определенность измерения давления с помощью мостового тензометрического датчика. Предложена МЭМС структура тонкопленочного датчика давления, содержащая терморезисторы, которые частично расположены между мембранной и сформированными на мембране тензорезисторами мостовой схемы, а частично -- вне соответствующих тензорезисторов. При такой структуре температура терморезисторов с высокой точностью отслеживает температуру тензорезисторов вследствие малого термического сопротивления между тензорезисторами и терморезисторами. Изменение сопротивления терморезисторов oт температуры совместно с выходным сигналом тензомоста подается на вход микропроцессора, в котором запрограммирована индивидуальная корреляционная характеристика выходного сигнала тензомоста и сопротивлений терморезисторов.

51 Минимизация влияния повышенных температур и виброускорений на МЭМС-структуры тонкоплёночных датчиков давления. Белозубов Е. М., Белозубова Н. Е., Васильев В. A. INTERMATIC - 2007: Материалы Международной научно-практической конференции "Фундаментальные проблемы радиоэлектронного приборостроения", Москва, 23-27 окт., 2007. Ч. 2. М.: МИРЭА. 2007, с. 73-77.

Экспериментальные исследования МЭМС-структур, выполненных в соответствии с предлагаемыми решениями, показали, что виброустойчивость таких МЭМС-структур, выше возможностей имеющихся вибростендов (20000 м/с2). МЭМС-структуры емкостных тонкоплёночных датчиков давления при использовании молибден-никелевых контактных площадок и выводных проводников из сплава 79НМ, работоспособны до температуры 1000°С. Возможно увеличение рабочей температуры при использовании более тугоплавких материалов. Традиционные методы построения МЭМС-структур обеспечивают работоспособность при температурах не более 350°С. В соответствии с предложенными методами и средствами построения МЭМС-структур тонкопленочных датчиков можно присоединять выводные проводники к тонкоплёночным контактным площадкам практически любой реальной толщины. Кроме того, преимуществом предлагаемых решений, по сравнению с известными методами построения МЭМС-структур, является возможность присоединения к контактным площадкам выводных проводников существенно большей толщины, что позволяет использовать их непосредственно в качестве гермовыводов. Причём все соединения осуществляются из материалов, не содержащих драгметаллы.

52 Малогабаритные датчики давления жидкости / Еманов Андрей // Новости электрон. - 2007. - № 4. - с. 20-21.

Малогабаритные пьезорезистивные датчики давления жидкости в индустриальном исполнении производства подразделения компании Honeywell-SenSym, применяются во многих высокотехнологичных отраслях производства. Их отличают широкий диапазон измеряемых величин и рабочих температур, прецизионная точность измерения, разнообразие корпусных исполнений и возможность работы в агрессивных средах.

53 Новейшие датчики : Пер. с англ. / Джексон Р. Г. - М. : Техносфера, 2007. - 381 с.

Стремительный рост разработок и применения датчиков на основе ранее не использовавшихся физ. принципов и внедрения новых технологий для реализации известных эффектов стимулирует появление современных руководств. В учебнике-монографии изложены многие недавно сформировавшиеся или обновившиеся направления сенсорики, включая измерительную микромеханику, датчики на ПАВах, оптические, ионизационные и магнитные, хим. микросенсоры, оптико-волоконные и интеллектуальные измерительные системы, расходометрию для нестационарных потоков и ряд других.

54 Микроэлектронные датчики. Разработка и проектирование / Михайлов П.Г., Варламов А.В. // Датчики и системы - 2007. - № 8. - с.23-26

Рассмотрены состояние и перспективы развития микроэлектронных датчиков (МЭД), определены возможные сферы применения. Предложена декомпозиция структуры МЭД, позволяющая рассматривать датчик как сложную систему. Определены основные этапы проектирования и их особенности.

55 МЭМС - здесь, там, везде. Большие рынки малых устройств /Гольцова М., Юдинцев В. // Электроника: Наука, Технология, Бизнес - 2007. - № 1. - с.114-119

Рассмотрены крупнейшие фирмы-производители МЭМС-приборов. Указываются области применения микроэлектромеханических систем. Изделия на базе МЭМС становятся предметами повседневной жизни.

56 Состояние, проблемы и пути развития датчикостроения на 2006-2015 гг. / Мокров Е. // Электронные компоненты - 2007. - № 3. - с.64-71

Проведен анализ тенденций развития датчико-преобразующей аппаратуры. С учетом результатов исследований и рекомендаций институтов РАН определены приоритетные направления разработок ДПА нового поколения, в том числе в рамках Федеральной космической программы и программы «Датчики ВВТ».

57 Микромеханические приборы: учебное пособие / Распопов В.Я. - М.: Машиностроение, 2007. - 400с.

В книге рассмотрены микродатчики давления, микроакселерометры и др. Приведена их конструкция, фирмы-изготовители. Рассмотрены чувствительные элементы микродатчиков.

Из реферативных журналов "Метрология и измерительная техника"

58 09.02-32.57 Контроль и диагностика микроэлектронных датчиков / Михайлов П. Г., Михайлова В. П. // Проблемы автоматизации и управления в технических системах : Труды Международной научно-технической конференции, Пенза, 17-19 апр., 2007. - Пенза, 2007, с. 107-111.

Рассмотрены методы диагностики сенсорных элементов и структур микроэлектронных датчиков (МЭД). Предложены средства диагностики, предназначенные для контроля электрофизических характеристик МЭД. Дано описание устройства для испытания полупроводниковых чувствительных элементов (ПЧЭ) и измерительных модулей МЭД. Показано, что диагностическая информация при исследовании ПЧЭ на таком устройстве снимается с контактных площадок кристалла с помощью зондов установки Зонд-А4, на которую монтируется испытательное устройство с широкими функциональными возможностями. Приведены примеры комплексных испытаний унифицированного измерительного модуля МЭД относительного давления и профилированных кристаллов ПЧЭ МЭД давлений.

