Регистрация / Вход
Прислать материал

Разработка конструкции и технологии изготовления инерциальной измерительной системы на основе интегрированных микромеханических акселерометров и гироскопов

Номер контракта: 14.575.21.0069

Руководитель: Тимошенков Сергей Петрович

Должность: заведующий кафедрой Микроэлектроника

Организация: федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский университет "Московский институт электронной техники"
Организация докладчика: федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский университет "Московский институт электронной техники"

Аннотация скачать
Постер скачать
Ключевые слова:
технологии микроэлектромеханических систем, стабилизация, инерциальная навигация, mems, датчики, 3d-интеграция, акселерометры, гироскопы

Цель проекта:
1. Разработка методов проектирования и технологий создания нового класса интегрированных микроэлектромеханических систем (МЭМС), объединяющих функции сенсорных, управляющих и исполнительных элементов, установленных в инерциальной измерительной системе. 2. Разработка конструкции и технологии изготовления инерциальной измерительной системы на основе интегрированных МЭМС устройств (акселерометров и гироскопов), объединяющих функции сенсорных, управляющих и исполнительных элементов. 3. Предоставление научно-исследовательским организациям новых и эффективных технологий создания интегрированных микроэлектромеханических систем и акселерометров и гироскопов; 4. Получение значимых научных результатов, позволяющих переходить к созданию новых типов микроэлектромеханических систем и акселерометров и гироскопов; 5. Обеспечение экспортного потенциала и замещение импорта микроэлектромеханических систем и акселерометров и гироскопов

Основные планируемые результаты проекта:
В ходе выполнения ПНИ планируется получение следующих научно-технических результатов:
1. Промежуточные и заключительный отчеты о ПНИ, содержащие в том числе:
а) анализ научно-технической литературы, нормативно-технической документации и других материалов, относящихся к разрабатываемой теме;
б) методику проектирования интегрированных микроэлектромеханических систем (датчиков, установленных в инерциальной измерительной системе), объединяющих функции сенсорных, управляющих и исполнительных элементов;
в) лабораторную методику создания инерциальной измерительной системы на основе интегрированных МЭМС устройств, объединяющих функции сенсорных, управляющих и исполнительных элементов;
г) результаты анализа данных экспериментальных исследований;
е) обобщение и выводы по результатам ПНИ.
2. Отчет о патентных исследованиях, оформленный в соответствии с ГОСТ Р 15.011-96.
3. Комплект эскизной конструкторской документации инерциальной измерительной системы.
4. Экспериментальный образец инерциальной измерительной системы на основе интегрированных МЭМС устройств.
5. Программно - алгоритмическое обеспечение функционирования нового класса интегрированных микроэлектромеханических систем.
6. Интерфейсы, обеспечивающие возможность непосредственного использования разработанного программно-алгоритмического обеспечения для создания МЭМС указанного класса методами аддитивных технологий (3D-сборка).
7. Технические требования и предложения по разработке, производству и эксплуатации продукции с учетом технологических возможностей и особенностей индустриального партнера - организации реального сектора экономики.
8. Проект технического задания на проведение ОКР по теме: "Разработка опытно-промышленной технологии изготовления инерциальной измерительной системы на основе интегрированных микромеханических акселерометров и гироскопов".

Разрабатываемая инерциальная измерительная система должна обеспечивать выполнение следующих требований:
Нелинейность передаточной характеристики угловой скорости не более 10 %, относительно диапазона измерений.
Нелинейность передаточной характеристики ускорения не более 10 %, относительно диапазона измерений.
-диапазон измерения интегрированных МЭМС:
диапазон измерения ускорений - ±5 g,
диапазон измерения угловых скоростей ±300 °/с
-уровень шума интегрированных МЭМС:
акселерометров - не более 0,1 mg / √Гц
гироскопов – не более 0,1 °с / √Гц

Краткая характеристика создаваемой/созданной научной (научно-технической, инновационной) продукции:
В результате проведенного исследования были проанализированы основные участники рынка интегрированных микроэлектромеханических систем (МЭМС), объединяющих функции сенсорных, управляющих и исполнительных элементов, установленных в инерциальной измерительной системе, инерциальных навигационных систем. Была проведена сегментация участников рынка и их продукции. Определены сильные и слабые стороны продукции, выпускаемой конкурентами, проведен анализ патентного портфеля основных игроков рынка.

