автореферат диссертации по приборостроению, метрологии и информационно-измерительным приборам и системам, 05.11.14, диссертация на тему:Диагностика чувствительных элементов и измерительных модулей датчиков давлений и технологий их изготовления

ЛАПШИН Игорь Олегович

ДИАГНОСТИКА ЧУВСТВИТЕЛЬНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ II ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ МОДУЛЕЙ ДАТЧИКОВ ДАВЛЕНИЙ И ТЕХНОЛОГИЙ ИХ ИЗГОТОВЛЕНИЯ

Специальность 05.11.14 - Технология приборостроения

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

884

686500

004606500

ЛАПШИН Игорь Олегович

ДИАГНОСТИКА ЧУВСТВИТЕЛЬНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ И ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ МОДУЛЕЙ ДАТЧИКОВ ДАВЛЕНИЙ И ТЕХНОЛОГИЙ ИХ ИЗГОТОВЛЕНИЯ

Специальность 05.11.14 - Технология приборостроения

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Работа выполнена на кафедре «Информационно-измерительная техника» государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Пензенский государственный университет».

Научный руководитель:

доктор технических наук, профессор Михайлов Петр Григорьевич

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор Васильев Валерий Анатольевич:

кандидат технических наук, доцент Диянов Александр Иванович

Ведущая организация:

ФГУП «НИИЭМП» (г. Пенза)

Защита состоится 23 июня 2010 г. в 14 часов на заседании диссертационного совета Д 212.186.02 при государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Пензенский государственный университет» по адресу: Россия, 440026, г. Пенза, ул. Красная, 40.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке государственного образовательного учреждения высшег о профессионального образования «Пензенский государственный университет».

Автореферат размещен на сайте www.pnzgu.ru

Автореферат разослан 22 мая 2010 г.

Ученый секретарь диссертационного совета доктор технических наук,

профессор Светлов А. В.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Важнейшим ключевым элементом систем контроля, диагностики и автоматического управления являются датчики физических величин, воспринимающие информацию о состоянии параметров контролируемого объекта и формирующие измерительные сигналы в форме, удобной для передачи, дальнейшего преобразования и обработки. При этом важнейшими частями любого датчика, определяющего его основные технические характеристики, являются: чувствительный элемент (ЧЭ), выполненный в виде отдельного кристалла, пьезопластины, балки и проч. и конструктивно и функционально законченный измерительный модуль (ИМ).

Анализ задач измерений динамических давлений в ракетно-космической и авиационной технике показал, что датчиков» и преобразующая аппаратура (ДПА), применяемая для этих целей, подвергается наиболее сосредоточенному и комплексному воздействию внешних дестабилизирующих факторов, таких как: перепады давлений, вибрации и удары, резкие перепады температур, агрессивные среды.

Непрерывное усложнение создаваемых аппаратов и объектов для длительных орбитальных полетов, высокая насыщенность их системами диагностики, управления и контроля, а также повышение их срока активного функционирования, требуют дальнейшего совершенствования и создания нового поколения ДПА, содержащей в своем составе элементы самодиагностики и искусственного интеллекта.

При этом наиболее сложными объектами ДПА в ракетно-космической технике (РКТ), являются датчики статико-динамических давлений (ДСДД), работоспособность и метрологические характеристики которых должны контролироваться как в статическом, так и в динамическом режимах.

Для проведения испытаний и проверок ДСДД существуют многочисленные методики, программы и процедуры, которые в своей совокупности образуют технологические цепочки, являющиеся одними из важнейших этапов их жизненного цикла.

Анализ существующих методов и средств диагностики ДСДД показал несистемный характер процедур контроля и диагностики, что затрудняет своевременное выявление потенциально опасных дефектов в ЧЭ и ИМ, возникающих при проведении технологических операций изготовления датчиков.

В направлении разработки методов и средств диагностики и контроля работают такие научные школы и организации, как Южный федеральный университет, ОКБ «Пьезоприбор» (г. Ростов на Дону), НПО «Измерительная техника» (г. Королев), Тульский государственный университет, ОАО «НИИФИ» (г. Пенза), «ЭЛПА» (г. Зеленоград), зарубежные фирмы ЕпДеусо. ВшЦ АКгег, а также отечественные и зарубежные ученые: Иориш Ю.И, Клюев Ю. Н., Панич А.Е, Распопов В.Я., Михайлов П.Г., ЕИег Е.Е., И. Jaffe. и др.

Однако известные ''етоды, средства и технологии диагностики имеют ряд существенных недостаг , которые не позволяют провести экспрессную оценку работоспособности и и.-., ¿ения основных характеристик ЧЭ и ИМ, в том числе и в составе датчика.

Кроме того с шествующие нормативные и регламентирующие документы по датчикам физические величин в недостаточной мере определяют функции ЧЭ н ИМ.

По этим и ряду других, причин разработка методов и средств функциональной диагностики ЧЭ и ИМ ДСДД является актуальной научно-технической задачей.

Цель и задачи исследований. Целью работы является разработка и исследование методов, средств и технологий функциональной диагностики чувствительных элементов и измерительных модулей датчиков статико-динамических давлений информационно-шмерительных и управляющих систем и изделий ракетно-космической техники.

Эга цель достигается.

- анализом и обобщением методов и средств диагностики ЧЭ и ИМ ДСДД:

- выбором и исследованием диагностических воздействий и методов обработки откликов структур ЧЭ и ИМ;

-разработкой критериев годности ЧЭ и ИМ и специальных технологических операций;

- проведением исследований по обеспечению конструктивной и технологической совместимости диагностических структур, формируемых на ЧЭ и ИМ многофункциональных датчиков;

- разработкой новых топологий контролепригодных ЧЭ и ИМ;

- разработкой новых устройств контроля и диагностики ЧЭ, ИМ и ДСДД;

-разработкой и исследованием режимов проведения и контроля специальных

технологических операций формирования ЧЭ и ИМ;

- проведением экспериментальных исследований ЧЭ и ИМ полупроводниковых и пьезоэлектрических датчиков с использованием разработанных методов и устройств диагностики.

Методы исследования. При разработке моделей диагностируемых структур ЧЭ и ИМ использовались положения физики твердого тела, кристаллофизики, тензорного анализа, теории упругости, теории распознавания образов. В экспериментальных исследованиях использованы положения теории измерений, планировании эксперимента.

Основные теоретические положения подтверждены результатами экспериментальных исследований разработанных образцов, методов и программ диагностики и контроля в натурных образцах ЧЭ и ИМ датчиков.

Научная новизна работы заключается в следующем:

1. Развиты методы контроля и диагностики структур пьезорезисторных и пьезоэлектрических ЧЭ и ИМ многофункциональных датчиков статико-динамических давлений.

2. Разработаны и обоснованы диагностические критерии оценки качества ЧЭ и ИМ датчиков в процессе изготовления и настройки, позволившие повысить достоверность контроля на всех стадиях их изготовления.

3. Развиты конструктивно-технологические методы компенсации влияния механических напряжений на электрофизические характеристики пьезорезистивных структур, обеспечившие повышение качества и уменьшение погрешностей измерения.

4. Предложены и апробированы режимы специальных технологических операций, обеспечивающие снижение объема и трудоемкости изготовления за счет исключения промежуточного контроля процессов формообразования полупроводниковых ЧЭ.

5. Разработаны и внедрены новые конструкции устройств диагностики и контроля технических характеристик ЧЭ, ИМ и датчиков, позволившие повысить оперативность и технологичность контроля их качества.

Практическая значимость работы. Работа способствует решению актуальной научно-технической задачи по разработке методов и аппаратуры для технической диагностики работоспособности датчиков для информационно-измерительных систем ракетно-космической и авиационной техники.

Применение разработанных методов и устройств позволяет проводить диагностику ЧЭ, ИМ и датчиков на всех этапах их изготовления, оперативно выявляя дефекты, критические режимы и неисправности.

Научная и практическая значимость подтверждаются тем, что исследования проводились в рамках Федеральной космической программы России на 2000-2015 гг. (НИР «Датчик» и ОКР «Возрождение»), Кроме того, результаты исследований внедрены в системы контроля и испытания автомобильных датчиков в ООО Пензенский завод «Электромехизмеренле».

Реализация результатов работы. Основные результаты теоретических и экспериментальных исследований автора (в соавторстве) использованы при разработке ЧЭ и ИМ ДСДД. а также методик их диагностики и контроля; методы преобразования контролируемых параметров, средства диагностики использованы в лекционном материале и

лабораторном практикуме дисциплин «Датчики физических величин» и «Методы измерения физических величин» кафедры «Информационно-измерительная техника».

Апробация работы. Основные научные и практические результаты исследований по теме диссертации докладывались и обсуждались на Международной научно-технической конференции «Методы и средства измерения в системах контроля и управления» (г. Пенза. 1999); Всероссийской научно-технической конференции (г. Пенза. 2001); Международной школе-семинаре «Синтез и сложность управляющих систем» (г. Пенза. 2002); Международной конференции «Математическое моделирование экологических систем» (г. Алматы, 2003): Международной научно-технической конференции «Методы, средства и технологии получения и обработки измерительной информации» (г. Пенза, 2008); Международной научно-технической конференции «Современные информационные технологии» (г. Пенза, 2008, 2009); Международной научно-методической конференции «Университетское образование» (г. Пенза, 2009); Международном симпозиуме «Надежность и качество» (г. Пенза. 2009).

Основные положения, выносимые на защиту;

1. Методы контроля и диагностики структур пьезорезисторных ЧЭ и ИМ многофункциональных датчиков статико-динамических давлений, основанные на анализе.

-конфигураций обратных ветвей вольтамперных характеристик и их производных;

-фотоответа при лазерном сканировании пьезорсзистивных структур и контактны:; дорожек.

2. Метод контроля и диагностики пьезоэлектрических ЧЭ и ИМ датчиков динамических давлений, основанный на использовании прямого и обратного пьезоэффектов и обработки откликов с помощью вейвлет-преобразования, позволяющий повысить оперативность и информативность диагностики.

3. Диагностические критерии оценки качества ЧЭ и ИМ датчиков в процессе их изготовления и настройки, позволяющие повысить достоверность контроля качества на всех стадиях их изготовления

4. Конструктивные и технологические методы компенсации влияния механических напряженнй на электрофизические характеристики пьезорезистивных структур ДСДД.

5. Режимы и содержание специальных технологических операций формообразования полупроводниковых ЧЭ.

6. Новые конструкции устройств диагностики и контроля технических характеристик ЧЭ, ИМ и датчиков, обеспечивающие оперативный контроль, диагностику и архивирование характеристик ЧЭ, ИМ и датчиков в процессе их изготовления.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 25 работ, в том числе 2 статьи в изданиях, рекомендованных ВАК России. Без соавторов опубликовано 6 работ.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, библиографического списка и приложения. Общий объем диссертации 179 страниц, из которых 17! страница основного текста, в том числе 98 рисунков и 5 таблиц. Библиографический список содержит 184 наименования.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обсуждается актуальность проблемы диагностики ДСДД. обозначены основные научные школы и ученые, которые занимаются данной проблематикой. Отмечены противоречия между существующей нормативной документацией и реальной ситуацией в области создания ДПА. Определены цели и задачи исследования, приводится краткая характеристика основных положений диссертационной работы.

