高精度三维螺纹综合测量仪在普通螺纹领域的应用开发,跨尺度微纳米三坐标测量基础理论与技术

 联系我们     |      2020-03-04

近日,上海计量院机械制造所成功申报国家重点研发计划专项两项。  “硅基MEMS高深宽比三维结构的干涉显微无损测量技术”是国家重点研发计划“制造基础技术与关键部件”重点专项,项目由南京理工大学牵头申报,上海计量院与浙江大学、中国电子科技集团公司第十三研究所作为主要课题负责单位参与申报,上海计量院负责课题三“测量系统的量值溯源、校准与误差补偿”。项目将研制硅基MEMS高深宽比结构的智能化快速无损测量系统,通过专用工艺线接口,实现在超净环境下3种工艺线上的验证测量。  “跨尺度微纳米三坐标测量基础理论与技术”是国家重点研发计划“制造基础技术与关键部件”重点专项,项目由合肥工业大学牵头申报,上海计量院与哈尔滨工业大学、304所、中科院微电子所、中国计量大学作为主要课题负责单位参与申报,上海计量院负责课题三“非接触纳米定位技术”。项目将研究三维纳米位移和定位的测量理论与技术,研制高分辨力三维组合纳米测头、微纳米三坐标测量机样机,在精密微型零件加工和微纳制造领域进行试验验证。  国家重点研发计划事关产业核心竞争力、整体自主创新能力和国家安全的重大科学技术问题,旨在突破国民经济和社会发展主要领域的技术瓶颈。上海计量院此次的成功申报,无论在项目的质量和数量上,还是在研究内容、经费规模及合作上都有创新和突破。上海计量院将打破原有思维模式,积极探索跨行业、跨单位、跨部门的科技项目合作模式,联合国内著名高校、科研院所和龙头企业协同创新,全力以赴建设与上海张江综合性国家科学中心相适应的质量技术基础平台。

中国化工仪器网 行业动态】2018年度科技部“重大科学仪器设备开发”重点专项已经启动,上海市计量测试技术研究院机械制造所作为重要课题承担单位积极参与申报两项重大科学仪器开发专项,分别是“微纳结构动态特性测试仪的开发和应用”和“高精度三维螺纹综合测量仪的开发和应用”。 “微纳结构动态特性测试仪的开发和应用”项目主要针对微纳结构与微机电系统器件动态特性测试的需求,突破高信噪比时空调制和自动调焦等关键技术,开发具有自主知识产权、质量稳定可靠、核心部件国产化的微纳结构动态特性测试仪,开发相关软件和数据库,实现微纳结构与MEMS器件的振动频率、模式模态等特性测量分析以及典型缺陷识别。上海市计量测试技术研究院承担该项目中的“微纳结构动态特性测试仪性能评测方法研究”课题,将重点研究微纳结构标准振动模态激励方法,搭建校准系统平台,实现对激光测量系统关键参数的评价,并开展试验验证和关键参数的不确定度评定。 “高精度三维螺纹综合测量仪的开发和应用”专项重点针对先进制造领域螺纹几何参数的综合性检测需求,突破内外螺纹三维扫描高精度测头和三维参数重构关键技术,开发具有自主知识产权、质量稳定可靠、核心部件国产化的高精度三维螺纹综合测量仪,开发相关软件和数据库,实现螺纹全参数的三维自动扫描检测。上海市计量测试技术研究院承担该项目中的“高精度三维螺纹综合测量仪在普通螺纹领域的应用开发”的课题,将重点探索和检验仪器在普通螺纹领域中的应用,建立仪器应用于普通螺纹领域的应用方案,编写数字化螺纹数据库等。 科学仪器设备是科学研究和技术创新的基石,是经济社会发展和国防安全的重要保障。我院依托2014年度重大科学仪器开发专项“跨尺度微纳米测量仪的开发和应用”的成功经验,积极组织科研团队承担重要课题任务,为提升我国科学仪器设备的自主创新能力,促进产业升级发展,支撑创新驱动发展战略的实施做出积极的贡献。 编辑点评 上海市计量测试技术研究院机械制造所作为重要课题承担单位积极参与申报两项重大科学仪器开发专项,彰显出上海计量院在计量行业的重要角色,同时体现了上海计量院在该领域领先的技术实力和领导地位。 (原标题:我院积极参与两项“重大科学仪器设备开发”重点专项申报)