59 09.01-32.261 Совершенствование датчиков давления методом идентичных тензоэлементов / Мокров Е. А., Белозубов Е. М., Белозубова Н. Е. // Мир измерений. - 2007. - № 8. - с. 6-10.

Разработан метод синтеза МЭМС-структур тонкопленочных тензорезисторных датчиков давления (ТТДД) с минимизированным влиянием нестационарных температур, заключающийся в выполнении тензирезисторов в виде равномерно распределенных идентичных тензоэлементов, соединенных низкоомными перемычками, и размещении тензоэлементов в зонах одинаковых температур на упругом элементе. Рассмотрена модель МЭМС-структуры ТТДД с идентичными тензоэлементами в виде квадратов. Показано, что разработанный метод помимо минимизации влияния нестационарных температур обеспечивает повышение чувствительности (или перегрузочной способности к измеряемому давлению) вследствие размещения тензоэлементов в зоне макс. деформаций, а также повышение рассеиваемой мощности и стабильности ТТДД.

60 09.06-32.47 MEMS/MST в современной технике на примере автомобильной и авиастроительной индустрии. MEMS/MST in moderner Technik am Beispiel von Automobil- und Luftfahrtindustrie / Belaev W. // Galvanotechnik. - 2007. - 98. - № 5. - с. 1260-1268.

Отмечено, что рынок MST (микросистемная техника)/MEMS (микромашины и микроэлектромеханич. системы) растет начиная с 2002 г. на 18% ежегодно. В основном, системы MTS/MEMS используются в системах управления и безопасности автомобиля. С их помощью изготавливаются следующие (наиболее перспективные) изделия: ускорительный сенсор для динамич. управления автомобилем или самолетом, сенсор давления для трансмиссий, тормозов, вскрыскавающих систем, сенсор наклона для динамич. управления автомобилем, сенсор регистрации положения коленчатого вала и педалей, сенсор влажности в автомобильных климатич. установках, сенсор, определяющий удаление от препятствия, и др.

61 07.08-32.165П Интегральный микромеханический гироскоп-акселерометр: Пат. 229338 Россия, МПК7 G 01 P15/14, G01 C19/56. ГОУ ВПО “Таганрогский гос. радиотехн. ун-т” (ТРТУ), Лысенко И.Е. №2005128680/28; Заявл. 14.09.2005; Опубл. 10.02.2007

Изобретение относится к микросистемной технике, а более конкретно к интегральным измерительным элементам величин угловой скорости и ускорения.

62 07.08-32.166П Микромеханический акселерометр прямого преобразования: Пат 2297008 Россия, МПК8. гос. ун-т. Малютин Д.М., Располов В.Я., Грязев Б.В., Малютина М.Д. № 2006100854/28; Заявл. 10.01.2006; Опубл. 10.04.2007

Изобретение предназначено для использования чувствительного элемента в системах ориентации, стабилизации, наведения навигации.

63 08.10-32.110 Особенности разработки микроэлектромеханических систем. Polymer MEMS processing for multi-user applications. Sameoto Dan, Tsang See-Ho, Parameswaran M. Sens. And Actuators. A. 2007 134. - №2. - c. 457-464.

Предложен способ разработки микроэлектромех. систем с элементами из полимерных материалов.

64 08.10-32.245 Проектирование электростатического левитационного микромеханического акселерометра. Liu Yunfeng, Ding Henggao, Dong Jingxin. Qinghua daxue xuebao, Ziran kexue ban=J. Tsinghua Univ. Sci. And Technol. 2007. 47. - №2. - с.181-185.

Представлен микромеханический акселерометр (ММА), действующий по принципу электростатической левитации. Акселерометр, содержащий слоистый датчик, функционирует на основе емкостного позиционного детектирования и управления электростатической левитацией.

65 08.11-32.245 Инерционный измерительный модуль на микромеханических чувствительных элементах. Боронахин А.М., Бохман Е.Д., Грунский А.О., Лукьянов Д.П., Филипеня Н.С. Навигация и управление движением : Материалы 8 Конференции молодых учёных: 1 этап, Санкт-Петербург,14-16 марта,2006; 2 этап, Санкт-Петербург (в Интернете), 1 июня - 31 окт.,2006; 3 этап, Санкт-Петербург,25-29 сент.,2006. Спб: ЦНИИ «Электроприбор»,2007, с. 118-124.

Приводится описание инерциального измерительного модуля на базе микрогироскопов и микроакселерометров фирмы Analog Devices, результаты калибровки, алгоритм функционирования, а также описание схемы построения интегрированной сист. на базе оптимального фильтра Калмана.

66 09.12-32.228 Точная модель МЭМС-акселерометра на основе использования зависимостей нелинейной регрессии. Nonlinear regresion model of a low-g MEMS accelerometer. Ang Wei Tech, Khosla Pradeep K., Reviere Cameron N. IEEE Sens. J. 2007. 7. - №1-2. - c. 81-88.

Предложена точная модель для двухосного акселерометра с малыми пределами измерения на основе использования техники нелинейной регрессии.

67 09.12-32.262 Разработка микроакселерометра. A 2-DOF convectives micro accelerometer with a low thernal stress sensing element. Dao Van Thanh, Dao Dzung Viet, Sigiyama Susumu. Smart Mater. and Struct. 2007.16. - № 6. - с. 2308-2314.

Университетом Рицумейкан (Япония) разработан микроакселерометр конвекционного типа с двумя степенями свободы.

2008

68 Уменьшение влияния термоэлектрических явлений в МЭМС-структурах на выходной сигнал тонкоплёночных тензорезисторных датчиков давления. /Белозубов Е. М., Белозубова Н. Е., Васильев В. А. // Приборы и системы: Упр., контроль, диагност. 2008. - № 1. - с. 27-30.

