一、项目名称气象传感器设计理论、关键技术及其应用(技术发明奖)二.docx

一、项目名称：气象传感器设计理论、关键技术及其应用（技术发明奖）二、推荐单位：东南大学三、项目简介微机电系统（MEMS）是《国家中长期科技发展规划纲要》（2006-2020）的前沿技术方 向，而气象传感器是 MEMS 技术在环境检测领域的主要应用之一气象传感器在天气预报、高速公路、船舶航行、机场、国防等方面有巨大需求，但其产 业化面临关键技术难题：①复杂性.气象传感器涉及风速风向、气压、湿度等多种敏感原理, 面临复杂的设计、制造、封装等问题；②可靠性•气象传感器需要长期在野外工作，面临灰 尘、腐蚀等恶劣环境下工作的可靠性问题在国家自然科学基金和国家 863 计划等支持下，本项目系统地开展了气象传感器设计理 论、关键技术研究，较好解决了上述技术难题，并成功应用于气象传感器研制和批量生产中主要技术发明如下：1. MEMS风速风向传感器：发明了 MEMS风速风向传感器的测温方法和深槽隔热结构， 提出了风速风向传感器的温度自平衡测控方法，解决了长期以来风速风向传感器量程难以提 高的技术难题；发明了风速风向传感器的陶瓷圆片级封装技术，保障了传感器工作的可靠性2. MEMS气压传感器:在国际上首次提出了基于面积变化和介电伸缩效应的MEMS电容 式气压传感器结构，保证了传感器输出的线性度；发明了二氧化硅介电伸缩系数的悬臂梁测 试结构，获取了介电伸缩系数基础数据；提出了带微孔滤膜的电容式气压传感器封装方法， 提高了传感器环境适应性。

3. MEMS湿度传感器：发明了 MEMS湿度传感器片上集成多晶硅加热电阻结构，缩短了 湿度传感器的脱附时间；发明了氮化硅包覆铝电极的结构，有效防止了聚酰亚胺吸水而腐蚀 铝电极，突破了湿度传感器长期工作稳定性的技术瓶颈4. MEMS 结构可靠性：建立了 MEMS 器件-封装结构温度效应模型，提出了微悬臂梁接 触长度的测量结构，发明了微悬臂梁疲劳特性的测量方法，实现了 MEMS结构与器件的温度、 湿度、振动可靠性测试和评估项目获中国发明专利授权55项、软件著作权1项；制订企业标准3项；应邀撰写英文丛-ti c 菩 ◎土oct 1【右耳 oo 皆 /甘 rh 百加甘口工【I ta/rc n 皆\ 口【cc/i务，有力支持了我国重大科学工程的实施本成果推动了我国气象传感器及相关行业的技术 进步，经济和社会效益显著，获中国机械工业科学技术一等奖四、推广应用情况本项目整体技术应用于凯迈（洛阳）环测有限公司ZQX-3型微型气象系统和CAMA-JT型 交通气象自动观测系统的生产中，气象系统已在我国江苏、河北、上海、山东、青海等国家 高速公路使用，近 3 年新增销售额 15488.70 万元（附件 23）。

本项目气压与湿度传感器设计、 制造、封装及可靠性等核心技术应用于南京高华科技股份有限公司气压和湿度传感器批产中， 该产品已在船舶、石化、工业过程控制等高端装备中批量使用，近 3 年新增销售额 11857.14 万元（附件 24）本项目气压、湿度、风速风向传感器及可靠性等技术应用于无锡市杰德感知 科技有限公司气象传感器的生产中，近 3 年新增利润 367.00 万元（附件 25）本项目风速风向 传感器相关技术应用于河北美泰电子科技有限公司，提高了流量传感器的性能，MEMS流量 传感器已规模化生产（附件 32）采用本项目成果，南京高华科技股份有限公司生产的压力传感器应用在天宫一号与神州 九号载人交会对接任务和“蛟龙”号深水载人潜水器；凯迈（洛阳）环测有限公司一体化气 象系统在“雪龙”号极地科学考察船应用；长春气象仪器研究所有限责任公司完成农田小气 候气象数据收集试验；北京凯盾环宇科技有限公司完成浮标上气象数据收集试验；北京维天 信气象设备有限公司完成单兵手持气象站试验；国家智能交通系统工程技术研究中心完成高 速公路外场试验；华为技术有限公司制订了 MEMS 器件的产品可靠性准入标准；河北美泰电 子科技有限公司改善了加速度传感器温度漂移特性，批量生产的加速度传感器在多个重点领 域应用。