В первой главе проведен обзор и анализ методов и средств диагностики датчиков, измерительных систем и изделий. Рассмотрены общие вопросы и задачи функциональной диагностики датчиков и измерительных систем. Исходя из анализа реальных условий эксплуатации датчиков в изделиях РКТ и авиационной техники выявлены обобщенные технические требования к диагностической и испытательной аппаратуре.

Показано, что значительное число дефектов и неисправностей ДПА, выявленных у заказчиков относится к категории производственных, которые не были своевременно выявлены по причине несовершенства методов и средств диагностики.

Приведены примеры объектов диагностики и определены решаемые задачи. Показано, что используемые методы диагностики и инструментальное оснащение диагностических систем зависят от многих факторов, основными из которых являются:

- физический принцип преобразования;

- диапазоны изменения контролируемых параметров;

- тип и назначение изделия или системы, в которой используются датчики;

- вид и уровень влияющих на датчик внешних неинформативных величин (помехи).

Обозначены проблемы и намечены пути обеспечения контролепригодности ЧЭ, ИМ и

датчиков.

Подробно рассмотрены и проанализированы особенности существующих методов контроля и диагностики ЧЭ и ИМ, изготовленных с применением различных технологий (твердотельной, тонкопленочной, пьезокерамической). Отмечено, что все большее распространение в современной ДПА получают встроенные системы самодиагностики и устройства, имитирующие программно-аппаратным способом воздействие на датчик различных факторов и измеряемых величин.

Вторая глава посвящена диагностике и контролю механических напряжений (МН), температуры и вибраций, возникающих в ЧЭ и ИМ датчиков.

Отмечено, что МН привносятся на всех стадиях изготовления ЧЭ и ИМ и эксплуатации их в составе датчиков. Их дестабилизирующее воздействие на электрофизические характеристики (ЭФХ) чувствительных структур проявляется следующим образом;

- деформируются обратные ветви вольтамперных характеристик (ВАХ) изолирующих переходов,

- увеличиваются токи утечки мостовой схемы;

- снижаются пробивные напряжения;

- уменьшается тензочувствительность;

- увеличиваются шумы;

- деформируются тонкие перемычки;

- происходит дрейф и деградация ЭФХ.

Рассмотрены модели МН:

-в гетерогенных пленочных структурах

„„ _ 2_ ¡г, „их к;

а* ~ зя(1-/0 "С1'1 ~ 6/Ут, (I ■- цг) ~С|' Яй,

где А), /72, Е], ¿¿-толщины и модули Юнга соответственно пленки и подложки, ц2-коэффициент Пуассона кремния, Л-радиус изгиба структуры БЮ^-БЬ

-и в твердотельных структурах

С,

1-/1

, с! — 2 1-/яСН ег/с

' (4 £>/)'= я*

где у-коэффициент сжатия (растяжения) решетки диффузантом, О-коэффициент диффузии, Сг-поверхностная концентрация, с!-толщина пластины, /-время диффузии.

На основе полученных моделей определены численные значения МН, действующие в гетерогенных пленочных структурах ЧЭ. Получено, что минимальный уровень МН имеют пленки Б!, средний уровень наблюдается у пленок, а максимальный у $'Юг пленок.

Для ЧЭ на основе поликремниевых тензоструктур основными диагностическими характеристиками является поверхностное сопротивление и температурный коэффициент сопротивления (ТКС). имеющие несколько составляющих:

! еЖ

Я.

с/Я,

Я с/Т Я. + Я, 1 Я. с/Т Я.. +Я.,

В.

Я'сП

Я,

я. +я„

Ял

где „ =_!_.®_-ТКС пленки, а = — ■ -ТКС кристаллита,

я ат " Я, ёТ

К. + К, К, дт

области обеднения (барьера).

Проведены исследования по методам и средствам контроля МН, совместимым с микромеханическими сенсорными структурами ЧЭ и ИМ (рис. !)■ Доказано, что для корректного назначения допусков на диагностические параметры необходимо учитывать зависимость ЭФХ от температуры и кристаллографической ориентации.

/пр(М-А)

Рх= О

'обр (В)

0,2 0,4 0,6 0,8 £пр(В)

--0,4 --0,6 --0,8

|г/о6р(|ЛА)

I Рисунок 1 -Влияние деформации на В АХ пьезодиодной структуры

I Рассмотрены конструктивно и технологически совместимые методы преобразования

температуры в электрический параметр. Показано, что наиболее информативным термопараметром для пьезорезистивных структур является прямое напряжение на электронно-дырочных переходах, отличающееся высокой линейностью и стабильностью.

| Предложены методы и средства совмещенного контроля МН и температуры в полупроводниковых и металлопленочных ЧЭ и ИМ (рис. 2).

Рисунок 2-Топология транзисторной термочувствительной структуры

Исследованы методы вибродиагностики примененные как для контроля вибраций ЧЭ и ИМ пьезоэлектрических датчиков, так и для проведения их функциональной диагностики с использованием обратного пьезоэффекта (рис. 3).

Мембрана

^ Г1Э

вчэ

р иэк Виброгруз

1—1 V

Рисунок З-Структура пьезоэлектрического ИМ совмещенного датчика акустических давлений и вибраций с раздельными пьезоэлементами: ПЭр-рабочий пьезоэлемент, ПЭК-компенсационный пьезоэлемент, СЭ~суммирующий элемент (конденсатор), УЗ-усилитель заряда, УН-уеилитель напряжения

При действии вибраций на измерительных электродах ИМ генерируется заряд:

где д-заряд, ¿¡з-пьезомодуль, Г-сила, т-масса инерционного груза, а-измеряемое ускорение.

При этом виброчувствительность (5,) определяется:

Для повышения информативности диагностики вибросигналов с пьезоэлектрических датчиков динамических давлений (рис. 4) в работе использован математический аппарат вейвлет-преобразование, использующий для спектрального анализа вейвлет-функцию вида:

^>а) = 1 ОЛ

где х-сдвиг, о-масштаб, (-время; Ч* -вейвлет функция,/(^исследуемая функция.

Вейвлет-преобразование, в отличие от известного Фурье-преобразования, позволяет исследовать различные вибросигналы с учетом их временного дрейфа, а также одинаково хорошо выявлять как низкочастотные, так и высокочастотные характеристики сигнала на разных временных масштабах. По этой причине вейвлет-анализ часто сравнивают с "математическим микроскопом", вскрывающим внутреннюю структуру существенно неоднородных объектов.

в

Рисунок 4-Диагностика вибросигналов с ЧЭ и ИМ пьезоэлектрических датчиков с

использованием ВП: а-исходный исследуемый вибросигнал, б-частотный спектр вибросигнала, в-скейлограмма вибросигнала

В третьей главе рассмотрены вопросы диагностики специальных технологических операций формирования элементов и структур ЧЭ и ИМ датчиков. Предложены диагностические критерии контроля ЧЭ и ИМ в процессе их изготовления. Обоснованы диагностические критерии и методики контроля специальных микромеханических технологических операций. К таким операциям относятся операции формообразующего травления, электроадгезионное соединение, ионное легирование и проч. Описаны методы уменьшения трудоемкости операций контроля формообразования путем достижения условий самоорганизации процессов травления:

у _К1К^р-ехр(-Ев/кТ) П0ДЛ Кг-ех^{-Еа/кТ)+К,

где Нтд,-ск ,рость травления материала подложки, К\ и Кг -коэффициенты пропорциональност1 £3-энергия активации процесса травления, ¿-постоянная Больцмана, Г-температура травителя.

Анализируя приведенное уравнение, можно получить два важных результата:

1) при К, « Кг ■ ехр(- Еа /кТ):

2) при К1 » К\ ■ ехр(- Е0 /кТ):

В первом случае скорость травления имеет чисто концентрационную зависимость и имеет изотропный характер. Соответственно и травтелн с полученной концентрационной зависимостью являются изотропными и полирующими (когда Л^-мала).

Во втором случае скорость травления зависит не только от концентрации травигеля. но и, в большей мере, от степенного показателя (-Е{1/кГ), т.е. от свойств материала (составляющая Л"а) и температуры трактсля (71 1 !ри этом (/;„) зависит в полупроводниках от плотности упаковки атомов в кристалле, которая определяется кристаллографической ориентацией.

Для обеспечения самоуправляемое™ процессов формообразующего электролитического и химического травления внутренних и наружных элементов Ч') исследованы технологические режимы и гетероструктуры, обеспечивающие самоторможение травлення. При этом диагностическим критерием окончания электролитического травления'является резкое снижение тока, протекающего в цепи анол-Л1-пластина-катод (рис. 5), а для химического травления-стравливание фигур упреждения защитной маски.

Е„=5В

Травитель КД+Н,0

1 50 С

До травления

Кварцевый стакан

Катод (Р1)

/

6ГО,<-.

ш

у,

Л

После травления

п-а

Р5=40 ОМ'СМ

р-Э(ЮО)

р »40ОМ-СМ

Г

КНК-ЭПИ-структура

гр

Рисунок 5-Схема технолог ического процесса самоуправляемого анодного анизотропного травления кремния при формировании тонких мембран ЧЭ и ИМ

Конфигурация (топология) защитной маски (рис. 6) имеет фигуры упреждения (Т-образной формы), которые исчезают (полност ью стравливаются) после достижения заданной высоты внешней мезаструктуры.

Размеры элементов маски, обеспечивающих корректную геометрию мезаструктур, определяют из соотношений:

// 42 - В

где /, и В соответственно длина и ширина фигуры упреждения, //-высота мезаструктуры, Кит-скорость травления в направлении |100].

Рисунок 6-Фрагмснт защитной маски для травления мсза-структур с '['-образными фигурами

упреждения

Критичной в микромеханике по отношению к поддержанию технологических режимов является специальная технологическая операция элсктроадгсзионного соединения (')ЛС') кремния со стеклом, от качества проведения которой зависит надежность и характеристики ИМ (рис. 7).

Рисунок 7-Циклограмма процесса электроадгезионного соединения

Обнаружено, что при оптимальных режимах проведения ЭАС за счет создания на границе стекло-кремний встроенного неисчезающего заряда создается значительная электростатическая сила сжатия, которая может быть определена исходя из модели плоского конденсатора:

р = ¿Vy.gn.SY/2

где 5-площадь контактирующих поверхностей, Е«-электрическая постоянная, равная 8,854-10"'2Ф/м, {/-напряясение, подаваемое на соединяемые материалы, ¿/-ширина обедненной области (усредненное значение), еср-диэлектрическая проницаемость зоны соединения.

£ ■ + С

Принимая £ср = -а ^ ст , получаем для е5г=14 и бст=8 (справочные величины) есР=11.

Подставляя в формулу для силы сжатия значения ¿/=1000 В, </«10...20 мкм, 5=25 мм2 и переводя их в стандартную размерность, получаем в зависимости от ширины переходной зоны значения сжимающих усилий от 6 до 25 Н. В пересчете на давление это составит:

Р = - = . 6 -:25 (дд) = 2. Ю5 ч-10" Па. £ 25-10

Такая величина сжимающего давления обеспечивает прочность и герметичность соединения кремния со стеклом в ИМ.