Рассмотрены термоэлектрические явления, возникающие в МЭМС-струк-турах тонкоплёночных тензорезисторных датчиков давления (ТТДД). Построена модель неинформативного преобразования термо-ЭДС в выходной сигнал МЭМС-структур ТТД с идентичными тензоэлементами. Описаны методы уменьшения влияния термоэлектрических явлений на выходной сигнал ТТДД. Разработаны рекомендации по совершенствованию МЭМС-структур ТТДД, работающих в условиях воздействия нестационарных температур (термоудара).

69 Повышение точности микроэлектронных преобразователей давления на основе структур КНС. /Козлов А.И., Мартынов Д.Б., Пирогов А.В., Стучебников В.М. // Материалы X Международной научно-практической конференции "Энергоресурсосбережение. Диагностика", Димитровград, 2008, с.159-168

Проблема повышения точности измерительных преобразователей физических величин постоянно сопутствует развитию науки, промышленности, транспорта и других отраслей экономики. В последнее время требования к точности преобразователей давления особенно возросли. Промышленная группа "Микроэлектронные датчики "(ПГ МИДА) специализируется на разработке и производстве преобразователей и датчиков давления на основе структур "Кремний на сапфире" (КНС). За 17 лет своей деятельности она прошла путь от датчиков давления МИДА-01П класса 1,0 и 0,5 до датчиков МИДА-13П класса 0,15-0,5 и преобразователей давления с точностью 0,05-0,1% и в настоящее время работает над преобразователями с точностью 0,01%.

70 Микроэлектронные датчики абсолютного давления. / Данилова Н., Панков В., Суханов В. // Электроника: Наука, Технология, Бизнес - 2008. - №2. - с. 52-53

Рассмотрена конструкция датчиков абсолютного давления на базе кремниевого преобразователя давления. Приведены основные параметры тензомодулей. Преобразователи абсолютного давления - тензомодули серий ТДМ-А и ТДМ1-А на базе интегральных преобразователей давления мембранного типа, предназначенные для неагрессивных газовых сред, рассчитаны на диапазоны давлений с верхним пределом измерения от 0,01 до 10 МПа.

Из реферативных журналов "Метрология и измерительная техника"

71 09.02-32.484 Новые тенденции в технологии МЭМС-датчиков для применений в жестких внешних условиях / Ниева П. // Датчики и системы. - 2008. - № 5. - с. 38-46.

Сенсорные системы на основе технологий МЭМС и НЭМС, способные работать при высоких температурах, в агрессивных средах и/или под воздействием сильной радиации, весьма перспективны для применений в жестких внешних условиях. Они позволяют снизить вес, повысить надежность и уменьшить стоимость изделий в ключевых сегментах рынка, таких как автомобилестроение, авионика, промысловая геофизика и ядерная энергетика. Дан обзор последних достижений в области МЭМС- и НЭМС-датчиков для жестких условий с акцентом на материалы и устройства. Особое внимание уделено работе датчиков при высоких температурах. Применительно к таким устройствам рассматриваются широкозонные полупроводниковые материалы для высокотемпературных применений.

72 10.03-32.245 Микроэлектромеханические системы тонкопленочных датчиков давления для высоких температур и виброускорений / Белозубов Е. М., Белозубова Н. Е., Васильев В. А. // Автоматиз. и соврем. технол. - 2008. - № 10. - с. 27-30.

Представлен анализ методов построения микроэлектромеханических систем тонкопленочных датчиков давления и выявлены их характерные недостатки. Предложен метод построения этих систем, обеспечивающий соединение выводных проводников с тонкими токопроводящими пленками без сварки, который заключается в деформации выводного проводника в пределах упругости путем его сдавливания между пленкой и дополнительно введенным элементом в виде пластины определенной конфигурации и закреплении элемента.

73 10.09-32.19 МЭМС: большие рынки малых устройств / Гольцова М. М., Юдинцев В. А. // Нано- и микросистем. техн. - 2008. - № 4. - с. 9-13.

Рассмотрены состояние и перспективы развития микроэлектромех. систем (МЭМС), причины, препятствующие реализации МЭМС-технологии и развитию рынка МЭМС-устройств, и пути их преодоления. МЭМС стали достаточно малогабаритными, дешевыми и прочными, чтобы завоевать мир бытовой электроники. Датчики перемещений, МЭМС-микросхемы микрофонов, гироскопов и акселерометров находят спрос у изготовителей сотовых телефонов, цифровых фотокамер, игровых приставок, портативных компьютеров. Уже в 2007 году доля МЭМС для бытовой аппаратуры составила 9% от мирового рынка МЭМС (доля устройств для средств связи - 10%, периферийных устройств компьютеров - 24%). В последующие годы, согласно прогнозам экспертов, доля МЭМС, предназначенных для бытовой аппаратуры, возрастет до 22%.

74 10.09-32.114 Микроэлектронные датчики, состояние и перспективы развития / Михайлов П. Г., Домкин К. И., Шариков М. В. // Труды Международной научно-технической конференции "Современные информационные технологии", Пенза, 2008. Вып. 7. - Пенза, 2008, с. 35-37.

Выявлены следующие перспективные конструктивно-технол. направления развития микроэлектронных датчиков: использование в чувствительных элементах композитных полупроводниковых структур (кремний на диэлектрике, пьезопленка сформированная на полупроводнике или изоляторе и т. д.); применение высокотемпературных полупроводников и полупроводниковых соединений (алмаз, карбид кремния, арсенид галлия); использование в технол. процессах высокоэнергетических технол. операций (ионная имплантация, обработка ионными пучками, плазменное травление и т. д.); многофункциональность измерений, при которых МЭД одновременно измеряет различные параметры (давление и температуру, давление и вибрации, концентрацию и состав различных газов или жидких сред и пр.); внедрение при создании МЭД микро- и наномех. конструкций и технологий - нового научно-техн. направления, возникшего за последнее десятилетие.