李铁,博士,博士导师,中国科学院上海微系统与信息技术研究所特聘研究员,微系统技术国家重点实验室副主任,军委科技委主题专家,上海市优秀学术带头人。1992、1997年在中国科学技术大学分获学士、博士学位。目前研究领域为微纳传感器机理、器件及应用基础研究。承担国家重点研发计划课题、国家973、国防973、863、国家重大科技专项课题、国家创新研究群体科学基金、国家自然科学基金、中科院项目等国家省部级项目30余项。现任上海市传感技术学会副理事长、中国仪器仪表学会微纳器件与系统技术分会理事、中国电子学会敏感技术分会气湿敏传感技术专业委员会委员、MARSS、APCOT国际会议督导委员会委员、IEEE MEMS、DTIP国际会议TPC成员等职。在硅纳米线制造及器件、纳米效应表征、红外热电堆及红外气体模块应用等方面开展了系统研究工作。已在Nano Letters、Small、Carbon、IEEE EDL、IEEE MEMS等刊物上发表论文170余篇,被包括Nano Letters、ACS Nano、Advanced Functional Materials、Small等杂志上的SCI-E论文他引600余次,获美国专利1项,中国发明专利50项。获国家技术发明二等奖、上海市技术发明二等奖、上海市科技进步二等奖、美国汽车电子学会Arch T. Colwell Merit 奖。被评为“中科院优秀研究生导师”,指导的博士生获得“中国科学院院长特别奖”和中科院百篇优秀博士论文。

8月3日,科技部发布了国家重点研发计划“智能机器人”等重点专项2018年度项目申报指南,其中“制造基础技术与关键零部件”重点专项在列,包含先进传感器和高端仪器仪表等内容。  根据“制造基础技术与关键零部件”重点专项2018年度项目申报指南,本重点专项按照产业链部署创新链的要求,从基础前沿技术、共性关键技术、应用示范三个层面,围绕关键基础件、基础制造工艺、先进传感器、高端仪器仪表和基础保障技术五个方向部署实施。专项实施周期为5年(2018-2022年)。  2018年,在五个方向按照基础前沿技术类、共性关键技术类和应用示范类,拟启动不少于43个项目,拟安排国拨经费总概算约6亿元。(更多详情请见附件)。  涉及先进传感器和高端仪器仪表的内容中国仪表网整理如下:  一、 先进传感器  1. 高性能硅压力、加速度、角速度传感器前沿技术(基础前沿技术类)  研究内容:研究新型谐振式硅传感器敏感原理和结构;研究传感器非线性效应、耦合效应、温度效应及工艺误差影响;研究传感器优化设计、制造工艺精确控制、低应力封装等关键技术;开发闭环信号检测与控制电路系统集成技术;研制高精度硅压力传感器、加速度传感器、角速度传感器原型器件,并在流程工业与机器人领域试用验证。  考核指标:压力传感器量程0~1MPa,精度优于0.01%FS;加速度传感器量程±15g,零偏稳定性优于1g;角速度传感器量程±200/s,零偏稳定性优于0.1/h。  2.基于量子效应的微纳传感器前沿技术(基础前沿技术类)  研究内容:研究基于量子效应的芯片式角速度传感器、磁场传感器设计方法;研究传感器电子自旋-核自旋相互作用机理、温度效应;研究谐振频率控制、微型腔室制备、真空封装等关键技术;开发激光器、探测器、处理电路系统集成技术;研制高精度角速度传感器、磁场传感器原型器件,并在重大技术装备中试用验证。  