При проведении ЭАС контроль и диагностика технологических режимов осуществляется путем измерения и анализа величины и динамики электрического тока, который возникает на первой стадии процесса соединения (рис. 8).

160 120 80 40 О

Рисунок 8-Зависимость тока от времени соединения для различных стекол: 1-С35-1; 2-П15; З-ЛК-105

В четвертой главе приводятся результаты экспериментальной проверки предложенных технологий, методик и устройств функциональной диагностики ЧЭ, ИМ и датчиков, подтвердившие теоретические положения диссертации.

Экспериментально подтверждена достаточно высокая информативность метода оптического сканирования топологии ЧЭ в режиме фотовозбуждения (рис. 9). Метод позволяет с использованием достаточно простого аппаратного оснащения выявлять местоположение дефекта, а по характеру фотоответа судить о типе выявленного дефекта.

Для оценки качества ЧЭ и ИМ полупроводниковых ДСДД предложены и обоснованы диагностические критерии:

1 ток утечки (световой и темновой);

2 сопротивления пьезорезисторов в диагоналях моста;

3 разброс номиналов пьезорезисторов;

4 обратное напряжение;

5 нулевой уровень (£/»);

6 сигнал при подаче давления или разряжения ((Умом или минус и„ои).

Кроме того, выборочно у некоторых кристаллов анализируется ВАХ (прямые и обратные ветви зависимостей): /„^¿"¡(и^) и /0бр=/"2(^обр)-

Показано, что весьма информативным методом диагностики пьезорезистивных структур является контроль конфигурации ВАХ и ее производных.

При этом выявление связей аномальных отклонений конфигурации ВАХ «р-т> переходов пьезорезисторных структур с внутренними дефектами, позволяет получить наглядную и достоверную информацию о качестве с целью оптимизации технологических процессов производства ЧЭ и ИМ.

а б

Рисунок 9-Оптическая диагностика ЧЭ: а-мостовая схема с декадой балансировочных резисторов, сформированных на ЧЭ( х-удаляемые металлизированные перемычки, закорачивающие балансировочные резисторы), &-фрагмент балансировочного резистора с дефектом металлизации, выявленный методом оптического сканирования

Разработано устройство для контроля и испытания ЧЭ и ИМ (рис. 10). В нем механическое _ нагружение ЧЭ осуществляется путем подачи определенного контролируемого разряжения, которое создается компрессором. Кроме того, для более полной имитации реальных условий эксплуатации одновременно с подачей разряжения ЧЭ нагревают или охлаждают с помощью системы терморегулирования. В систему терморегулирования входят резистивный нагреватель, вмонтированный в корпус устройства, трубопровод для подачи охлажденного азота и элементы автоматики, поддерживающие температурный режим.

Использование данного устройства позволяет оперативно определять наличие дефектных ЧЭ как на пластине с неразделенными элементами, так и на отдельных элементах после их разделения.

Достоинствами устройства диагностики является его многофункциональность, которая позволяет провол ть диагностику ЧЭ совмещенных датчиков давления и температуры путем одно- менной или последовательной подачи давления, подогрева или охлаждения. Кроме тог.. , его помощью можно осуществлять термо-и баротренировку ЧЭ и ИМ датчиков, отбраков iвaя, тем самым, потенциально ненадежные элементы и модули.

Диагностически „• устройство конструктивно выполнено в виде столика, устанавливаемого нл стандартной зондовой установке контроля, при этом она не мешает позиционированию контактов зондовой головки.

Контроль диагностических характеристик может проводиться как на пластинах со сформированными, но еще не разделенными кристаллами, так и на отдельных разделен пых ЧЭ путем позиционирования их над отверстием приспособления, через которое на ЧЭ подается давление.

В

щтшттшь

////^¿¿¿г/л г//'/У/ // ////

Рисунок 50-Схема устройства для испытания ЧЭ и ИМ: а-столик с подогревом и электромагнитным держателем, б-схема измерения: 1-источник давления (разрежения), 2-задатчик температуры, 3-терморегулятор, 4-усилитель, 5-етолик; 6-регулятор давления (разряжения), 8-ЧЭ; 9-зовды, 10-сравнивающее устройство

Диагностика целостности и работоспособности пьезоэлектрических ЧЭ и ИМ осуществляется с использовании прямого и обратного пьезоэффекта, при которых пьезоэлемент (ПЭ) работает в пьезотрансформаторном режиме. Для повышения достоверности контроля в Г1Э сформирован дополнительный электрод, служащий для подачи диагностического импульсного или гармонического напряжения (рис. И).

Выходное напряжение с ПЭ, получаемое после подачи тестового сигнала:

Спэ Сиэ '

где р-плотность материала ПЭ, А, 5-толщина и площадь ПЭ, Спэ-емкость ПЭ.

Для повышения эффективности диагностики пьезоэлектрических ЧЭ и ИМ предложены новые конструктивные решения, включающие применение многослойных и монолитных пьезомодулей, пьезопленок и новых пьезоэлектрических материалов.

Электроды

"т

Дисковый пьезоэлемент

Вектор поляризации

^вых (/>о)

Рисунок 11-Газоэлектрический чувствительный элемент с диагностикой работоспособности

Выявлены особенности диагностики полупроводниковых ЧЭ совмещенных датчиков давления и температуры и предложены диагностические критерии таких ЧЭ.

На основе разработанных моделей структур ЧЭ. предложены конструктивно-технологические методы уменьшения объема контроля ЧЭ и ИМ путем использования полипленочных композиций, формируемых на упругом элементе ЧЭ. Данные конструктивно-технологические методы основаны на возможности уменьшения структурных и тепловых механических напряжений в пленочных структурах, формируемых на поверхности ЧЭ и имеющих суммарный коэффициент терморасширения:

а +а 1 + ка" ^ "ЛЛ +а„Е„рп = ° " Е„К =аи + ка„ _а„ 1 +!&

"" Е^ + Е,,^, \ + ЕЛГ" { + к " 1 + к "1 + к'

ед,

где во, осп- коэффициенты терморасширения соответственно материала ЧЭ и пленки. Ео и £гт-модули Юнга материала ЧЭ и пленки, Д». .Гп-площади соответственно ЧЭ и пленки. к, I - конструктивные коэффициенты.

Получены численные значения коэффициентов терморасширения для разных сочетаний материалов ЧЭ и пленок:

моноБьА! пленка толщиной 2 мкм, аол=2,4Т0'')1/°С, т. е. КТР ЧЭ после нанесения покрытия (алюминия) уменьшился с 3,5-10 6 1/°С до 2,4-10"г' 1/°С;

моно5ь№ пленка толщиной 2 мкм. аоп=3.5 10 "1/°С, КТР ЧЭ практически равен нулю, т.е. произошла термокомпенсация механических напряжений в ЧЭ.

Таким образом, благодаря нанесению пленочных компенсирующих покрытий, достигается значительная компенсация МН в композиционной структуре полупроводник-металлическая пленка и в ЧЭ и ИМ, изготовленных на их основе.

В процессе исследований разработана топология ЧЭ многофункциональных датчиков, которая характеризуется высокой технологичностью и контролепригодностью (рис. 12).

Сформированные на ЧЭ элементы контроля температуры и деформации совместно с низкоомными коммутационными шинами из высоколегированного кремния дают возможность проводить контроль и диагностику их ЭФХ. используя разработанное устройство для испытания, позволяя при этом получать одновременно информацию о

деформации и температуре контролируемых ЧЭ и ИМ многофункциональных датчиков дивления и температуры.

щ—Е; -

1 1 1

1 1-:". IV - 4 —-— и г

О т - !—

шш ■

К

!Г~

Рисунок 12-Топологпя контролепригодных ЧЭ: а- с элементами контроля МН и температуры, б-с высоколегированной коммутацией

Для решения задач по контролю и диагностике датчиков давления разработан технический облик контрольно-диагностической системы (КДС). КДС предназначена для проведения приемо-сдаточных и периодических испытаний полупроводниковых и металлопленочных датчиков давлений с передачей данных, предварительно обработанных по соответствующему алгоритму на ПК (рис. 13). Особенностью КДС является наличие многоканального коммутатора на основе малогабаритных герконовых реле, отличающихся низкоомным переходным сопротивлением при коммутации цепей, так как это очень важно для металлопленочных датчиков из-за низкоомности сопротивления самих тензорезисторов и малых изменений сопротивления от действия давления.

Рисунок 13-Структурная схема контрольно-диагностической системы

В приложения вынесены: листинг модуля процедуры расчета программы вейвлет-анализа вибросигналов и акты внедрения результатов диссертации.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ

1. Разработаны методы контроля и диагностики структур пьезорезисторных ЧЭ и ИМ многофункциональных датчиков статико-динамических давлений, основанных: - на анализе конфигураций обратных ветвей ВАХ и их производных:

-на измерении параметров фотоответа при лазерном сканировании пьезорезистивных структур и контактных дорожек, которые позволили оперативно выявлять нестационарные дефекты и несовершенства структур.

2. Разработан и апробирован метод контроля и диагностики пьезоэлектрических ЧЭ и ИМ датчиков динамических давлений, основанный на использовании прямого и обратного пьезоэффектов и обработки откликов с помощью вейвлет-преобразования, позволяющий повысить оперативность и информативность диагностики и проводить неразрушающую диагностику датчиков, установленных на изделиях.

3. Предложены диагностические критерии оценки качества ЧЭ и ИМ датчиков в процессе их изготовления и настройки, позволившие повысить достоверность контроля качества и обеспечить выявление и отбраковку дефектных.

4. Исследованы конструктивные и технологические методы компенсации влияния механических напряжений на электрофизические характеристики пьезорезистивных структур ДСДД, обеспечившие повышение выхода годных ЧЭ.

5. Исследованы и апробированы режимы специальных технологических операций формообразования полупроводниковых ЧЭ, основанные на самоторможении процессов травления и использовании «жертвенных» фигур упреждения, что снизило объем контроля за счет исключения промежуточных этапов контроля.

6. Проведены экспериментальные исследования и внедрены методы и устройства контроля и диагностики механических напряжений, температуры и вибрации с использованием элементов и структур, встроенных непосредственно в ЧЭ и ИМ, что позволило повысить достоверность контроля и диагностики состояния и функционирования датчиков.

7. Разработаны новые конструкции устройств диагностики и контроля технических характеристик ЧЭ, ИМ и датчиков, обеспечившие оперативный контроль, диагностику и архивирование характеристик ЧЭ, ИМ и датчиков в процессе их изготовления.

Работа обеспечивает создание и внедрение новых методов, устройств и технологий диагностики и контроля чувствительных элементов и устройств пьезорезистивных и пьезоэлектрических датчиков давлений с улучшенными метрологическими и эксплуатационными характеристиками для изделий и систем ракетно-космической и авиационной техники.

ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ: Публикации в изданиях, рекомендованных ВАК РФ

1. Лапшин И.О. Датчики для ракетно-космической и авиационной техники / И.О. Лапшин, П.Г. Михайлов, В.П. Михайлова // Авиакосмическое приборостроение-2010. № 3, с. 16-21.

2.Лапшин И.О. ' лгроль и диагностика чувствительных элементов пьезоэлектрических датчиков / И.О. Лай -1ин, П.Г. Михайлов, В.П. Михайлова // Контроль. Диагностика -2010, № 5.