75 10.02-32.187 Микроминиатюрные системы позиционирования на основе микромеханических акселерометров и гироскопов для нашлемных систем целеуказаний и индикации / Ачильдиев В. М., Грузевич Ю. К., Солдатенков В. А., Рязанов С. С. // Вестн. МГТУ. Сер. Приборостр. - 2008. - № 4. - с. 56-64, 125.

Дана оценка современного уровня российских и зарубежных разработок нашлемных систем целеуказания и индикации, а также систем позиционирования на основе микрогироскопов и микроакселерометров.Разработан и изготовлен образец, и приведены результаты экспериментальных исследований.

76 10.03-32.180 Методы проектирования систем на основе MEMS-устройств: датчик ускорения. Streamlining the design of MEMS devices: an acceleration sensor / Tan Tran Duc, Roy Sebastien, Thuy Nguyen Phu, Huynh Huu Tue // IEEE Circuits and Syst. Mag. - 2008. - 8, № 1, с. 18-27. - Англ.

Проанализированы основные тенденции развития методов проектирования систем на основе MEMS-устройств. Разработана схема датчика ускорения. Схема соединения узлов позволяла сконструировать компактный акселерометр. Разработана схема размещения плоскостей измерения.

77 09.12-32.319 Нелинейность давления микрообработанных пьезорезистивных датчиков давления с тонкими мембранами при высоких остаточных механических напряжениях. Pressure nonlinearity of micromachined piezoresistive pressure sensors with thin diaphragms under high residual stresses. Chiou Albert J., Chen Steven. Sens. and Actuators. A. 2008. 147. - № 1. - с. 332-339

Рассмотрена значимость проблемы тепловых остаточных напряжений при функционировании МЭМС датчиков давления. В частности, диапазон эл. напряжений и нелинейность давления, характеризующие выходной сигнал эл. напряжения чувствительного элемента давления, в значительной мере зависят от остаточных механических напряжений пассивных пленок на кремниевой мембране. Исследованы методы устранения нелинейности измеряемого давления при наличии остаточных механических напряжений в нитриде кремния и тонкопленочных мембранах с целью реализации его соответствия установленному критерию нелинейности при проектировании (±3 % при температуре 25°С). Измерена кривизна подложек, вычислено остаточное механическое напряжение пленок. Для определения окна оптимизации при проектировании линейных датчиков давления использован усовершенствованный метод конечных элементов с корреляцией эксперим. значений нелинейности измеряемого давления.

78 10.06-32.192 Исследование амплитудно-частотных и нелинейных характеристик микроакселерометров: Тез.[10 Конференция молодых ученых _І Навигация и управление движением І, Санкт-Петербург, 11-14 марта, 2008] / Шевченко С. Ю. // Гироскопия и навигация. - 2008. - № 2. - с. 103.

Показана возможность снятия амплитудно-частотной и исследования нелинейности и выходной характеристик микромеханических акселерометров в гравитационном поле Земли с использованием разработанной мини-центрифуги МЦ-01. Приводятся результаты экспериментальных исследований и предложены модели основных погрешностей, возникающих при реализации динамических методов измерений. Для акселерометров серии ADXL получены значения масштабного коэффициента, коэф. нелинейных искажений (клирфактор) и амплитудно-частотной характеристики.

79 10.06-32.194 Математическая модель микромеханического акселерометра с реверсивной системой терморегулирования на термобатареях Пельтье: Тез. _[10 Конференция молодых ученых _І Навигация и управление движением_І, Санкт-Петербург, 11-14 марта, 2008_] / Барулина М. А., Джашитов В. Э. // Гироскопия и навигация. - 2008. - № 2. - с. 102.

Объектом исследования является разрабатываемый в НИИФИ г. Пенза прецизионный микромех. акселерометр, функционирующий в условиях сложных нестационарных температурных воздействий, находящихся в широком диапазоне (от -65 до +65°C) и имеющих распределенные источники тепловыделения внутри датчика. Целью работы является создание мат. модели микромех. акселерометра с реверсивной системой терморегулирования. Для разработки мат. модели использовался модифицированный метод тепловых балансов и законы хладопроизводства и тепловыделения термобатарей Пельтье. На основе построенной математической модели создан программный комплекс для компьютерного моделирования и визуализации результатов экспериментов. Компьютерное моделирование показало, что применение предложенной системы терморегулирования позволяет, при энергопотреблении не превышающем единиц Ватт, поддерживать температуру чувствительного элемента с точностью не хуже 20 0С при различных видах температурных воздействий.

80 10.09-32.256 Исследование микромеханических акселерометров на основе имитационных моделей: Докл. _[6 Республиканская научно-техническая конференция молодых специалистов _ІЭлектроника, электромеханика и электротехнологии_І (ЭМС-08), Чебоксары, 7-8 окт., 2008_] / Архипов А. В. // Тр. Акад. электротехн. наук Чуваш. Респ. - 2008. - № 1. - с. 116.

В качестве измерителей углов наклона широко используются датчики линейного ускорения - акселерометры. Наиболее современными являются интегральные датчики, изготавливаемые на кристалле кремния, по технологии iMEMS (интегрированные микроэлектромех. системы). Рассмотрены: основные виды погрешностей микромех. акселерометров, способы их компенсации; имитационные модели коррекции микромех. акселерометров компании Analog Devices, построенные в системе Maltlab. Проведен анализ результатов теор. расчетов и реально полученных характеристик микромех. акселерометров, приведены результаты, полученные при помощи имитационной модели коррекции MEMS акселерометров, построенной в системе Matlab.

81 10.10-32.58 МЭМС в автоматизации // Датчики и системы. - 2008. - № 4. - с. 63-65.