考核指标:角速度传感器表头体积≤100cm3,量程±200/s,零偏稳定性优于0.1/h;磁场传感器表头体积≤10cm3,灵敏度优于10fT/Hz1/2。  3.无线无源微纳传感器前沿技术(基础前沿技术类)  研究内容:研究微型化声表面波(SAW)、电感-电容(LC)无线传感器设计;研究传感器多参数敏感的耦合效应;研究传感器结构优化设计、曲面衬底上传感器制备工艺、封装、工业环境无线信号传输等关键技术;开发信号调制解调技术及处理电路系统集成技术;研制SAW和LC多参数监测传感器原型器件,并在燃气轮机主轴、轴承健康状况监测中试用验证。  考核指标:SAW传感器:温度量程-40℃~+1000℃,误差±1%;应变量程±3000μ,误差±1%;气压量程0~4MPa,误差±1%。LC传感器:温度量程-20℃~+120℃,误差±1%;应变量程±1000μ,误差±1%;振动量程±6g,误差±1%。  4.微纳传感器与电路协同设计技术及设计工具(共性关键技术类)  研究内容:建立热/机械/电学多物理场耦合模型、硅表面加工与体加工工艺模型、闭环控制传感器宏模型;研究具有完全自主知识产权、包含器件级、工艺级、系统级设计功能的微纳传感器综合设计工具;研究微纳传感器与电路协同设计技术,并实现与集成电路(IC)设计工具的无缝连接;形成集成传感器知识产权库(IP),IP经过生产线验证。  考核指标:器件级耦合分析自由度≥1×107;工艺级仿真与实验偏差优于5%;系统级仿真与实验偏差优于10%;闭环控制集成传感器IP不少于3种,软件销售≥10套。  5.微纳传感器与电路单片集成工艺技术及平台(共性关键技术类)  研究内容:研究在同一芯片上制造微纳传感器与IC的工艺技术;以互补-金属-氧化物-硅(CMOS)工艺线为基础,研究与 CMOS工艺兼容的微纳传感器表面加工、体加工、硅直接键合加工等关键技术;建立可量产的微纳传感器与电路单片集成制造技术并形成标准制程规范,实现单片集成微纳传感器规模化生产。  考核指标:圆片直径≥150mm,单片集成传感器成品率≥80%,成套制程规范或标准≥3项;服务用户数≥3家,开发单片集成传感器不少于3种,生产能力≥5000片/年,销售单片集成传感器≥100万只。  6.高温硅压力传感器关键技术及应用(应用示范类)  研究内容:研究高可靠性MEMS高温硅压力传感器结构优化技术;研究低应力无引线封装、温度补偿、高温专用电路(ASIC)芯片等关键技术;开发测控接口电路;实现批量化生产并在重大技术装备中应用。  考核指标:温度范围-55℃~+225℃,量程0~200kPa、0~60MPa,精度优于0.25%FS,零点漂移优于2%FS@100℃,长期稳定性优于0.1%FS/年,固频率≥200kHz,过载压力≥2倍额定压力;形成传感器芯片制造、封装到应用的产业化链,生产能力≥5000 套/年,销售量≥1000 套。  有关说明:由企业牵头申报。  7.单片集成多轴传感器关键技术及应用(应用示范类)  研究内容:研究单芯片集成多轴传感器可复用的模块化设计技术;研究传感器单面微机械加工工艺、芯片内薄膜真空封装等关键技术;开发多轴传感器信号处理、融合与测试技术;形成单芯片集成多轴传感器制程规范,实现批量化生产并在大型起重输运装备、电梯生产线等行业应用。  考核指标:晶圆直径≥150mm,成品率≥90%;单片三轴磁场传感器分辨率优于50nT,单片三轴加速度传感器分辨率优于100g,单片三轴角速度传感器偏置稳定性优于1/h,单片三分量应力传感器分辨率优于10kPa;生产能力≥5000片/年,销售量≥100万只。  有关说明:由企业牵头申报。  