Публикации в других изданиях

3.Лапшин И.О. Использование упрощенных моделей быстропеременных процессов при экспресс-анализе / И.О. Лапшин // Методы и средства измерения в системах контроля и управления: труды Международной научно-технической конференции. Пенза: ПДН'ГП. 1999.

4. Лапшин И.О. Диагностика сложных технических объектов с использованием вейвлет-преобразования / И.О. Лапшин // Методы и средства измерения в системах контроля и управления: труды Международной научно-технической конференции. Пенза: ПДНТП, 2001.

5. Лапшин И.О. Использование многомодельных систем диагностики / И.О. Лапшин. М П. Берестень. М.П. Строганов // Датчики систем измерения, контроля н управления: Межвуз. сб. науч. тр.-Вып. 21.-Пенза: Изд-во Пенз. гос. ун-та, 2001- С. 112-114.

6. Лапшин И.О. Применение вейвлет-анализа в задачах диагностики технических объектов I И.О. Лапшин, М.П. Берестень // Датчики систем измерения, контроля и управления". Межвуз. сб. науч. тр.-Вып. 21.-Пенза: Информационно-издательский центр ПГУ, 2001-С. 176-178.

7. Лапшин И.О. Использование диагностических моделей для автоматизированной оценки параметров исследуемых объектов / И.О. Лапшин И Методы и средства измерения в системах контроля и управления: труды Международной научно-технической конференции. Пенза: ПДНТП, 2002 - С. 97-99.

8. Лапшин И.О. Аспекты реализации систем диагностики с использованием вейвлет-преобразования / И.О. Лапшин // Синтез и сложность управляющих систем: труды ХШ Международной школы-семинара-Часть 11.-М.: Издательство центра прикладных исследований при механико-математическом факультете МГУ. 2002.-С. 139-142.

9. Лапшин И.О. Аспекты моделирования виброакуситческих полей для задач экологического мониторинга техногенных комплексов / И.О. Лапшин. В.И. Соловьева, А.Н. Кошев // Математическое моделирование экологических систем: труды международной конференции. -Алматы: Дайк-пресс, 2003.-С. 123-125.

10. Лапшин И.О. Применение метода аппроксимации многоэкстремальных функций в мониторинге акустических загрязнений / И.О. Лапшин. В.И. Соловьева, А.Н. Кошев // HoBi шформацшж технологи в вир'ниенш проблем виробництва, екологп , ocbith, управлшня та права: зб1рник наукових праць за результатами симпоз1уму. Хмельницкий: 2003.-С. 29-31.

Н.Лапшин И.О. Особенности диагностики сложных технических объектов с использованием вейвлет-преобразования / И.О. Лапшин // Проблемы качества и эксплуатации автотранспортных средств: труды Ш Международной научно-технической конференции труды.-Часть 1.-Пенза Изд-во ПГУСА, 2004.-С. 68-70.

12. Лапшин И.О. Методы обработки вибрационных сигналов с использованием вейвлет-преобразования / И.О. Лапшин, В.В. Звездин // Проблемы качества и эксплуатации автотранспортных средств: труды III Международной научно-технической конференции труды.-Часть I-Пенза: Изд-во ПГУСА, 2004.-С. 159-161.

13. Лапшин И.О. Использование диагностических моделей для автоматизации оценки сложных технических объектов / И.О. Лапшин. В.В. Звездин // Проблемы качества и эксплуатации автотранспортных средств: труды 1U Международной научно-технической конференции труды. -Часть I.-Пенза: Изд-во ПГСУ. 2004-С. 275-277.

14. Лапшин И.О. Вопросы моделирования сенсорных структур датчиков физических величин / И.О. Лапшин, П.Г. Михайлов, В.П. Михайлова // Современные информационные технологии: труды Международной научно-технической конференции. Вып. 7 Пенза: Изд-во ПГТА2008-С. 38^3.

15. Лапшин И.О. Вопросы создания высокотемпературных микроэлектронных датчиков / И.О. Лапшин, П.Г. Михайлов, В.П. Михайлова, A.A. Харлан // Современные информационные технологии: труды Международной научно-технической коиферениии-Вып. 7-Пенза: Изд-во ПГТА 2008.-С. 50-58.

16. Лапшин И.О. Методы расширения функциональных возможностей пьезоэлектрических датчиков акустических и быстропеременных давлений / И.О. Лапшин. П.Г. Михайлов. Ю.Н. Макаров // Методы, средства и технологии получения и обработки измерительной информации: труды Международной научно-технической конференции-Пенза: Информационно-издательский центр ПГУ. 2008. -С. 55-56.

17. Лапшин И.О. Методы функциональной диагностики элементов и структур полупроводниковых датчиков / И.О. Лапшин // Современные информационные технологии, труды Международной научно-технической конференцин.-Выпуск 8- Пенза: Изд-во ПГГА. 2009.-С. 73-74.

18. Лапшин И.О. Контроль и диагностика чувствительных элементов микроэлектронных датчиков / И.О. Лапшин. П.Г. Михайлов. ГВ. Петрунин //

Университетское образование: сборник материалов XIII Международной научно-методической конференции.-Пенза: ПДНТП, 2009.-С. 498-499.

19. Лапшин И.О. О поликремниевых сенсорных структурах микроэлектронных датчиков / И.О. Лапшин, П.Г. Михайлов, Г.В. Петрунин // Университетское образование: сборник материалов XIII Международной научно-методической конференции.-Пенза: ПДНТП, 2009.-С. 500-501.

20. Лапшин И.О. Расширение функциональных возможностей датчиков неэлектрических величин / И.О. Лапшин, В.П. Михайлова, А.А Кичкидов // Надежность и качество: труды международного симпозиума.-Пенза: Информационно-издательский центр ПГУ, 2009.-С. 429-432.

21. Лапшин И.О. Унификация и стандартизация чувствительных элементов и измерительных модулей датчиков в приборных устройствах / И.О. Лапшин, В.П Михайлова, А.А Кичкидов // Надежность н качество: труды международного симпозиума. -Пенза: Информационно-издательский центр ПГУ, 2009.-С. 432-434.

22. Лапшин И.О. Основы и практика измерений в электрических цепях постоянного и переменного тока: учебное пособие / И.О. Лапшин, П.Г. Михайлов. В.П. Михайлова, A.M. Савельев, А.Г. Дмитриенко / Пенза: Изд-во Пенз. гос. ун-та, 2010.-72 с.

23. Лапшин И.О. Моделирование элементов и структур датчиков механических величин / И.О. Лапшин, В.П. Михайлова // Информационно-измерительная техника: Межвузовский сборник научных трудов,- Выпуск 34 - Пенза: Изд-во Пенз. гос. ун-та, 2009 - С. 12-17.

24. Лапшин И.О. Анализ и оптимизация информационно-энергетических моделей датчиков физических величин / И.О. Лапшин, В.П. Михайлова // Информационно-измерительная техника: Межвузовский сборник научных трудов,- Выпуск 34 - Пенза: Изд-во Пенз. гос. ун-та, 2009.-С. 121-128.

25. Лапшин И.О. Синтез информационно-энергетических моделей датчиков физических величин // И.О. Лапшин, В.П. Михайлова Информационно-измерительная техника: Межвузовский сборник научных трудов,- Выпуск 34,- Пенза: Изд-во Пенз. гос. унта, 2009.-С. 129-133.

Лапшин Игорь Олегович

Диагностика чувствительных элементов и измерительных модулей датчиков давлений и технологий их изготовления

Специальность 05.11.14 - Технология приборостроения

Отдел оперативной полиграфии Пензенского ЦНТИ 440047, г. Пенза, ул. Ульяновская, ]. . _ , 0,^ -уо

Тираж 100 Заказ 3/£> ОЛ7

ВВЕДЕНИЕ.

1 Обзор и анализ методов и средств диагностики датчиков, измерительных систем и изделий.

1.1. Общие вопросы и задачи функциональной диагностики датчиков и измерительных систем.

1.2. Объекты диагностики.

1.3. Контролепригодность чувствительных элементов, измерительных моделей и датчиков физических величин.

1.4. Обзор и анализ существующих методов и устройств контроля, диагностики и испытания датчиков и их элементов

2 Диагностика и контроль механических напряжений, температуры и вибраций в чувствительных элементах и измерительных модулях датчиков

2.1. Механические напряжения в сенсорных элементах и структурах датчиков, модели, методы и средства диагностики.

2.2. Исследование методов и средств контроля механических напряжений в чувствительных элементах и измерительных модулях датчиков статико-динамических давлений.

2.3 Пьезорезистивные эффекты в активных структурах и их использование для контроля и диагностики чувствительных элементов и измерительных модулей.

2.4. Емкостный метод диагностики и контроля механических напряжений в чувствительных элементах и измерительных модулях.

2.5 Методы преобразования и контроля тепловых параметров.

2.6. Физические эффекты в пьезоэлектрических материалах и структурах и их использование для контроля и диагностики датчиков.

2.7. Исследование методов и средств измерения вибраций и применение их для контроля и диагностики чувствительных элементов и измерительных модулей.

2.8. Методы и программы анализа тестовых сигналов и воздействий на чувствительные элементы и измерительные модули пьезоэлектрических датчиков.

3 Диагностика технологий формирования элементов и структур чувствительных элементов и измерительных модулей датчиков статико-динамических давлений.

3.1. Контроль и диагностика технологических процессов изготовления элементов и структур датчиков.

3.2. Контроль и диагностика специальных технологических операций изготовления чувствительных элементов и измерительных модулей.

3.3. Технологии формирования и контроля электроадгезионного соединения полупроводников и изоляторов в микромеханических узлах и измерительных модулях датчиков.

4 Внедрение технологий, методик и устройств функциональной диагностики чувствительных элементов, измерительных модулей и датчиков статико-динамических давлений.

4.1. Усовершенствование методов неразрушающего контроля и диагностики чувствительных элементов и измерительных модулей датчиков.

4.2. Организация технологии контроля и диагностики чувствительных элементов и измерительных модулей.

4.3. Особенности диагностики полупроводниковых чувствительных элементов и измерительных модулей многофункциональных датчиков

4.4. Разработка методов уменьшения объема контроля чувствительных элементов и измерительных модулей.

4.5. Организация технологии сквозной диагностики системы «чувствительный элемент-измерительный модуль-датчик».

4.6 Усовершенствование средств контроля и диагностики датчиков.

Актуальность работы. Важнейшим ключевым элементом систем контроля, диагностики и автоматического управления являются датчики физических величин (ДФВ), воспринимающие информацию о состоянии параметров контролируемого объекта и формирующие измерительные сигналы в форме, удобной для передачи, дальнейшего преобразования и обработки. Сердцевиной любого датчика, определяющего его основные технические характеристики, является чувствительный элемент (ЧЭ), конструктивно выполненный или в виде отдельного кристалла, пьезопластины, балки и проч., или в виде конструктивно законченного измерительного модуля (ИМ).

Анализ задач измерений динамических давлений в ракетно-космической (РКТ) и авиационной технике показал, что датчиковая и преобразующая аппаратура (ДПА), применяемая для этих целей, подвергается наиболее сосредоточенному и комплексному воздействию внешних дестабилизирующих факторов (ВДФ), таких как: перепады давлений, вибрации и удары, резкие перепады температур, агрессивные среды.

