上海交通大學(xué)研發(fā)的微納集成制造技術(shù)實(shí)現(xiàn)多元兼容

越來越多功能被集成到手機(jī)中，以電子羅盤為例，它與三軸陀螺儀、三軸加速度傳感器組成九軸系統(tǒng)，成為滿足精準(zhǔn)定位需求的關(guān)鍵器件。從全球?qū)Ш降牡卮艂鞲衅?，到檢測(cè)海拔氣壓的壓力傳感器，智能手機(jī)依靠各種各樣的微傳感器“眼觀六路、耳聽八方”。

研究人員對(duì)微加工器件作顯微觀測(cè)

越來越多功能被集成到手機(jī)中，以電子羅盤為例，它與三軸陀螺儀、三軸加速度傳感器組成九軸系統(tǒng)，成為滿足精準(zhǔn)定位需求的關(guān)鍵器件。從全球?qū)Ш降牡卮艂鞲衅鳎綑z測(cè)海拔氣壓的壓力傳感器，智能手機(jī)依靠各種各樣的微傳感器“眼觀六路、耳聽八方”。

記者從今年工博會(huì)高校展區(qū)項(xiàng)目發(fā)布中獲悉，上海交通大學(xué)正準(zhǔn)備公開展示其微納集成制造技術(shù)，在電子顯微鏡下的微米納米世界里，不但能造出可用于手機(jī)的高度集成傳感器，還能造出大飛機(jī)上的“高精尖”傳感器。

自主研發(fā)一系列高端微納傳感器

在智慧城市中，傳感器就是“五官”和“皮膚”，承擔(dān)著感知并獲取環(huán)境中一切信息數(shù)據(jù)的功能，并追求在更小的器件空間內(nèi)集成最大的“感官功能”。作為集成電路器件的延伸，各類新型傳感器芯片如微型壓力傳感器、加速度傳感器等，通常都包含可動(dòng)的微小機(jī)構(gòu)，需采用先進(jìn)加工手段，精度甚至達(dá)到頭發(fā)絲直徑的百分之一。目前，我國高價(jià)值傳感器主要依賴進(jìn)口，國產(chǎn)器件市場份額小且多處于低端。

上海交大電子信息與電氣工程學(xué)院有一支40多名師生組成的微納集成制造技術(shù)團(tuán)隊(duì)，長期從事基于微機(jī)電系統(tǒng)（MEMS）的高性能傳感器研發(fā)。團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)人丁桂甫介紹，在傳統(tǒng)集成電路硅材料的微加工技術(shù)之上，通過工藝兼容，合理引入金屬、聚合物、陶瓷、碳基等多種類型的敏感材料和功能材料，就能豐富和發(fā)展微納集成的技術(shù)內(nèi)涵。進(jìn)入學(xué)院的微米納米加工技術(shù)國家級(jí)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，基于這樣的微米納米級(jí)“智能工廠”，各類非硅材料在傳感器芯片中被高精度集成。他們率先建立多元兼容的集成制造技術(shù)體系，成功開發(fā)出一系列具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的高端微納傳感器。

為航空發(fā)動(dòng)機(jī)研制提供支撐

我國大型客機(jī)C919已成功上天，但如何真正擁有屬于自己的大飛機(jī)“心臟”——航空發(fā)動(dòng)機(jī)，仍是擺在國人面前的一道難題。其中，對(duì)航空發(fā)動(dòng)機(jī)葉片設(shè)計(jì)優(yōu)化所需的高溫原位檢測(cè)技術(shù)，需求最為迫切。國際上主要航空發(fā)動(dòng)機(jī)制造商早在上世紀(jì)80年代就開展相關(guān)研究，國內(nèi)在這方面亟須突破。

對(duì)此，上海交大微納集成制造技術(shù)團(tuán)隊(duì)聯(lián)合國內(nèi)重要的航空發(fā)動(dòng)機(jī)研制單位，將專用高端傳感器的先進(jìn)設(shè)計(jì)制造技術(shù)應(yīng)用于高溫傳感器研制，重點(diǎn)解決耐高溫合金材料的兼容集成工藝難題。雙方聯(lián)合攻關(guān)，對(duì)特種加工設(shè)備數(shù)十次改造，加之無數(shù)次的工藝優(yōu)化實(shí)驗(yàn)，終于成功研制出可在發(fā)動(dòng)機(jī)葉片表面上原位集成的薄膜型高溫傳感器，其敏感結(jié)構(gòu)的厚度不及頭發(fā)絲的五分之一，幾乎不會(huì)對(duì)空氣動(dòng)力特性產(chǎn)生影響。其檢測(cè)溫度上限可達(dá)1200攝氏度，有望滿足目前航空發(fā)動(dòng)機(jī)研制的迫切需求。丁桂甫說：“相信隨著研發(fā)深入，更高監(jiān)測(cè)溫度和更高穩(wěn)定性的原位集成薄膜溫度傳感器，會(huì)為先進(jìn)航空發(fā)動(dòng)機(jī)研制提供支撐。”

建專業(yè)技術(shù)平臺(tái)服務(wù)社會(huì)企業(yè)

高新技術(shù)如何推向產(chǎn)業(yè)應(yīng)用？這支技術(shù)團(tuán)隊(duì)在市科委支持下建立起“非硅微納集成制造專業(yè)技術(shù)服務(wù)平臺(tái)”，面向社會(huì)開展技術(shù)推廣。

在一家專業(yè)從事糖尿病高端診療設(shè)備開發(fā)的醫(yī)療器械科技公司，微納集成制造技術(shù)團(tuán)隊(duì)在其創(chuàng)建初期就協(xié)助完成動(dòng)態(tài)血糖傳感器電極初始原型的樣品研制，承擔(dān)了柔性電極小批量制造工藝優(yōu)化和批量制造成套技術(shù)開發(fā)。他們指導(dǎo)企業(yè)建成投資3000萬元的植入式微針電極專用生產(chǎn)工藝線，微針電極核心技術(shù)指標(biāo)達(dá)國際同期產(chǎn)品的先進(jìn)水平。

目前，技術(shù)團(tuán)隊(duì)已申請(qǐng)國家發(fā)明專利100多項(xiàng)，其中已獲授權(quán)的有60余項(xiàng)。

推薦培訓(xùn)：

2018年9月28~30日，由麥姆斯咨詢主辦的《MEMS行業(yè)工程師進(jìn)階培訓(xùn)課程》將在蘇州開講，知名講師傳授經(jīng)驗(yàn)，培訓(xùn)內(nèi)容豐富多彩：（1）從MEMS發(fā)展到NEMS的啟示，做好MEMS研究與產(chǎn)業(yè)化；（2）熱門MEMS器件及其應(yīng)用，包括加速度計(jì)、陀螺儀、MEMS麥克風(fēng)、壓力傳感器、氣體傳感器、紅外傳感器等；（3）MEMS封裝和測(cè)試，包括器件級(jí)和晶圓級(jí)兩方面；（4）MEMS制造工藝，并結(jié)合典型MEMS器件案例；（5）MEMS產(chǎn)線參觀：蘇州MEMS中試平臺(tái)和捷研芯MEMS封測(cè)產(chǎn)線。

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延伸閱讀：

《MEMS產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀-2018版》

《自動(dòng)駕駛汽車傳感器-2018版》

《汽車MEMS和傳感器市場及技術(shù)趨勢(shì)-2017版》

《MEMS壓力傳感器市場和技術(shù)-2018版》