Микроэлектромеханические системы (МЭМС) воплощают в себе новейшую полупроводниковую технологию, охватывающую подвижные элементы и электронику в единой микросхеме. Среди МЭМС-датчиков наибольшее влияние на промышленную автоматизацию оказали датчики давления и инерциальные датчики, такие как акселерометры и гироскопы. Применение технологии МЭМС особенно эффективно в промышленных роботах, поскольку ее можно использовать в тактильных датчиках, навигации или датчиках зазора.

2009

82 Новые акселерометры компании STMicroelectronics. / Юдин А. // Компоненты и технологии - 2009. - №2. - с. 28-31

В статье рассматриваются основные характеристики и особенности новых датчиков ускорения движения (акселерометров) компании STMicroelectronics, а также возможные области их применения.

83 МЭМС-технологии. Простое и доступное решение сложных системных задач. / Сысоева С. // Электроника: Наука, Технология, Бизнес - 2009. - № 7. - с. 80-89

В статье рассмотрены достоинства МЭМС-технологий. Приведены способы изготовления МЭМС: объемная и поверхностная микрообработка. Рассмотрены классы корпусов МЭМС-элементов, области применения акселерометров и рекомендации по выбору.

84 Датчики давления МИДА для систем коммерческого учета энергоносителей / Стучебников В.М. // Датчики и системы - 2009. - № 4. - с.38-40

Представлен ряд датчиков давления серии МИДА, разработанный промышленной группой МИДА. Рассмотрены особенности и технические характеристики этих датчиков.

85 Тонкопленочные микроэлектромеханические системы. Классификация и обобщенные системные модели датчиков давления на их основе /Белозубов Е.М., Белозубова Н.Е., Васильев В.А. // Датчики и системы - 2009. - № 3. - с. 6-11

Рассмотрены тонкопленочные тензорезисторные и емкостные микроэлектромеханические системы (МЭМС), предложена их классификация, представлены обобщенные системные модели тонкопленочных емкостных датчиков давления при их использовании в качестве чувствительных элементов соответствующих МЭМС.

86 МЭМС-датчики движения от STMicroelectronics: акселерометры и гироскопы / Джафер Меджахед // Электронные компоненты - 2009. - № 12. - с.53-57

Большая популярность МЭМС-акселерометров и гироскопов обусловлена их широким потенциалом для использования как в бытовой, так и в промышленной технике. МЭМС-датчики широко применяются и в автомобильной промышленности для управления подушками безопасности, и в охранной сигнализации, в навигационных системах для исчисления пройденного пути или определения маршрута следования. С 2008 г. компания STMicroelectronics занимает лидирующие позиции в производстве МЭМС-датчиков движения для портативной и бытовой электроники, охранных, автомобильных и навигационных систем.

Из реферативных журналов "Метрология и измерительная техника"

87 10.04-32.464 Технология микроэлектромеханических систем / Тосиеси Е. // Seisan kenkyu = Mon. J. Inst. Ind. Sci. Univ. Tokyo. - 2009. - 61. - № 3. - с. 176.

88 10.03-32.238П Микроэлектронный датчик абсолютного давления и чувствительный элемент абсолютного давления: Пат. 2362133 Россия, МПКG 01 L 9/04 (2006.01)H 01 L 29/84 (2006.01) / Данилова Н. Л., Панков В. В., Суханов В. С.; Гос. Учрежд. Науч.-произв. комплекс Технол. центр Моск. Гос. ин-та электрон. техники. - № 2007148423/28; Заявл. 27.12.2007; Опубл. 20.07.2009

Изобретение относится к измерительной технике и предназначено для обеспечения высокоточного измерения абсолютного давления в широком диапазоне температур и давлений. Техн. результатом изобретения является обеспечение защиты микроэлектронного датчика от воздействия окружающей среды, а также повышение его надежности, работоспособности и стабильности.

89 10.06-32.176 STMicroelectronics-мировой лидер в производстве датчиков движения / Райхман А. // Новости электрон. - 2009. - № 2. - с. 31.

Интегральные акселерометры, гироскопы и датчики перемещения, входящие в эту группу, основаны на MEMS-технологиях и применяются в производстве портативной и бытовой электроники и др. Большая популярность MEMS-акселерометров и гироскопов обусловлена широким полем использования как в бытовой так и индустриальной технике. Приведены краткие технические характеристики нескольких приборов, выпускаемых компанией.

90 10.09-32.106 Первичные преобразователи для микродатчиков ускорения и давления на алмазных материалах / Алтухов А. А., Митягин А. Ю., Могучев А. В., Митягина А. Б. // Технол. и конструир. в электрон. аппаратуре. - 2009. - № 4. - с. 27-29, 63.

Описана методика расчета и эксперим. способ определения основных параметров микродатчиков. Рассчитанные значения емкости первичных преобразователей датчиков хорошо согласуются с эксперим. значениями. Установлено, что емкость практически линейно зависит от измеряемого параметра

91 10.12-32.205 Поликремниевый МЭМС-акселерометр для измерения ударных ускорений. Результаты экспериментальных исследований и математического моделирования. Polysilicon MEMS accelerometers exposed to shocks: numerical-experimental investigation / Ghisi Aldo, Kalicinski Stanislaw, Mariani Stefano, De Wolf Ingrid, Corigliano Alberto // J. Micromech. and Microeng. : Structures, Devices and Systems. - 2009. - 19, № 3. - С. 035023/1-035023/12.

