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《地质地球所发明一种MEMS传感器的集成封装方法》

  • 来源专题：湿地遥感信息动态监测
  • 编译者： shengchunlei
  • 发布时间：2016-03-25

  • 　　目前，电子元器件芯片朝着越来越复杂的方向发展，而传统的 IC 集成器件封装和金属管壳封装都会带来困难。例如 MEMS 传感器，为了提高其性能，往往需要增加可动质量块的厚度，使用传统的 IC 集成器件封装技术和国内外标准的 LCC （无引脚芯片载体）封装管壳的腔体深度往往不能满足 MEMS 厚度的要求，极大地造成了封装及微组装工序的复杂度，而且芯片的整体面积很大，增加了成本，不利于进行批量生产。

    　　中国科学院地质与地球物理研究所工程师薛旭等人以梳齿型 MEMS 加速度计为典型实施例，发明了一种适合 MEMS 尤其是 MEMS 惯性传感器的集成封装方法，并于近日获得国家发明专利授权（专利名称：一种 MEMS 传感器封装结构及其封装方法；发明人：薛旭，郭士超；专利号： ZL 2014 1 0183524.9 ）。他们针对现有技术的不足，提供了一种根据需要可方便拓展为多层级结构的基座，并可将导线分层布设于基座中，可解决走线困难的问题。此外，他们还提供了一种低封装应力和气密性较好的封装结构，采取低温平行缝焊的低温度封装技术。 MEMS 与基座的粘接工艺与材料匹配以及温度传感器和 MCU 处理器有效布置，从材料应力、算法补偿、实时温度校准等多方面解决了 MEMS 惯性传感器尤其是 MEMS 加速度传感器的温度系数大、温度滞回大等难题，提高了生产效率，降低了成本。

    　　该发明从偏置稳定性、温度特性以及工程化等几个方面解决了一系列 MEMS 难题，相关技术已经在课题组的样机和产品上进行了小批量试制，取得了较好的效果，初步达到了工程化及量产能力，具有一定的推广应用前景。

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    • 编译者：张宇
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    • 近日，一个欧洲科学家团队正在开发新的太空传感器，这些传感器使用量子技术来非常精确地测量加速度。这个项目被称为CARIOQA，它使用量子技术来测量加速度，这标志着未来太空任务的一个关键步骤，这些任务将追踪地球上微小的重力场变化。这些先进工具将为观测地球的变化提供更清晰的视角，以更高的精度和紧迫性提供有关冰川、海平面上升和地下水位变化的实时数据。 测量微小的重力差异能够有助于揭示地下水的存在、极地冰川的融化量，甚至评估对自然资源的潜在影响。CARIOQA项目正在努力通过利用量子加速度计的卓越灵敏度来改进重力测绘并生成“更高分辨率”的地球重力地图。要从太空测量重力，准确跟踪卫星的加速度至关重要。这是使用所谓的加速度计完成的，这些加速度计监测卫星上自由落体的测试质量。通过将量子加速度计安装到卫星上，科学家们将研究冰川的运动、海平面上升和地下水位的变化，以前所未有的方式应对气候变化。欧盟的财团投资1700万欧元支持此项研究，希望到2030年在轨发射世界上第一个量子加速度计。 由欧洲委员会发起，并由量子旗舰计划支持的一个雄心勃勃的新项目，旨在通过提供有关冰层融化、地下水枯竭和海洋环流变化的更准确数据，从而彻底改变地球的空间环境监测系统。 这个名为CARIOQA-PMP的新项目耗资1700万欧元，旨在通过整合量子传感器的独特功能来改进传统的重力传感方法。 地球上的物质，如岩石、矿物和水，在不同地方具有不同的密度。地球的重力场受到这些物质质量的影响。一个地区的质量越大，特定地点的引力就越强。当大量物质移动或发生变化时，例如冰川融化并流入海洋，或地下水枯竭时，就会改变当地的重力。 传统的重力测绘可以检测到这些差异，从而告诉我们一些重要的事情，比如地下水可能在哪里，极地地区融化了多少冰，有助于评估对自然资源的潜在影响。 但是，从外太空观测地球时，引力视图会有些不清楚。虽然传统的重力仪已经非常先进，但在试图通过分辨来自地球的微弱引力信号来测量不同区域重力细微变化时，依然显得的力不从心。 然而，这种经过改进的新型量子加速度计将是同类产品中第一款利用量子物理学原理增强其性能的设备。该设备将使科学家们能够以“更高分辨率”看到地球的完整重力图。 CARIOQA-PMP 项目协调员Christine Fallet 说：“传统的重力计或经典的静电加速度计在灵敏度和精度方面存在一些限制。虽然较小或更微妙的特征可能无法捕捉到足够的细节或完全丢失，但它还是提供给我们能够探测到来自地球的主要洋流信息的能力。这对于精确的地球监测和研究由细微变化（如少量冰融化或轻微地下水消耗）引起的微弱重力变化来说是不满足要求的。 CARIOQA项目的目标是开发突破性的量子空间加速度计技术，以改变基于卫星的地球科学。这些进步将在监测气候变化、支持全球制定减缓和适应性战略方面的努力中发挥关键作用。 新的CARIOQA量子技术仍在开发中，该团队采用了一种称为冷原子干涉测量法（CAI）的技术。CAI依靠量子力学原理来检查和利用原子在极低温度下的波状行为。 当原子冷却到接近绝对零度时，它们的运动变得非常缓慢，从而可以使用激光对它们进行极其精确的测量。“当原子被冷却时，”Fallet表示，“可以利用原子的波状特性来产生干涉状态（类似于水波重叠的涟漪）。通过分析这些模式，我们可以非常精确地测量原子的加速度。 冷原子干涉测量技术避免了旧系统的一些问题，随着时间的推移，这种测量方式可以提供更清晰、更可靠的数据。在测量重力方面，CAI就像从模糊的老式电视升级到清晰的高清屏幕。这项技术将使我们对地球上正在发生的变化有更加清晰的了解。 该项目分为两个平行部分：CARIOQA-PMP（“探路者任务准备”专注于开发在未来十年内用于太空探索的量子加速度测量技术。该项目将为量子探路者任务奠定基础，CARIOQA-PHA 将继续努力证明量子空间重力探路者任务的可行性，旨在使欧盟能够在太空中部署量子重力计和加速度计。 “这项任务旨在为地球观测工作提供一个强大的工具。这是欧盟确立其在量子空间技术领域引导者地位的关键一步。CARIOQA的成功可能会使欧洲在全球应对气候变化的努力中处于领先地位，同时也证明了量子技术在应对我们这个时代最紧迫的挑战时所展现出的强大力量，“Fallet说。 CARIOQA是一个汇集了所有关键合作伙伴的联盟，包括法国航天局（Centre National d'etudes Spatiales – CNES）、德国航空航天中心 （Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. – DLR）、法德工业集团（法国和德国的空中客车防务和航天公司（ADS-F、ADS-G）、EXAIL、TELETEL、LEONARDO、GMV）、欧洲的实验室和大学（LUH、SYRTE、LP2N、LCAR、ONERA、FORTH、 TUM、POLIMI、DTU）以及业内最具影响力的专家（FORTH/PRAXI、Groupe GAC）。
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