8、无线红外高温微纳传感器关键技术及应用(应用示范类)  研究内容:研究硅基红外传感器设计优化、制造工艺、封装、可靠性、测试等关键技术;研究工业现场环境下,高精度、非接触、红外高温温度测量技术;开发无线能量收集及信号传输技术;实现无线红外高温微纳传感器批量化生产,并在高温熔炼炉监测中应用。  考核指标:传感器量程 600℃~1600℃,误差±0.5%,响应时间≤20ms,生产能力≥5000 套/年,销售量≥1000 套。  有关说明:由企业牵头申报。  9、运动部件壁面温度微纳传感器关键技术及应用(应用示范类)  研究内容:研究微纳温度传感器优化设计方案;研究运动部件曲面基底上高温绝缘层、缓冲层、温度敏感层的原位制造和微加工技术;研究微纳温度传感器在高温、高速、强振等恶劣环境下的可靠性;研究传感器标定、信号无线引出及多传感器系统集成技术;实现微纳温度传感器批量化生产,并在重大技术装备中示范应用。  考核指标:传感器量程100℃~1300℃,误差±1.0%;响应时间≤10ms,无线传递距离≥2mm;抗振动 1000Hz/20g,抗冲击100g/8ms 半正弦波,生产能力≥5000 套/年,销售量≥1000 套。  有关说明:由企业牵头申报。  二、高端仪器仪表  1. 基于语义交互集成的仪器仪表新型体系架构(基础前沿技术类)  研究内容:研究标准化语义描述、元数据提取、分类编码规则等仪器仪表信息交互基础方法;研究基于语义交互的仪器仪表信息集成与智能互联技术;开发适应语义交互集成、可重构的仪器仪表新型技术架构;在面向智能工厂应用的典型仪器仪表上开展原理验证。  考核指标:语义描述基础数据库覆盖仪器仪表数≥50种、数据量≥30万条;新型技术架构具备语义交互集成、自主智能、模块可重构等功能,自主重构装载任务配置能力达到 10ms 量级,在2类以上的智能化仪器仪表进行原理验证。  2.基于量子效应的仪表原位标校技术(基础前沿技术类)  研究内容:研究基于量子效应实现仪表原位标校的基础方法;研究量子磁通调控和数模转换技术、量子准确度任意电压信号合成技术;建立以量子数模转换为核心的标准级电压校准器物理系统并在仪器仪表制造行业开展原理验证。  考核指标:实现直流至10kHz 量子电压信号输出,幅度有效值达到1V,有效值准确度优于2μV@(1V,直流~1kHz)、3μV@(1V,1kHz~10kHz),最大谐波失真优于-100dBc@(1V,1kHz),基于量子数模转换物理系统实现电压源/表的原位标校方法不确定度优于 5μV/V@(1V,1kHz)。  3、具备边缘计算能力的新型仪器仪表(共性关键技术类)  研究内容:研究仪器仪表嵌入式硬件计算资源分配、计算效能等的基础理论与技术;研究仪器仪表边缘计算的数据实时分析与处理等技术;研制面向智能工厂应用的基于边缘计算技术的新型仪器仪表,并在典型流程行业示范应用。  考核指标:研发具备自诊断、自学习、自决策和网络服务能力的压力、流量、气体分析等 3 类智能化仪器仪表,仪器仪表边缘计算响应时间≤100ms,自学习压力、流量、气体分析趋势变化率等,自诊断效率≥95%。  4.面向恶劣环境的仪器仪表可靠性设计及验证技术(共性关键技术类)  研究内容:研究冶金、化工、船舶等高温和高盐雾腐蚀等恶劣环境条件下典型仪器仪表失效机理与模型、可靠性设计与仿真方法;研究可靠性高加速寿命和加速筛选等试验方法;建立恶劣环境下仪器仪表可靠性保障体系与验证平台;研制高可靠仪表,开展可靠性设计验证。  考核指标:恶劣环境下仪器仪表可靠性设计与试验分析软件1套;建立可靠性保障规范与验证平台;研制温度、压力、流量等恶劣环境条件下使用的验证性仪表,仪表平均故障间隔时间≥8000h。  