Разработан пьезорезисторный акселерометр для измерения ударных ускорений с пьезорезисторами из поликристаллического кремния, изготавливаемый по технологии микроэлектромеханических систем (МЭМС). Исследования характеристик акселерометра производились при измерениях ударных ускорений в пределах 90-5500 g. Проводилось математическое моделирование акселерометра как прибора с двумя степенями свободы, основной целью которого являлось определение его динамических характеристик. Поскольку характеристика преобразования акселерометра была нелинейной и между результатами экспериментальных и теоретических исследований существовали небольшие расхождения, было получено удовлетворительное совпадение основных свойств, связанных с его передаточной характеристикой, которые определялись результатами экспериментальных и теоретических исследований. Акселерометр сохранял свою работоспособность при перегрузках ударными импульсными ускорениями в 100 раз превышающими наибольшие измеряемые ускорения.

2010

92 Микроэлектронные датчики физических величин на основе МЭМС-технологий / Козин С., Федулов А., Пауткин В., Баринов И. // Компоненты и технологии - 2010. - № 1. - с.24-27

В статье приводятся примеры реализации разработанных в ОАО «НИИФИ» конструктивно-технологических решений (КТР) объемных кремниевых микроэлектромеханических структур (МЭМС). МЭМС необходимы при создании широкой номенклатуры микроэлектронных датчиков физических величин для ракетно-космической техники и общепромышленного применения.

93 Русская Ассоциация МЭМС - шаг вперед на пути развития МЭМС-технологий в России / Урманов Д. М. // Датчики и системы - 2010. - № 10. -с.73-75

В статье рассказывается о создании в России Русской Ассоциации МЭМС, ее деятельности и расширении связей между российскими специалистами-разработчиками МЭМС-технологий и их зарубежными партнерами.

94 Новые МЭМС-датчики STMicroelectronics / Староверов К. // Новости электроники - 2010. - № 6. - с.24-26

С 2008 г. компания STMicroelectronics (STM), занимает лидирующие позиции в производстве МЭМС-датчиков движения. Успех компании связан с передовыми рабочими характеристиками их продукции, которые дополняются малыми габаритами, простой применения, экономичностью и адекватной стоимостью. Ассортимент МЭМС-датчиков компании STM преимущественно составляют акселерометры и гироскопы, позволяющие контролировать параметры линейных и угловых перемещений, соответственно.

95 Ключевые сегменты рынка МЭМС-компонентов. Акселерометры /Сысоева С. // Компоненты и технологии - 2010. - № 3. - с. 20-26

В статье приводится обзор новых компонентов, применений, технологий MEMS. Среди МЭМС-компонентов сегодня доминируют датчики инерции, комбинированное использование в которых многих достижений технологий дает возможность производителям компонентов и оборудования предлагать разработчикам не только более гибкую архитектуру устройств (в сравнении с традиционной ASIC-моделью), но и улучшать их свойства. Компании демонстрируют свои новые MEMS-продукты, характеризующиеся постоянно повышающимися рабочими характеристиками, что и объясняет их массовую экспансию на различные сегменты рынка.

Статистический анализ полученных результатов.

Рисунок 1 - Общее количество статей по годам

Рисунок 2 - Количество статей в журналах, посвященных рассмотрению микроэлектронных датчиков механических величин



Рисунок 3 - Количество статей авторов, занимающихся рассмотрением микроэлектронных датчиков механических величин

Современные датчики как источники информации определяют качество информационно-измерительных приборов и систем, управляющих сложными производственно-технологическими объектами. Из многих тысяч физических величин, подлежащих контролю и измерению, особенно востребованы следующие: давление (абсолютное давление и разность, пульсация давления, акустическое давление, абсолютное давление, избыточное давление, дифференциальное давление); температура; ускорение линейное и угловое, вибрация, удары; перемещение линейное и угловое, обороты; расход объемный и массовый4 уровень; деформации, сила, крутящий момент. Анализ развития датчиков и приборов на их основе показывает, что возможности выполнения задач, решаемых различными видами техники, в значительной степени зависят от эффективности использования датчиков. В будущем эта зависимость увеличится с ростом потребности в получении больших объемов высококачественной информации и развитием технологии датчиков в направлении повышения их функциональных возможностей.

Проведем анализ полученных результатов.

Из рисунка 1 видим, что наибольшее количество статей, посвященных рассмотрению микроэлектронных датчиков механических величин, было в 2005 и 2007 годах.

Из рисунка 2 видим, что наибольшее количество статей, посвященных рассмотрению микроэлектронных датчиков механических величин, было опубликовано в журнале «Датчики и системы».

Из рисунка 3 видим, что Михайлов П.Г. является автором наибольшего числа статей, посвященных рассмотрению микроэлектронных датчиков механических величин.

Приложение Б. Доклад «Анализ научной периодической печати по разделу «Микроэлектронные сенсоры. Перспективы развития»»

Датчики - это устройства, преобразующие входной сигнал или физическое воздействие в электрический сигнал. Под микроэлектронными датчиками (МЭД) в современных технических системах обычно подразумевают ряд датчиков (сенсоров), изготавливаемых групповыми методами микроэлектронной технологии. Микроэлектронные датчики в сравнении с традиционными датчиками обладают расширенными функциональными возможностями.

Современный датчик должен иметь малые габариты и массу, высокую чувствительность, хорошую температурную стабильность и возможность предоставления выходной информации в цифровом виде.

Широкие возможности микроэлектронных технологий дали мощный импульс развитию микроэлектромеханических систем нового класса приборов, интенсивно развивающихся в последнее десятилетие.

Микроэлектромеханические системы (МЭМС) - небольшие устройства, объединенные с полупроводниковыми приборами и сочетающие характеристики электронных схем и механических компонентов, - появились на рынке в 80-е годы прошлого столетия, хотя принцип их построения был предложен еще в 50-е годы. Но только сейчас они, наконец, нашли широкий спрос. Об этом свидетельствует тот факт, что в 2005 году общий объем средств, вложенных в развитие МЭМС и микросистем, превысил 1 млрд. долл.

Обычно указывают 7-8 направлений областей применения микроэлектромеханических систем: автомобильная техника, аэрокосмическая техника, бытовая техника, средства обеспечения безопасности, индустриальные системы, медицинская техника, техника телекоммуникаций.