Непрерывное усложнение создаваемых аппаратов и объектов для длительных орбитальных полетов, высокая насыщенность их системами диагностики, управления и контроля, а также повышение их срока активного функционирования, требуют дальнейшего совершенствования и создания нового поколения ДПА, содержащей в своем составе элементы самодиагностики и искусственного интеллекта.

В перечень критических технологий по наиболее важным проблемам РКТ, внесены ряд задач, при решении которых будут использоваться системы диагностики и контроля в которые входят соответствующие датчики:

-оперативный контроль внешних условий полета космических аппаратов и идентификация аварийных и катастрофических ситуаций на борту космических аппаратов;

-регистрация и диагностика ударов техногенных и метеороидных частиц на международной космической станции и космических аппаратах;

В области диагностики датчиков физических величин необходимо отметить работы отечественных и зарубежных ученых, внесших значительный вклад в диагностику: Йориш Ю.И, Клюев Ю. Н., Мокров Е.А., Панич А.Е, Распопов В.Я., Михайлов П.Г., Eller Е.Е., Н. Jaffe, и ряд других. В направлении совершенствования функциональной диагностики и создания новых устройств, материалов и технологий работают такие научные школы и организации, как ОАО «НИИФИ», Южный федеральный университет, ОКБ «Пьезоприбор» (г. Ростов на Дону), НПО «Измерительная техника» (г. Королев), Тульский государственный университет, ОАО «НИИФИ» (г. Пенза), «ЭЛПА» (г. Зеленоград).

Следует отметить, что датчики статико-динамических давлений (ДСДД) являются универсальными, широко распространенными в РКТ датчиками, так как используются для измерения давлений в широком диапазоне частот, и давлений [31, 32, 71, 72]. При этом ДСДД являются наиболее сложными диагностическими объектами в ДПА, так как их работоспособность должна контролироваться как в статических, так и в динамических режимах.

Так, например, в ракетной и авиационной технике ДСДД используются при стендовой отработке летательных аппаратов (ЛА), особенно крупногабаритных, а также при испытаниях маломасштабных моделей в аэродинамических трубах. При этом основными параметрами, измеряемыми в процессе проведения испытаний, являются акустические давления, пульсации давления и опорное статическое давление. Теоретический расчет акустических полей и полей пульсаций сильно осложнен ввиду их нестационарного характера и значительных градиентов. Существующие в аэродинамике методы расчета таких полей дают большую погрешность, поэтому основным методом их определения является экспериментальные исследования с использованием ДСДД [16, 33,65].

При этом для жестких условий эксплуатации, которые характерны для РКТ и специальной техники, наиболее предпочтительны пьезоэлектрические, а для измерения и контроля высокочастотных процессов и статических давлений наиболее подходят пьезорезистивные датчики [46, 48, 70, 71].

В процессе изготовления и эксплуатации ДСДД они подвергаются многочисленным испытаниям и проверкам, которые служат для установления и работоспособности датчика и подтверждения его метрологических характеристик. Для этих испытаний и проверок существуют многочисленные методы, программы и регламенты, которые приняты на предприятиях-производителях датчиков или в организациях—разработчиках.

Однако известные методы и программы имеют ряд существенных недостатков, которые не позволяют провести экспрессную оценку работоспособности и измерения основных характеристик чувствительных элементов и измерительных модулей датчика, в том числе и в составе датчика. Кроме того, существующие методы испытаний, а также используемые приборы контроля отличаются значительными трудозатратами и недостаточной информативностью.

Это связано в основном с тем, что существующие и ныне действующие методы и испытательные устройства были созданы более 30-40 лет тому назад, когда еще не было компьютеризированных программно-испытательных комплексов, а сами датчики не имели элементов и средств диагностики и микропроцессорной техники.

Кроме того, существенным недостатком известных методов и средств диагностики является то, что для получения достоверного подтверждения работоспособности датчика, его проверяют по единичным критериям (значения выходного сигнала при различных давлениях и температурах, виброэквивалент и проч.), после чего, путем взвешенной оценки и вычисления статистических параметров, выносится решение о годности датчика.

Существует еще и фактор наличия противоречия между законодательной метрологией и практической метрологией в части функций и особенностей чувствительных элементов (ГОСТ Р 51086-97 «Датчики и преобразователи физических величин электронные. Термины и определения»). Основное из которых заключается в том, что в нем, указано ".компонент датчика (к числу которых относятся ЧЭ и ИМ) не обладает метрологическими характеристиками, в отличие от самого датчика, в который они входят.". 6

С другой стороны, на практике, при комплектации датчиков изготовленных на специализированных предприятиях ИМ и ЧЭ, они должны отвечать определенным нормам, в которые в обязательном порядке входят и метрологические характеристики.

По перечисленным причинам разработка технологий и устройств функциональной диагностики датчиков статико-динамических давлений, является весьма актуальной научно-технической задачей.

Основной целью диссертационной работы является разработка и исследование методов, средств и технологий функциональной диагностики чувствительных элементов и измерительных модулей датчиков статико-динамических давлений информационно-измерительных и управляющих систем и изделий ракетно-космической техники.

Для достижения поставленной цели в работе сформулированы и решены следующие основные задачи:

1. Анализ и обобщение методов и средств диагностики ЧЭ и ИМ ДСДД;

2. Выбор и исследование диагностических воздействий и методов обработки откликов структур ЧЭ и ИМ;

3. Разработка критериев годности ЧЭ и ИМ и специальных технологических операций;

4. Проведение исследований по обеспечению конструктивной и технологической совместимости диагностических структур, формируемых на ЧЭ и ИМ многофункциональных датчиков;

5. Разработка новых устройств контроля и диагностики ЧЭ, ИМ и ДСДД;

6. Разработка и исследование режимов проведения и контроля специальных технологических операций формирования ЧЭ и ИМ;

7. Проведение экспериментальных исследований ЧЭ и ИМ полупроводниковых и пьезоэлектрических датчиков с использованием разработанных методов и устройств диагностики.

Методы исследования.

Для решения поставленных задач использовались положения физики твердого тела, кристаллофизики, тензорного анализа, теории упругости, теории распознавания образов. Основные теоретические положения подтверждены результатами экспериментальных исследований разработанных диагностических устройств, программ и технологий диагностики и контроля при испытаниях экспериментальных образцов ЧЭ и ИМ датчиков статико-динамических давлений.

Научная новизна работы заключается в следующем:

1. Развиты методы контроля и диагностики структур пьезорезисторных и пьезоэлектрических ЧЭ и ИМ многофункциональных датчиков статико-динамических давлений, обеспечившие повышение технологичности контроля.

2. Разработаны и обоснованы диагностические критерии оценки качества ЧЭ и ИМ датчиков в процессе изготовления и настройки, позволившие повысить достоверность контроля на всех стадиях их изготовления.

3. Развиты конструктивно-технологические методы компенсации влияния механических напряжений на электрофизические характеристики пьезорезистивных структур, обеспечившие повышение качества и уменьшение погрешностей измерения.

4. Предложены и апробированы режимы специальных технологических операций, обеспечивающие снижение трудоемкости изготовления за счет исключения промежуточного контроля процессов формообразования полупроводниковых ЧЭ.

5. Разработаны и внедрены конструкции устройств диагностики и контроля технических характеристик ЧЭ, ИМ и датчиков, позволившие повысить оперативность и технологичность контроля их качества.

Практическая значимость.

Основные теоретические положения диссертации использованы при разработке методов и устройств диагностики чувствительных элементов и измерительных модулей пьезоэлектрических и пьезорезистивных датчиков быстропеременных и акустических давлений. Уменьшена трудоемкость диагностики и контроля ЧЭ, ИМ и специальных технологических операций за счет исключения промежуточных контрольных операций. Повышена оперативность контроля ЧЭ путем использования зондового устройства экспресс-диагностики и диагностических критериев качества. В результате трудоемкость контроля изготовления ЧЭ уменьшена в среднем на 10%. Показаны и реализованы возможности дополнительного получения информации о температуре и вибрациях, действующих в ЧЭ и ИМ, которые использованы для их диагностики по влияющим параметрам. Разработана топология контролепригодных ЧЭ многофункциональных пьезорезистивных датчиков статикодинамических давлений.

На защиту выносятся:

1. Методы контроля и диагностики структур пьезорезисторных ЧЭ и ИМ многофункциональных датчиков статико-динамических давлений, основанные на анализе:

-конфигураций обратных ветвей вольтамперных характеристик и их производных;

-фотоответа при лазерном сканировании пьезорезистивных структур и контактных дорожек.

2. Метод контроля и диагностики пьезоэлектрических ЧЭ и ИМ датчиков динамических давлений, основанный на использовании прямого и обратного пьезоэффектов и обработки откликов с помощью вейвлет-преобразования, позволяющий повысить оперативность и информативность диагностики.

3. Диагностические критерии оценки качества ЧЭ и ИМ датчиков в процессе их изготовления и настройки, позволяющие повысить достоверность контроля качества на всех стадиях их изготовления

4. Конструктивно-технологический метод компенсации влияния механических напряжений на электрофизические характеристики пьезорезистивных структур ДСДД.

5. Режимы и содержание специальных технологических операций формообразования полупроводниковых ЧЭ.

6. Конструкции устройств диагностики и контроля технических характеристик ЧЭ, ИМ и датчиков, обеспечивающие оперативный контроль, диагностику и архивирование характеристик ЧЭ, ИМ и датчиков в процессе их изготовления.

Реализация результатов работы.

Результаты работы были реализованы при выполнении НИОКР в рамках Федеральной космической программы России на 2006-2015 гг. (НИР «Датчик» и ОКР «Возрождение»), в которых были внедрены методы функциональной диагностики пьезоэлектрических и полупроводниковых чувствительных элементов датчиков акустических и быстропеременных давлений. Использование теоретических и практических материалов диссертационной работы, позволило повысить эффективность и достоверность контроля как ЧЭ и ИМ, так и самих датчиков за счет ускорения испытаний и исключения субъективных факторов.

Лабораторные макеты устройств контроля использовались в приборном производстве ОАО «НИИФИ» при функциональной диагностике и контроле полупроводниковых ЧЭ датчиков давления, как на пластинах, так и после их разделения на кристаллы.

Для анализа вибросигналов при вибро-и самодиагностике пьезоэлектрических ЧЭ, ИМ и датчиков был использован математический аппарат вейвлет-преобразования.

Кроме того, результаты исследований внедрены в системы контроля и испытания автомобильных датчиков в ООО Пензенский завод «Электромехизмерение».

Теоретические результаты работы внедрены в учебный процесс преподавания дисциплин «Датчиковая аппаратура» и «Методы измерения физических величин» на кафедре «Информационно-измерительная техника» в Пензенском государственном университете, а также использованы при выполнении курсовых и дипломных проектов.