5.高性能真空监测仪表(应用示范类)  研究内容:研究高真空测量用阀体组件、标准连接装置等关键部件,以及高真空密封装配技术;研制高密封、高真空、宽量程、低功耗的真空监测仪表;在易燃易爆流体储运、真空镀膜、真空冶炼等制造领域示范应用。  考核指标:组件整体漏率≤10-11Pa?m3?s-1,压力测量范围105Pa~10-5Pa,测量误差优于±15%@(10-2Pa~10-5Pa);仪表总功耗≤5W。  有关说明:由企业牵头申报。  6.汽车关键部件装配缺陷视觉检测仪(应用示范类)  研究内容:研究适用于工业现场的汽车关键部件装配缺陷检测原理及方法,建立装配缺陷视觉检测模型;研究三维光学传感系统设计与集成、工业现场装配环境下的复杂形貌三维重构、装配缺陷特征表示及识别等关键技术;研制具有自主知识产权的汽车关键部件装配缺陷视觉检测仪;在汽车发动机等关键部件装配生产线开展示范应用。  考核指标:单视点检测时间≤3s,装配缺陷检测灵敏度≤±20μm,形貌重构精度≤0.1mm,装配缺陷识别种类≥20种,装配缺陷识别准确率≥99%;形成汽车装配缺陷视觉检测标准;仪器销售量不少于10套;在不少于2个汽车关键部件装配环节示范应用。  有关说明:由企业牵头申报。  7.特种工况实时在线测量仪表(应用示范类)  研究内容:研究特种工况实时在线测量仪表的材料改性、敏感元器件优化、防护提升等工程化关键技术,开发适用相应工况的压力变送器、流量计和液位计等测量仪表;在光热发电、核电、化工等领域示范应用。  考核指标:压力测量范围0~7MPa,精度优于±0.075%FS;流量测量范围0~5m3/h,精度优于±1%FS;液位测量范围0~10m,精度优于±0.03%FS;上述3 类仪表可测量介质温度≥550℃,原位测量特殊介质包括熔融金属、高温盐质、加氢原料、氧化流体等;至少在2个领域开展示范应用且满足该领域的其他特殊使用要求。  有关说明:由企业牵头申报。  8.高性能特种控制阀(应用示范类)  研究内容:研究适用于高温、高压差和高流速等特殊工况的特种控制阀整体构造、减压结构、材料处理、密封形式等关键技术;开发特种控制阀门,并在石化高压反应、核电等领域开展示范应用。  考核指标:控制阀使用温度≥350℃,控制压差≥17.0MPa,调节精度优于±1.5%,可调比≥100:1,阀座泄漏率达到Ⅴ级,系列化阀门口径最大可达DN450。

以我校仪器与电子学院薛晨阳教授为项目负责人申报的《多功能硅基微纳器件及系统的设计与制造》主题项目获得2015年度国家“863”计划先进制造技术领域立项资助,标志着我校国家级高水平研究项目的承担能力获得不断提升!

MEMS技术一个显著的特点是工艺具有高度的选择性,基于工艺的选择性,已经发展出一系列MEMS制造技术,使得MEMS传感器的性价比大幅度提高,在手机、汽车、医疗和消费领域得到广泛应用。同样,基于MEMS的工艺选择性,也可以发展出纳米制造技术。我们将介绍基于MEMS的微纳制造新方法,回顾作者利用建立的制造方法研制的超高灵敏微纳传感器及其应用。

该项目面向物联网无线传感网络节点、移动互联无线智能终端、装备智能诊断等新型产业对高性能、多功能、低功耗微纳器件及系统的需求,开展兼具能源供给、多参量传感、无线传输和信息处理等多功能的微型化、集成化高端MEMS器件与系统研究,针对可制造性设计方法、三维异质集成及阵列化制造方法、智能系统集成技术等开展协同攻关,旨在突破高端微纳器件与系统的设计、制造、集成等前沿核心技术,为提升我国工业信息化和智能化水平提供基础器件和关键技术支撑。