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；应邀撰写英文丛书2章；发表论文被SCI 收录38篇（其中本领域顶级期刊JMEMS论文7篇)、SCI他引224次；国内会议大会报告2次、国际会议邀请报告3次；项目负责人被选为IEEE Fellow。

包括4位院士在内的项目验收专家组评价“项目发现了二氧化硅的介电伸缩系数；发明了陶瓷芯片与集成风速风向传感器的倒装封装方法，可测风速达60m/s，是目前国际上公开报导的MEMS 风速传感器的最高测量风速”。

本项目技术成果直接应用于合作企业，实现了批量生产。

气象传感器全部技术指标满足国家标准并已在高速公路等领域应用，合作企业采用本项目成果，近3年新增利润4911.46万元。

项目成果还应用于我国大型通信骨干企业，保障了MEMS故障器件的分析和评估；应用于“蛟龙”号载人潜水器、“雪龙”号极地科学考察船、天宫一号与神州九号载人交会对接任
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
六、主要知识产权证明目录
七、主要完成人情况表。