Апробация работы. Основные научные и практические результаты исследований по теме диссертации докладывались и обсуждались на Международной научно-технической конференции «Методы и средства измерения в системах контроля и управления» (г. Пенза, 1999); Всероссийской научно-технической конференции (г. Пенза, 2001); Международной школе-семинаре «Синтез и сложность управляющих систем» (г. Пенза, 2002);

10

Международной конференции «Математическое моделирование экологических систем» (г. Алматы, 2003); Международной научно-технической конференции «Методы, средства и технологии получения и обработки измерительной информации» (г. Пенза, 2008); Международной научно—технической конференции «Современные информационные технологии» (г. Пенза, 2008, 2009); Международной научно-методической конференции «Университетское образование» (г. Пенза, 2009); Международном симпозиуме «Надежность и качество» (г. Пенза, 2009).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 25 работ, в том числе 2 статьи в изданиях, рекомендованных ВАК России. Без соавторов опубликовано 6 работ.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, библиографического списка, и трех приложений. Общий объем диссертации 179 страниц, из которых 171 страница основного текста, в том числе 98 рисунков и 5 таблиц. Библиографический список содержит 184 наименования.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ ПО РАБОТЕ

1. Разработаны методы контроля и диагностики структур пьезорезисторных ЧЭ и ИМ многофункциональных датчиков статико-динамических давлений, основанных:

- на анализе конфигураций обратных ветвей ВАХ и их производных;

-на измерении параметров фотоответа при лазерном сканировании пьезорезистивных структур и контактных дорожек, которые позволили оперативно выявлять нестационарные дефекты и несовершенства структур.

2. Разработан и апробирован метод контроля и диагностики пьезоэлектрических ЧЭ и ИМ датчиков динамических давлений, основанный на использовании прямого и обратного пьезоэффектов и обработки откликов с помощью вейвлет-преобразования, позволяющий повысить оперативность и информативность диагностики и проводить неразрушающую диагностику датчиков, установленных на изделиях.

3. Предложены диагностические критерии оценки качества ЧЭ и ИМ датчиков в процессе их изготовления и настройки, позволившие повысить достоверность контроля качества и обеспечить выявление и отбраковку дефектных.

4. Исследованы конструктивные и технологические методы компенсации влияния механических напряжений на электрофизические характеристики пьезорезистивных структур ДСДД, обеспечившие повышение выхода годных ЧЭ.

5. Исследованы и апробированы режимы специальных технологических операций формообразования полупроводниковых ЧЭ основанные на самоторможении процессов травления и использовании «жертвенных» фигур упреждения, что снизило объем контроля за счет исключения промежуточных этапов контроля.

6. Проведены экспериментальные исследования и внедрены методы и устройства контроля и диагностики механических напряжений, температуры и вибрации с использованием элементов и структур, встроенных непосредственно в ЧЭ и ИМ, что позволило повысить достоверность контроля и диагностики состояния и функционирования датчиков.

7. Разработаны конструкции устройств диагностики и контроля технических характеристик ЧЭ, ИМ и датчиков, обеспечившие оперативный контроль, диагностику и архивирование характеристик ЧЭ, ИМ и датчиков в процессе их изготовления.

8. Изготавливаемые ЧЭ и ИМ должны иметь гарантированные индивидуальные технические характеристики, которые используются при монтаже, настройке и испытаниях датчиков, в том числе и интеллектуальных.

9. Объективный контроль и диагностику датчиков динамических давлений, как отдельных, так и в составе систем и изделий РКТ следует проводить, используя в качестве тестового сигнала электрический сигнал с самого датчика, а в качестве аппарата спектрального анализа—вейвлет-преобразование.

Работа обеспечивает создание и внедрение новых методов, устройств и технологий диагностики и контроля чувствительных элементов и устройств пьезорезистивных и пьезоэлектрических датчиков давлений с улучшенными метрологическими и эксплуатационными характеристиками для изделий и систем ракетно-космической и авиационной техники.

Перечень

АТ-анизотропное травление АЧЭ-акселерометрический чувствительный элемент БПП-быстропеременные процессы ВДФ-внешние дестабилизирующие факторы

ВН-внутренние напряжения ВП-вейлвет-преобразование ВТ-вычислительная техника ВЧЭ-виброчувствительный элемент ДСДД-датчик статико-динамических давлений

ДФВ-датчик физических величин ДФ-дефект

ИД-интеллектуальный датчик ИЛ-ионное легирование ИМ-измерительный модуль ИС-измерительная система КГО-кристаллографическая ориентация

КД-конструкторская документация

КИП-контрольно-измерительные приборы

ММУ-микромеханический узел МН-механическое напряжение МП-металлическая пленка МЭМС-микроэлектромеханическая система

НЗ-носители заряда

ПЧЭ-полупроводниковый чувствительный элемент ПРТЭС-пьезорезонансные термочувствительные элементы и структуры

ПСИ-приемо-сдаточные испытания ПЭ-пьезоэлемент ПЭД-пьезоэлектрический датчик САУ-система автоматического управления

СН-структурное напряжение СС-сенсорная система СЭ-сенсорный элемент ТД-технологическая документация ТКС—температурный коэффициент сопротивления ТН-термическое напряжение ТО-технологическая операция ТП-технологический процесс ТР-терморезистор ТС—термосопротивление ТХ-технические характеристики ТЧХ-температурно-частотная характеристика

ФТО-физико-термическая операция ЭАС-электроадгезионное соединение ЭКБ-электронная компонентная база ЭФХ-электрофизические характеристики

1. А. с. (СССР) 1569634 Устройство для настройки // Михайлов П.Г., Козин С.А., Афанасьев К.И.

2. А. с. (СССР) 1661600 Устройство для испытания полупроводниковых чувствительных элементов датчиков давлений // Михайлов П.Г., Козин С.А., Афанасьев К.И

3. Алейников М.П., Цапенко М.П. Многофункциональные датчики. // Измерение Контроль Автоматизация-1990—№ 2. С. 50.

4. Анго А., Математика для электро-и радиоинженеров / пер. с фр. К.С.Шифрина-М.: Наука, 1964.

5. Андреева JT.E. Упругие элементы приборов / М.: Машиностроение, 1981.-391с.

6. Андрианов Ю.М., Субето Р.И. Квалиметрия в приборостроении и машиностроении/ JL: Машиностроение, 1990.

7. Аронов Б.С. Электромеханические преобразователи из пьезокерамики / JL: Энергоатомиздат, 1990.

8. Аш Ж., Андре П., Бофрон Ж. Датчики измерительных систем: В 2-х книгах / Пер. с франц. М.: Мир, 1992.

9. Баженов А.А., Яровиков В.И. Проектирование датчиков детонации для систем управления автомобильным двигателем / Саров: РФЯЦ-ВНИИЭФ, 2001-274 с.

10. Баранский П.И., Клочков В.П., Потыкевич И.В. Полупроводниковая электроника/ Справочник. Киев: Наукова думка, 1975.-704 с.

11. Бачин В.А. Диффузионная сварка стекла и керамики с металлами / М.: Машиностроение 1986.-159 с.

12. Белозубов Е.М. Перспективные тонкопленочные тензорезисторные датчики давления для ракетной и авиационной техники // Измерительная техника—2004.—№5.-С.37-41.

13. Бессекерский В. А., Попов Е. П. Теория систем автоматического регулирования / М.: Наука, 1972.-767 с.

14. Бир Г.Л., Пикус Г.Е. Симметрия и диффузионные эффекты в полупроводниках / М.: Наука, 1972.

15. Бондаренко А.Н. Лазерные методы возбуждения и регистрации акустических сигналов/М.: Изд-во Стандартов, 1989.

16. Босняков С.М., Карпов Е.А., Михайлов С.В. Расчет сверхзвукового обтекания комбинации крыла и фюзеляжа с выделением скачка уплотнения от крыла // Ученые записки ЦАГИ, том XIX № 5. 1988.

17. Брандли К. Измерительные преобразователи Справочное пособие / Пер. с англ. М.: Энергоатомиздат, 1991.

18. Бромберг Э.М., Куликовский K.JL Тестовые методы повышения точности измерений/М.: Энергия, 1978.-176 с.

19. Бубенников А.Н. Моделирование интегральных микротехнологий, приборов и схем / М.: Высшая школа, 1989.

20. Бункин Ф.Н., Комиссаров В.М. Оптическое возбуждение звуковых волн. Обзор. // Акуст. журн., Т. 19(3), 1973. С.305-320.

21. Бутырин П.А. Автоматизация физических исследований и эксперимента: компьютерные измерения и виртуальные приборы на основе Lab VIEW / М.: ДМК Пресс, 2005.

22. Валеев Э.Я. Использование параметров и импульсного шума для прогнозирования надежности микроэлектронных датчиков // Тезисы докладов Всесоюзной конференции «Микроэлектронные датчики в машиностроении». Ульяновск 1990 г.

23. Ваганов В.И. Интегральные преобразователи / М.: Энергоатомиздат, 1983.

24. Гаряинов С.А. Диэлектрическая изоляция элементов интегральных схем / М.: Советское радио, 1975.

25. Глозман И.А. Пьезокерамика/ М.: Энергия, 1972. 288 с.

26. Голографические неразрушающие исследования / пер с англ. под ред. В.А. Карасева.-М.: Машиностроение, 1979.-448 с.

27. ГОСТ 30652 99 Вибрация. Калибровка датчиков вибрации и удара. Часть 3. Вторичная вибрационная калибровка методом сличения

28. ГОСТ ИСО 5347 2 97 Вибрация. Калибровка датчиков вибрации и удара.

29. ГОСТ Р 51086—97 Датчики и преобразователи физических величин электронные. Термины и определения // Госстандарт России ИПК Издательство стандартов, 1997.

30. ГОСТ РВ 50899 96 Сети сбора данных волоконно-оптические на основе волоконно-оптических датчиков. Общие технические требования.

31. Датчики теплофизических и механических параметров. Справочник под ред. Багдатьева Е.Е., Гориша А.В., Малкова Я.В. в 2-х томах / М.: ИПРЖР, 1998.

32. Датчики. Преобразователи. Системы: Каталог / Пенза: ФГУП «НИИ физических измерений», 2005.

33. Демишевский, В., Дурнев В. Ракета-носитель "Союз 2"-первый пуск с космодрома Плесецк // Военный парад—2005—№1—С. 25-26.

34. Джексон Р.Г. Новейшие датчики / Справочник. М.: Техносфера, 2007. 380 с.

35. Диффузионная сварка материалов. Справочник / под ред. Н.Ф. Казакова-М.: Машиностроение, 1981.-271 с.

36. Евдокимов Ю.К. Lab VIEW для радиоинженера: от виртуальной модели до реального прибора/М.: ДМК Пресс, 2007.

37. Зарипов М. Ф., Петрова И. Ю. Энергоинформационный метод анализа и синтеза чувствительных элементов систем управления // Датчики и системы. 1999 № 5.

38. Иориш Ю.И. Виброметрия / М.: Государственное научно-техническое издательство машиностроительной литературы, 1963—771 с.

39. Каленик Г. П. Исследование полупроводниковых структур с помощью оптического сканирования // Науч. тр. Вып. 151.-М.: МЛТИ, 1983.

40. Карташов И.А. Пьезоэлектрические трансформаторы / И.А. Карташов, И.Б. Марченко. Киев, 1978.

41. Каталог датчиков фирмы Motorola, США.