Уже сейчас современный автомобиль трудно представить без МЭМС-акселерометров, отвечающих за активацию подушек безопасности. Датчики давления применяются в автомобильной и авиационной технике, в компьютерных джойстиках и сложном навигационном оборудовании космических станций используют гироскопы с применением МЭМС-технологий, применяя микрозеркала, создают дисплеи и оптические коммутаторы.

Быстрое развитие МЭМС-технологий во многом объясняется их ключевыми достоинствами - миниатюрностью, функциональностью, надежностью, малым энергопотреблением, простотой интегрирования, востребованностью практически всеми рынками электроники.

Сегодня ежегодные объемы продаж изделий микроэлектроники превышают 200 млрд. долл., компонентов на основе МЭМС - примерно 10 млрд. долл. Объем продаж на мировом рынке в 2011 году достигнет 10 млрд. долл. Уже сегодня поставляемые на рынок компоненты характеризуются высоким уровнем технологии. Производство МЭМС расширяется, возникают новые области применения, особенно в медицине и промышленности.

Технологии МЭМС непрерывно развиваются, совершенствуются методы производства и измерений. Сегодня МЭМС изготавливаются по технологии либо объемной, либо поверхностной обработки. Объемная микрообработка- это расширенная микроэлектронная технология, позволяющая изготавливать трехмерные МЭМС на кремниевой подложке с помощью анизотропного травления кремния с использованием в качестве масок пленок SiO2, Si3N4, хрома, золота. Недостаток этого метода - зависимость геометрии микроструктуры от кристаллической структуры подложки. Поэтому для формирования МЭМС-системы проводят либо глубокое анизотропное сухое травление (например, реактивное травление газовой плазмой), либо соединяют две подложки (кремниевую с кремниевой или кремниевую со стеклянной), на каждой из которых изготовлена МЭМС-структура и микросхема. Это позволяет создавать более сложные трехмерные МЭМС-элементы.

Поверхностная микрообработка позволила с меньшими усилиями создавать более сложные, многокомпонентные интегрированные МЭМС-структуры, формируемые в слоях жертвенного материала, и явилась значительным технологическим достижением. Подложка в основном служит механической основой, на которую осаждаются слои структурного и жертвенного материала. Жертвенный материал после создания требуемой структуры удаляется с помощью химического растворителя, освобождая подвижный элемент. Наиболее широко в качестве структурного материала используется поликремний, в качестве жертвенного материала - SiO2. После создания МЭМС-структуры к ней с помощью стандартной полупроводниковой технологии могут быть добавлены электронные устройства.

Альтернативой микрообработке является технология микролитья, в процессе которого микроструктуры формируются с помощью литейных форм только там, где нужны, без последующего травления. Для получения подвижного элемента МЭМС-структуры достаточно лишь удалить форму.

Одна из популярных технологий формирования МЭМС- структур предусматривает последовательное проведение процессов литографии, гальванопокрытия и микролитья. Эта технология, известная под названием LIGA (Lithographie, Galvanoformung und Abformung), позволяет создавать трехмерные структуры с высоким аспектным соотношением, используя разнообразные материалы - металлы, полимеры, керамику, стекло.

Компания VTI Technologies реализовала новый принцип построения интегрированных МЭМС/КМОП-систем, получивших название кристалл-на-МЭМС (Chip-on-МЭМС, CoM). Согласно этой технологии, МЭМС и специализированная микросхема изготавливаются на отдельных подложках, что позволяет провести их полные испытания до объединения. Важное достоинство предложенной технологии - уменьшение размера МЭМС-датчика на одну треть по сравнению с размером существующих устройств. Площадь МЭМС/КМОП-датчика, выполненного по CoM-технологии, составляла всего 4 мм2, толщина - 1 мм.

Для изготовления современных миниатюрных электронных устройств перспективна и технология монтажа бескорпусных кристаллов на печатной плате (Chip-on-Board, CoB).

Совмещение CoM- и CoB-технологий обеспечивает большую гибкость и лучшую приспособляемость производственного процесса к конструктивным изменениям, предоставляет больше возможностей контроля и исправления ошибок.

Сегодня МЭМС объединяют с наноэлектромеханическими системами, что позволяет расширять их применение, прежде всего в биосистемах, радиочастотных устройствах и акселерометрах. В результате на смену традиционно используемым в полупроводниковой технологии операциям фотолитографии и травления приходит более дешевый метод - наноимпринтлитография. Наноимпринтлитография проще в исполнении, чем традиционная фотолитография, не требует сложной оптики, применения опасных химических веществ, мощных источников питания, позволяет работать с широким диапазоном фоторезистов и создавать трехмерные структуры. Благодаря стремительному развитию эта технология уже позволяет получать рисунки с минимальными размерами менее 10 нм.

Давление -- одна из самых важных измеряемых переменных в системах управления, промышленности, биомедицинских исследованиях, поэтому датчики давления -- наиболее широко используемые первичные преобразователи физических величин.

По виду измеряемого давления различают абсолютные (для измерения абсолютного давления), дифференциальные (для измерения разности давлений), относительные (для измерения избыточного над атмосферным давления) и вакуумные (для измерения степени разрежения) датчики давления. Абсолютные датчики работают в диапазоне давлений 100...700 кПа, а дифференциальные - в диапазоне 4... 1000 кПа.

К важнейшим техническим характеристикам микродатчиков давления (МДД) относятся рабочий диапазон измерения, чувствительность к измеряемому давлению, выходное напряжение.

Датчики давления конструктивно состоят из ЧЭ, воспринимающего давление, и преобразователей (перемещений, деформации, силы), собранных в корпусе, конструкции которых весьма разнообразны. ЧЭ датчиков давления является тонкая, чаще кремниевая пластинка, которую условно можно назвать мембраной, как правило прямоугольная или круглая в плане.