Разработками инерциальных измерительных систем на основе интегрированных микромеханических акселерометров и гироскопов активно занимаются как отечественные, так и зарубежные компании. Наибольшая активность в этом направлении принадлежит компаниям США и Японии.
В России исследованиями в данной области и регистрацией результатов занимаются, как правило, научно-производственные компании и научные институты прикладного характера, такие как ЦНИИ Электроприбор и ОАО НПП Темп Авиа. Исследование технического уровня и тенденций развития технологии изготовления измерительных систем на основе интегрированных микромеханиче-ских акселерометров и гироскопов показало, что работы в этой области перспективны и актуальны и соответствуют мировому уровню.

В результате исследования были определены основные технические характеристики устройства, необходимые для обеспечения его конкурентоспособности на российском и зарубежных рынках.

Назначение и область применения, эффекты от внедрения результатов проекта:
Установлено, что технологии микросистемной техники, обеспечивающие создание инерциальных измерительных систем на
основе интегрированных микромеханических акселерометров и гироскопов, получают широкое развитие в настоящее время.
Главным в этом направлении является применение микроэлектронной технологии, адаптированной для производства
сложных интегрированных устройств, совмещающих механические и электронные компоненты в единой системе.
Потребителями таких систем являются многие отрасли промышленности, среди которых: геологоразведка,
автомобилестроение, приборостроение, авиация, транспорт, добыча полезных ископаемых, медицинское оборудование,
спортивные тренажеры, телекоммуникационная техника, робототехника, бытовая техника, оборонная промышленность и пр.

Применение данной инерциальной измерительной системы на основе интегрированных микромеханических акселерометров и
гироскопов позволит увеличить точность и надежность приборов системы глобального местоопределен и я, а также
контролировать перемещение различных движущихся средств: автомобилей, самолетов, промышленных роботов, антенн,
промышленного оборудования.

Научно-технические результаты ПНИ могут быть коммерциализированы как в виде патентов, ноу-хау и уникальных
технологий, так и в виде создания мелкосерийного производства готовых изделий. Дальнейшие предложения по
коммерциализации будут разрабатываться по мере выполнения работ ПНИ.

Текущие результаты проекта:
По 1 Этапу:
1. Дана сравнительная оценка эффективности возможных направлений исследований.
2. Разработаны наиболее оптимальные варианты решения задачи построения МЭМС, объединяющих функции сенсорных, управляющих и исполнительных элементов.
3. Разработан метод расчета пропускной способности интерфейса инерциальной измерительной системы.
4. Разработана методика проектирования интегрированных МЭМС, приведенная в отчете по ПНИ.
5. Проведены маркетинговые исследования с целью изучения перспектив
коммерциализации результатов исследований, полученных при выполнении ПНИ.
6. Исследовано влияние различных технологических дефектов на точность МЭМС
различных видов.
7. Разработаны рекомендации к обеспечению уровня технологических дефектов при изготовлении МЭМС заданного уровня точности.

По 2 Этапу:
1. Разработана функциональная схема инерциальной измерительной системы.
2. Проведены теоретические расчеты и моделирование интегрированных МЭМС, объединяющих функции сенсорных, управляющих и исполнительных элементов.
3. Разработана Программа и методики исследовательских испытаний экспериментального образца инерциальной измерительной системы.
4. Разработаны требования к допускаемым технологическим дефектам изготовления МЭМС, обеспечивающие заданный уровень точности МЭМС.
5. Созданы математические модели интегрированных МЭМС с использованием современных методов моделирования и систем автоматизированного проектирования.
6. Исследованы и отработаны процессы глубокого селективного травления кремния, направленные на улучшение параметров разрабатываемых интегрированных МЭМС.