42. Каталог продукции ФГУП НПЦГ «Салют»

43. Каталоги фирм: «National Semiconductor», «Endevco», «Trafag AG», «Yokogawa».

44. Кейджян Г.А. Основы обеспечения качества микроэлектронной аппаратуры / М.: Радио и связь, 1991.

45. Концевой Ю.А., Литвинов Ю.М., Фаттахов Э.А. Пластичность и прочность полупроводниковых материалов и структур / М.: Радио и связь, 1982

46. Коптев Ю.Н, Гориш А.В. Датчиковая аппаратура для ракетно-космической техники//Радиотехника № 10 1995.

47. Королев М.В., Карпельсон А.Е. Широкополосные ультразвуковые пьезопреобразователи / М.: Наука, 1982.

48. Коростелев О.В., Щигель-Ермолов В.Р. Датчики быстропеременных и импульсных давлений // ЦНТИ «Поиск» серия IV, 1986.

49. Лавриненко В.В. Пьезоэлектрические трансформаторы / М. Энергия, 1975.

50. Лапшин И.О. Использование упрощенных моделей быстропеременных процессов при экспресс-анализе // Методы и средства измерения в системах контроля и управления: Материал МНТК. Пенза 1999.

51. Лапшин И.О. Диагностика сложных технических объектов с использованием вейвлет-преобразования // Труды МНТК «Методы и средства измерения в системах контроля и управления». Пенза: ИИЦ Пенз. гос. ун-та 2001.

52. Лапшин И.О., Берестень М.П. Применение вейвлет-анализа в задачах диагностики технических объектов // Датчики систем измерения, контроля и управления: Межвуз. сб. науч. тр. Вып. 22.-Пенза: ИИЦ ПТУ, 2001.-176 с.

53. Лапшин И.О., Строганов М.П., Берестень М.П. Использование многомодельных систем диагностики // Датчики систем измерения, контроля и управления: Тр. ун-та-Вып. 21.-Пенза: Изд-во Пенз. гос. ун-та, 2001.-112 с.

54. Лапшин И.О. Аспекты реализации систем диагностики с использованием вейвлет-преобразования // Тезисы доклада на XIII Международной школе-семинаре "Синтез и сложность управляющих систем" Пенза, ПГУ 2002 г.

55. Лапшин И.О. Использование диагностических моделей для автоматизированной оценки параметров исследуемых объектов// Методы и средства измерения в системах контроля и управления: Труды МНТК-Пенза: ИИЦ ПГУ, 2002.- С. 97.

56. Лапшин И.О., Михайлов П.Г., Михайлова В.П. Вопросы моделирования сенсорных структур датчиков физических величин // Сборник статей МНТК «Современные информационные технологии» Вып. 7 Пенза: ПГТА 2008, С. 38-43.

57. Лапшин И.О., Михайлов П.Г., Михайлова В.П., Харлан А.А. Вопросы создания высокотемпературных микроэлектронных датчиков // Сб. статей МНТК «Современные информационные технологии» вып. 7 Пенза 2008, С. 5058.

58. Лапшин И.О. Методы функциональной диагностики элементов и структур полупроводниковых датчиков // Современные информационные технологии: Труды МНТК. Выпуск 8-Пенза: ПГТА, 2009-С. 73-74

59. Лапшин И.О., Михайлов П.Г., Петрунин Г.В. О поликремниевых сенсорных структурах микроэлектронных датчиков // Университетское образование: Сборник материалов XIII Международной научно-методической конференции. Пенза: ПДЗ, 2009 С. 500-501.

60. Лапшин И.О., Михайлов П.Г., Петрунин Г.В. Контроль и диагностика чувствительных элементов микроэлектронных датчиков // Университетское образование: Сборник материалов XIII Международной научно-методической конференции-Пенза: ПДЗ, 2009-С. 498-499.

61. Лапшин И.О., Михайлова В.П., Кичкидов А.А Унификация и стандартизация чувствительных элементов и измерительных модулей датчиков в приборных устройствах // Надежность и качество: Труды международного симпозиума. Пенза: ИИЦ ПГУ, 2009 С. 432-434.

62. Лапшин И.О., Михайлова В.П., Кичкидов А.А, и др. Расширение функциональных возможностей датчиков неэлектрических величин // Надежность и качество: Труды международного симпозиума. Пенза: ИИЦ ПГУ, 2009 С. 429-432.

63. Лапшин И.О., Михайлов П.Г. Михайлова В.П. Контроль и диагностика чувствительных элементов пьезоэлектрических датчиков // Контроль. Диагностика № 5 2010.

64. Макеев, Б. Морской ядерный щит России // Военный парад.-2006.-№1-С. 45^7.

65. Маковийчук. М.И. Фундаментальные и прикладные аспекты фликкер-шумовой спектроскопии неупорядоченных полупроводников: ионноимплантированного кремния // Микроэлектроника Т.29, №4 2000г.

66. Матвейкив М.Д., Волоский И.Т. Исследование механических напряжений в алюминиевых пленках // Микроэлектроника сер. 3, вып. 2, 1984.

67. Материалы пьезокерамические. Типы и марки. Технические требования. ГОСТ 13927-68. М, 1968.

68. Матрица цифровых сенсоров-электронная система сканирования параметров давления следующего поколения // Контрольно-измерительная техника. Окт. 1997, с 13-14.

69. Михайлов П.Г., Бутов В.И., Винокуров И.П. Датчики акустических давлений // Приборы и системы управления-1990, № 10.-С. 13-14.

70. Михайлов П.Г., Бутов В.И., Забродина С.Д и др. Датчики быстропеременных и акустических давлений // Измерительная техника-1994, № 6.-С. 52-54.

71. Михайлов П.Г., Бутов В.И., Гориш А.В. и др. Пьезодатчики быстропеременных, импульсных и акустических давлений // Радиотехника-1995, № 10.-С. 36-37.

72. Михайлов П.Г. Диагностика чувствительных элементов датчиков охранных систем // Современные охранные технологии и средства обеспечения комплексной безопасности объектов: Материалы IV Всероссийской науч.-практич. конф. г. Заречный 2002. С. 220

73. Михайлов П.Г. Разработка и исследование методов и средств диагностики элементов и структур микроэлектронных датчиков // Приборы и Системы. Управление, Контроль, Диагностика-2002, № 10. С. 45-47.

74. Михайлов П.Г. Разработка моделей качества датчиков физических величин // Контроль Диагностика—2003, № 9.-С. 23-26.

75. Михайлов П.Г. Синтез информационно-энергетических моделей датчиков // Приборы и Системы. Управление, Контроль, Диагностика—2003. № З.-С. 37— 40.

76. Михайлов П.Г., Михайлов А.П. Контроль и диагностика чувствительных элементов датчиков // Контроль Диагностика-2003, № 10.

77. Михайлов П.Г. Стабильность микроэлектронных датчиков и технологий / монография Пенза: ПГУ, 2003.-231 с.

78. Михайлов П.Г. Микроэлектронный датчик давления и температуры // Приборы и Системы. Управление, Контроль, Диагностика—2003. № 11.-С. 2931.

79. Михайлов П.Г., Щербаков М.А., Маринина JI.A. Методы оптической диагностики чувствительных элементов микроэлектронных датчиков // Труды V международной конференции «Оптика, оптоэлектроника и технологии» Ульяновск, 2003.

80. Михайлов П.Г. Пьезопленочные датчики, состояние и перспективы развития //Микросистемная техника—2003. № З.-С. 7-9.

81. Михайлов П.Г., Бабиченко А.В., Михайлов А.П. Контроль и диагностика микроэлектронных датчиков // Известия Высших учебных заведений. Поволжский регион. Технические науки-2003, № 1

82. Михайлов П.Г., Михайлов А.П. Элементы и структуры микроэлектронных датчиков, методы и средства функциональной диагностики // Датчики и системы 2003 № 11, С. 56-58

83. Михайлов П.Г. Методы управления механическими напряжениями в сенсорных элементах и системах микроэлектронных датчиков // Датчики и системы 2004 № 9.

84. Михайлов П.Г., Михайлов А.П. Методы и средства функциональной диагностики сенсорных элементов и структур микроэлектронных датчиков // Датчики и системы 2005, № 10. С. 9-11.

85. Михайлов П.Г Микромеханические устройства и приборы: курс лекций / Пенза: ИИЦ ПТУ, 2007.-174 с.

86. Модификация и легирование поверхности лазерными, ионными и электронными потоками / Пер. с англ. под ред. Дж. Поути.-М.: Машиностроение, 1987.

87. Мокров Е. А., Белозубов Е. М., Тихомиров Д.В. Термоэлектрические явления в тонкопленочных тензорезисторных датчиках давления при воздействии нестационарных температур // Датчики и системы. 2004. №7.

88. Най Дж. Физические свойства кристаллов и их описание при помощи тензоров и матриц / М.: Мир, 1967.

89. Нечеткие множества и теория возможностей. Последние достижения / М.: Знание, 1974.

90. Новицкий П.В. Основы информационной теории измерительных устройств /Л.: Энергия, 1968.

91. Носов Ю.Р., Петросян К.О., Шилин В.А. Математические модели элементов интегральной электроники / М.: Советское радио, 1986.-304 с.

92. Описание полезной модели RU 12612 Ul G01 L 9/04 // Многоканальный преобразователь давления. Шехтман М.Б. публ. 20.01.2000 Бюл. № 2.

93. Основы технической диагностики: В 2-х кН. Кн. 1. Модели объектов, методы и алгоритмы диагноза / Под ред. Пархоменко-М.: Энергия, 1976.

94. Перечень критических технологий Российской Федерации (утвержден Президентом Российской Федерации 21 мая 2006 г.).

95. Пикус Г.Е. Основы теории полупроводниковых приборов / М.: Наука 1965.-448 с.

96. Поликристаллические полупроводники. Физические свойства и применение / под ред. Г. Харбеке-М.: Мир, 1989.

97. Полякова А.А. Деформация полупроводников и полупроводниковых приборов/М.: Энергия, 1979.

98. Бенькович Е. Практическое моделирование динамических систем / "BHV— Санкт-Петербург"-2002, 464 с

99. Проектирование датчиков для измерения механических величин / под ред. Е.П.Осадчего / М.: Машиностроение, 1979.

100. Проспект продукции СКТБ "Пезоприбор" Ростов на Дону.

101. Речицкий В.И. Акустоэлектронные компоненты,-М.: Радио и связь, 1987.

102. РМГ 29-99 Рекомендации по межгосударственной стандартизации. Государственная система обеспечения единства измерения. Метрология. Основные термины и определения. Минск: ИПК Издательство стандартов, 2000.

103. Ридер Т. И. Датчики давления и температуры, использующие поверхностные акустические волны // ТИИЭР.-1976.-Т. 64, № 5.

104. Сергеев В.В., Кузнецов О.А., Захаров Н.П. и др. Напряжения и деформации в элементах микросхем / М.: Радио и связь, 1988.

105. Сердаков А.С. Автоматический контроль и техническая диагностика / Киев: Техника, 1971.

106. Тайманов Р.Е., Сапожникова К.В., Лукашев А.П. и др. Контроль качества производства датчиков повышенной надежности // Датчики и системы. 2006.№9.С. 67-69.