中国电子科技集团公司第二十四研究所提高了气压与湿度传感器性能五、曾获科技奖励情况获奖项目名称获奖时间奖项名称奖励等级授奖部门（单位）气象传感器设计理论、关键技术及其 应用2014.10.25中国机械工业科 学技术奖一等中国机械工业联合会 中国机械工程学会六、主要知识产权证明目录知识产权 类别知识产权具体名称国家（地区）授权或申请号授权日期证书编号权利人发明人授权发明 专利采用多晶硅温度二极管的集成风速计及其制造方法中国ZL02112524.42004-03-10146973东南大学秦明、黄庆安、张中平授权发明 专利基于微机械加工的风速传感器中国ZL200410064949.42007-03-07311755东南大学高冬晖、秦明、黄庆安授权发明 专利温度、风速、风向和气压集成传感器中国ZL200510038840.82007-07-11334526东南大学孙建波、秦明、黄庆安授权发明 专利基于微机械技术的电容非热式流速传感器中国ZL200610040600.62008-07-16412390东南大学秦明、魏泽文、黄庆安授权发明 专利基于微机械系统的非热式流速流向传感器中国ZL200610040599.72008-07-02407709东南大学魏泽文、秦明、黄庆安授权发明 专利十字架结构的二维风速风向传感器及其制备方法中国ZL200710022268.52009-02-11470799东南大学秦明、沈广平、黄庆安授权发明 专利用于风向传感器封装的微电子机械传感器封装结构中国ZL200710022367.32009-05-27501961东南大学黄庆安、张骅、秦明授权发明 专利微电子机械系统正面结构释放的保护方法中国ZL200710022359.92009-07-08521143东南大学秦明、张筱朵、黄庆安授权发明 专利微机械二维风速风向传感器及其信号处理电路中国ZL200810124428.12010-01-20593464东南大学秦明、沈广平、黄庆安授权发明 专利单片集成微电子机械系统制备方法中国ZL200710022267.02010-05-19621867东南大学秦明、沈广平、黄庆安授权发明 专利基于陶瓷圆片级封装的集成风速风向传感器中国ZL201010103608.92011-09-07836020东南大学董自强、黄庆安、秦明授权发明 专利一种进行圆片级电互连与引出的装置及其加工方法中国ZL201010603002.12012-05-23954324东南大学王珍、王磊、唐洁影、黄 庆安授权发明 专利基于阳极键合工艺的热式风速风向传感器及其制备方法中国ZL201010573973.62012-05-30967478东南大学董自强、黄庆安、秦明授权发明 专利一种高灵敏度二维风速风向传感器中国ZL201110031990.12012-07-181007377东南大学秦明、胡尔同、顾飞授权发明 专利一种具有热隔离结构的热式风速风向传感器及其制备方法中国ZL201010586986.72012-07-181002496东南大学董自强、黄庆安、秦明授权发明 专利基于金金键合工艺的热式风速风向传感器及其制备方法中国ZL201010586866.72012-09-191046750东南大学董自强、黄庆安、秦明授权发明 专利基于减薄工艺的热式风速风向传感器及其制备方法中国ZL201110008120.22012-12-191102062东南大学董自强、黄庆安、秦明授权发明 专利一种风速风向测量装置中国ZL201110055730.82013-04-031168214东南大学秦明、匡蕾、顾飞授权发明 专利基于各向异性导热衬底的热式风传感器及其制备方法中国ZL201110008119.X2013-04-241186203东南大学董自强、黄庆安、秦明授权发明 专利一种二维热膜风速风向传感器及其制备方法中国ZL201210225095.82014-04-161383394东南大学秦明、项天彧、陈升奇、 周麟、黄庆安授权发明 专利一种高灵敏度风速风向传感器中国ZL201210559401.12014-06-111417054东南大学秦明、胡世镔、陈实授权发明 专利一种基于碳纳米管阵列封装的热风速传感器中国ZL201210504673.12014-06-111416593东南大学秦明、周麟、陈升奇、黄 庆安授权发明 专利一种可自动零点补偿的热风速传感装置及测量风速的方法中国ZL201210506706.62014-09-101479038东南大学秦明、陈升奇、周麟授权发明 专利一种风速风向传感器中国ZL201210558280.92014-12-171549008东南大学秦明、陈实、陈升奇、周 麟授权发明 专利一种垂吊型三维风速风向传感器结构中国ZL 201310531020.72015-07-291737614东南大学秦明、陈实、胡世镔授权发明 专利电容式微机械风速风向传感器中国ZL 201310390353.22015-09-091788352东南大学王立峰、黄庆安、秦明授权发明 专利多层膜电容式压力传感器中国ZL03131834.72005-01-26192698东南大学周闵新、黄庆安、秦明授权发明 专利基于微悬臂梁结构的介电伸缩系数测量方法中国ZL200910033237.92011-06-08790012东南大学黄庆安、黄见秋、秦明授权发明 专利一种与CMOS工艺兼容的气压传感器及其制备工艺中国ZL200910181673.02011-08-10822135东南大学聂萌、黄庆安、秦明授权发明 专利微机械气压传感器芯片的封装结构的制备方法中国ZL201010204229.92012-01-04889483东南大学聂萌、黄庆安、秦明授权发明 专利一种测量硅片键合强度的微结构及其制造方法中国ZL201110055917.82012-12-191102126东南大学秦明、康兴华、胡尔同授权发明 专利一种微电子压力传感器及其制备工艺中国ZL201110193962.X2013-10-301295987东南大学秦明、余辉洋授权发明 专利一种微机械系统中接触式电阻压力传感器及其测量方法中国ZL201210516098.72014-08-131458927东南大学唐洁影、陈洁授权发明 专利一种微电子机械系统的电容式气压传感器中国ZL201310296888.32015-03-041597871东南大学聂萌、黄庆安授权。