Рисунок 4 - Конструктивная схема датчика давления:

1- ЧЭ (мембрана); 2 - корпус; 3 - соединительный провод; 4 - кремниевая пластина; 5 - стальная пластина; 6 - гель

На рисунке 4 показана конструктивная схема датчика давления с базовым круглым корпусом. Корпус имеет верхнюю защитную крышку из нержавеющей стали с отверстием, через которое подается измеряемое давление р1 . ЧЭ 1 (мембрана) приклеен к внутренней поверхности расточки корпуса 2 и защищен специальным гелем 6, который равномерно перераспределяет давление на мембрану и изолирует выводы 3 от внешней среды. В нижней части корпуса имеется отверстие, через которое на нижнюю часть датчика подается второе измеряемое давление (подаваемое по трубке при дифференциальном датчике или атмосферное давление при относительном датчике).

В конструкциях датчиков давления используются различные типы чувствительных элементов, однако одним из самых распространенных является тот, что построен на основе полупроводниковых технологий, а конкретно -- тензорезистивного эффекта. В полупроводниковых чувствительных элементах (ПЧЭ) датчиков давлений существуют следующие недостатки: в ПЧЭ, изготовленных на основе объемного кремния, наличие p-n-переходов не позволяет функционировать средствам измерений при температурах свыше 120°С и иметь стабильные во времени параметры (ток утечки, сопротивление изоляции, сопротивление тензорезисторов и т. д.); в ПЧЭ на основе поликремния с изоляцией тензорезисторов пленкой двуокиси кремния из-за низкой тензочувствительности поликремния средства измерений на основе таких ПЧЭ имеют малую амплитуду выходного сигнала; в ПЧЭ на основе структур «кремний-на-сапфире» (КНС) к недостаткам относятся трудность профилирования сапфира, различие кристаллических решеток кремния и сапфира, невозможность применения групповой технологии изготовления ПЧЭ и высокая стоимость сапфира. Все это снижает метрологические и эксплуатационные характеристики датчиков давлений. В то же время применение в ПЧЭ структуры «кремний-на-диэлектрике» (КНД) обеспечивает работоспособность средств измерений давлений в экстремальных условиях (повышенные и криогенные температуры, ионизирующее излучение, электромагнитные поля и токи источников естественного и искусственного происхождения и т. д.) и стабильность их параметров в процессе длительной эксплуатации.

Наряду с широко известными микроэлектромеханическими системами (МЭМС), основанными на кремниевой технологии, существуют МЭМС, в основе которых лежит тонкопленочная (металлопленочная) технология. Тонкопленочные микроэлектромеханические системы (ТМЭМС) достаточно широко используются в качестве чувствительных элементов датчиков различных физических величин. Отличительной особенностью современных ТМЭМС является возможность работы в экстремальных условиях эксплуатации, часто недоступных для других систем. Например, рабочий диапазон температур датчиков давления, построенных на основе ТМЭМС, находится в пределах от -253 до +300 °С. Поэтому датчики давления на основе ТМЭМС нашли самое широкое применение в ответственных системах телеметрии и управления. В настоящее время для этих целей наиболее широко используются два достаточно больших класса ТМЭМС: тонкопленочные тензорезисторные МЭМС (ТТМЭМС) и тонкопленочные емкостные МЭМС (TEMЭMC).

Акселерометры (датчики ускорения, перемещения и ориентации) измеряют пять основных параметров: перемещение объекта, его положение, наклон, вибрацию и удар. Среди коммерчески успешных датчиков выделяются пьезоэлектрические, пьезорезистивные и емкостные акселерометры. Кроме того, разработаны тепловые акселерометры (МЭМСic), из лабораторий выходят туннельные, микрооптические и микрожидкостные датчики ускорения.

Выбор акселерометра прежде всего зависит от области его применения, при этом приоритетными критериями выбора являются регистрируемый параметр (ускорение, движение или вибрация), диапазон его значений, статические или динамические условия работы.

В число основных применений акселерометров входят системы:

- детектирования движения, т.е. измерения ускорения, вычисления скорости и перемещения объекта методом интегрирования;

- измерения вибрации (высокочастотной или низкочастотной);

- регистрации ударов;

- определения наклона/гравитации (инклинометры);

- измерения указанных параметров при высоких и низких температурах, в условиях радиационного воздействия;

- многоканальные.

Акселерометры состоят из инерционной массы, которая с помощью упругих элементов подвеса смонтирована в корпусе. Реализация выходного сигнала и принципа измерения обеспечивается преобразователями смещений, деформаций, сил и электроникой.

По виду движений инерционной массы акселерометры делятся на осевые и маятниковые. В осевых акселерометрах конструкция упругого подвеса обеспечивает прямолинейное движение инерционной массы, а в маятниковых - угловое. У акселерометра выделяют ось чувствительности и перпендикулярные к ней поперечные оси. Ось чувствительности - это ось, в направлении которой возможно перемещение инерционной массы, обусловленное конструкцией подвеса. Акселерометры с одной осью чувствительности называют одноосевые. В этом корпусе могут быть установлены чувствительный элемент (ЧЭ) с разным направлением осей чувствительности (двух- и трехосевые акселерометры). Основным конструктивным узлом микроакселерометров являются чувствительные элементы, которые приведены на рисунке 5. ЧЭ включает в себя инерционную массу 1, упругие элементы подвеса 2, и опорную рамку 3.

Рисунок 5 - Принципиальные схемы ЧЭ осевых микроакселерометров:

а,б - ЧЭ с крестообазным подвесом; в,г - ЧЭ с z-образным подвесом; д - ЧЭ с z-образным симметричным подвесом; е - ЧЭ с параллельным подвесом; 1 - инерционная масса, 2 - упругие элементы; 3- опорная рамка.