107. Тарбеев Ю.В., Кузин А.Ю., Тайманов Р.Е. и др. Новый этап в развитии метрологического обеспечения датчиков // Измерительная техника. 2007. №3. С. 69-73.

108. Тареев Б.М. Физика диэлектрических материалов / М.: Энергоатомиздат, 1982.-318 с.

109. Технические средства диагностики: Справочник / Под ред. В. В. Клюева.-М.: Машиностроение, 1989.-672 с.

110. Технология тонких пленок / Справочник в 2-х томах под ред. Мейсэла, т. 1.-М.: Мир, 1972.

111. Технология СБИС / под ред. Зи С. Т.1.-М.: Мир, 1986.

112. Тихоненков В.А., Тихонов А.И. Теория, расчет и основы проектирования датчиков механических величин / Ульяновск: УлГТУ, 2000 -452с.

113. Томашпольский Ю.А. Пленочные сегнетоэлектрики / М.: Мир, 1984.

114. Тревис Д. Lab VIEW для всех / пер. с англ.-М.: ДМК Пресс, 2004.

115. Уэлт Ч., Томсон П. Физика твердого тела / пер. с англ.-М.: Мир, 1969.

116. Физическая акустика / под ред. У. Мэзона, т. 1, часть Б. Методы и приборы ультразвуковых исследований-М.: Мир, 1967

117. Цыпин Б.В., Мясникова М.Г., Михайлов П.Г. Преобразование Прони в задаче измерения параметров гармонических сигналов в шумах // Датчики и системы.-2007.-№ 4.

118. Чернышов А.А. Основы надежности полупроводниковых приборов и интегральных схем / М.: Радио и связь, 1988.

119. Черняев В.Н. Физико-химические процессы в технологии РЭА / М.: Высшая школа, 1987.-375 с.

120. Шамраков A. J1. Перспективы развития пьезоэлектрических датчиков быстропеременных, импульсных и акустических давлений // Sensors & Systems № 9.2005, С. 4-8.

121. Шапонич Д., Жигич А., Коррекция пьезорезисторного датчика давления с использованием микроконтроллера // Приборы и техника эксперимента, №1, 2001, стр. 54.

122. Шарапов В.М., Мусиенко М.П., Шарапова Е.В. Пьезоэлектрические датчики / М.: Техносфера, 2006-632 с

123. Шаскальская М.П. Кристаллография / М.: Высшая школа, 1976.

124. Шершегор Т. Д. Пленочные пьезоэлектрики / М.: Радио и связь, 1986.

125. Шиляев С. Виртуальные измерительные приборы // Электронные компоненты.-1996.-№3-4.

126. Эдельман Ф.Л. Структура компонентов БИС / Новосибирск: Наука, 1980.

127. Hutchins D.A. Mechanisms of pulsedphotoacoustic generation. И Can. J. Phys., K64(ll), P. 1247-1264, 1986.

128. Takanashi K. Sensor Materials for the Future: Intelligent Materials II Sensors and Actuators F13 № 1, 1988.

129. Smith С. S. Piezoresistance Effect in Germanium and Silicon II "Physical Review ", vol. April 1954, pp. 42-A9

130. Peterson A. Silicon temperature sensors И Electron. Components and applications, 1983, v.5, No A, pp. 206-209

131. Hirata M., Suzuko K., Tanigama H. Silicon Diaphragm Presure Sensors fabricated by anodic oxidation etch—stop II Sensors and Actuators F.13, №1, 1988, /7.63—66.

132. Gieles А. С. M., Somers G.H.J. Miniature pressure transducers with a silicon diaphragm II Philips Techn, Rev., 1973, v. BME-20, N2,/?. 101-109.

133. Lee D. B. Anisotropic Etching of Silicon // Journal of Applied Physics 1969, V40, №11.

134. Declerg M.J., Gerzberg L., Meindl J.D. Optimization of the hydrazine—water solution for anisotropic etching of silicon in integrated circuit technology.// J. Electrochem. Soc., 1975, v. 122, №4.

135. Toda K. Characteristics of interdigital transducers for mechanical sensing and non-destructive testing II Sensors and Actuators. 1994, Vol. 44. № 3. p. 241—243.

136. Викулин H.M., Стафеев В.И. Физика полупроводниковых приборов / М.: Радио и связь, 1990.-264 с.

137. Качество и надежность интегральных микросхем / под ред. JI.A. Коледова.-М.: Высшая школа, 1987.

138. Кейджян Г.А. Основы обеспечения качества микроэлектронной аппаратуры / М.: Радио и связь, 1991.

139. Кривоносов А.И. Полупроводниковые датчики температуры / М.: Энергия, 1974.

140. Малов В.В. Пьезорезонансные датчики / М.: Энергоатомиздат, 1989.

141. Фогельсон И.Б. Транзисторные термодатчики / М.: Советское радио, 1972.

142. Сангал К. Травление кристаллов. Теория, эксперимент, применение.-М.: Мир, 1990.

143. Травление полупроводников / Сб. статей, пер. с англ. С.Н. Горина.-М.: Мир, 1965.-382 с

144. Петерсен К.Э. Кремний как механический материал. // ТИИЭР № 5, 1982

145. Михайлов П.Г. Формообразование сенсорных элементов и структур микроэлектронных датчиков // Новые промышленные технологии-2004, № 2. С. 67-69.

146. Лапшин И.О., Звездин В.В. Использование диагностических моделей для автоматизации оценки сложных технических объектов // Сб. материалов III МНТК. Часть 1.-Пенза ПГУСА, 2004.-е. 275.

147. Лапшин И.О. Особенности диагностики сложных технических объектов с использованием вейвлет-преобразования // Сб. материалов III МНТК. Часть 1 — Пенза ПГУСА, 2004.-е. 68.

148. Лапшин И.О., Звездин В.В.Методы обработки вибрационных сигналов с использованием вейвлет-преобразования // Сб. материалов III МНТК. Часть 1.-Пенза ПГУСА, 2004.-е. 159.

149. Михайлов П.Г., Лапшин О.А., Савельев A.M., Михайлова В.П., Дмитриенко А.Г. Основы и практика измерений в электрических цепях постоянного и переменного тока Учебное пособие / Пенза: Издательство ПГУ, 2010.

150. Лихачев В.Я. Техническая диагностика пневмогидравлических систем ЖРД/М: Машиностроение, 1983 -204с.

151. Мироновский Л.А Функциональное диагностирование динамических систем // Автоматика и телемеханика, 1980, №5, с.96-121.

152. Воробьев В. И., Грибунин В. Г. Теория и практика вейвлет-преобразования / СПб.: Изд-во ВУС, 1999. 208 с

153. Кравченко В. Ф., Рвачев В. А. "Wavelet''-системы и их применение в обработке сигналов // Зарубежная радиоэлектроника. 1996. № 4. С. 3-20

154. Новиков JI. В. Спектральный анализ сигналов в базисе вейвлетов // Научное приборостроение. 2000. Т. 10. № 3. С. 57-64.

155. Фу К. Последовательные методы в распознавании образов и обучение машин / пер. с англ. М.:—Наука, 1971.

156. Вейвлет-преобразование и анализ временных рядов // Сайт проф. А.В.Давыдова prodav.narod.ru.

157. Киреев В.Ю. Плазмо-химическое и ионно—химическое травление микроструктур / М.: Радио и связь, 1985.

158. Ваганов В.И., Плохова Т.С. Исследование динамики изменения формы фигур локального анизотропного травления кремния // Электронная техника. Сер. 3: Микроэлектроника. Вып. 5. — 1979. С. 55.

159. Козин С.А., Чистякова Т.Г., Зеленцов Ю.А. Размерное травление кремния при изготовлении интегральных чувствительных элементов преобразователей механических величин // Приборы и системы управления 1990 №10., с. 42-43.

160. Богонин М.Б Способ модификации геометрии защитных масок при моделировании анизотропного травления // Новые промышленные технологии 2005, №3. С. 33-35.

161. Михайлов П.Г. Неразъемные соединения в микромеханических системах //Микросистемнаятехника-2003, № 2.-С. 5-10.

162. Готра З.Ю. Технология микроэлектронных устройств. Справочник-М.: Радио и связь, 1991.

163. Дыоли У. Лазерная технология и анализ материалов / Пер. с англ.-М.: Мир.-1986.

164. Регель В.Р., Слуцкер А.И., Томашевский Э.Е. Кинетическая природа прочности твердых тел / М: Наука, 1974.-560 с.

165. Пух В.П. Прочность и разрушение стекла / Л.: Наука, 1974.-156 с.

166. Екобори Т. Физика и механика разрушения и прочности / М.: Металлургия. 1971.-312 с.

167. Воробьев В.Л. Термодинамические основы диагностики и надежности микроэлектронных устройств / М.: Наука, 1989

168. Митрофанов О.В., Симонов Б.И., Коледов Л.А. Физические основы функционирования изделий микроэлектроники / М.: Высшая школа, 1987.

169. Tufte, О. N. Piezoresistive properties of silicon diffused layers / O. N. Tufte, E. L. Stelzer J. of Appl. Phys. - 1963. - Vol. 34. - № 9. -P. 313-318.

170. ASTM Standard F 723—88, Standard Practice for conversion between resistivity and dopand density for Boron — and Phosphorus doped silicon. — 1966. Annual Book of ASTM Standards, Am. Soc. Tech. Mat., West Conshoockeen, PA, 1966.

171. Irvin I.C. Resistivity of bulk silicon and of diffused layers in silicon // The Bell System Nechn. J. 1962. - Vol 61, № 2. - P. 361-409.

172. ASTM Standard F 84-93, Standard Method for Measuring Resistivity of Silicon Slices With a collinear Four-Point Probe Annual Book of ASTM Standards, Am. Soc. Tech. Mat, PA, 1966.

173. Peeters, E. Process Development for 3D Silicon Microstructures, with Application to Mechanical Sensor Design / E. Peeters. — Ph.D. thesis, Catholic University ofLouvain, Belgium, 1994.

174. Агеев O.A., Мамиконова B.M., Петров B.B. Микроэлектронные преобразователи неэлектрических величин / уч. пос. Таганрог: Изд-во ТРТУ, 2000. 153 с.179. 750 практических электронных схем, справочное руководство / М.: Мир, 1986. 584 с.

175. Мокров Е. А., Крысин Ю. М., Трофимов А. А., Шамраков A. JI. / Датчики механических величин: учебное пособие Пенза: ИИЦ ПГУ, 2009. 153 с.

176. Богуш М.В. Пьезоэлектрическое приборостроение. Т. 3. / Пьезоэлектрические датчики для экстремальных условий эксплуатации. Ростов-на -Дону: Издательство СКНЦ ВШ, 2006. 346 с.

177. Гридчин, В. А., Драгунов В. П. Физика микросистем : учеб. пособие ; в 2 ч. Ч. 1 / Новосибирск: Изд-во НГТУ, 2004. 416 с.

178. Михайлов П.Г., Богонин В.В., Матвеев А.К. Чувствительный элемент преобразователя неэлектрических величин // Авт. свид. СССР № 626374 -ОИПОТЗ, 1978.- №36.

179. Феликсон Е.И. Упругие элементы силоизмерительных приборов / М.: Машиностроение, 1977.