国家自然科学奖推荐书 创新无忧.doc

项目名称：蝶翼式硅微陀螺及其批量化制造关键工艺 完成单位：中国人民解放军国防科学技术大学 主要完成人：李圣怡、吴学忠、肖定邦、陈志华、侯占强、胡小平 推荐单位意见： 我单位认真审阅了该项目推荐书及附件材料，确认全部材料真实有效，相关栏目均符合国家科学技术奖励工作办公室的填写要求。 按照要求，我单位已对该项目的拟推荐情况进行了公示，无异议。 针对梳齿结构硅微陀螺生产对工艺设备要求高、批量化制造难度大等问题，该项目经过十多年研究，发明了一种新型蝶翼式硅微陀螺，突破了结构设计、批量化制造、检测与控制等一系列关键技术，研制了蝶翼式硅微陀螺及其组合导航系统。该微陀螺具有结构简单、对加工设备性能要求相对低、易于批量化制造等特点，其整体性能与ADI、Sensonor、Silicon Sensing、Honeywell等国际著名公司发布的高端产品相当，达到国际先进水平，已在国内多家单位得到推广应用。项目先后获2014年湖南省技术发明一等奖、第八届国际发明展览会“发明创业奖?项目奖”金奖。 主要技术成果获国家发明专利授权21项，发表学术论文56篇，其中SCI收录23篇。研究成果突破了国外的技术和产品封锁，发展了具有自主知识产权的微陀螺制造技术，不仅对服务国家核心元器件自主可控发展战略需求具有重大意义，而且在助力中国制造业迈上中高端、推动产业结构调整方面具有很好的示范带动作用。 推荐该项目为国家技术发明奖一等奖。 项目简介： 陀螺是测量物体角运动的传感器，主要应用于惯性导航、姿态控制、运动测量等领域，是众多工业产品和武器装备的核心器件之一。我国年均汽车产量超过2千万辆、微小型无人机制造规模快速增长，但其中ESP系统和航姿测量系统必需的微陀螺均依靠进口。我国武器装备的信息化对高性能微陀螺提出了迫切需求，如制导弹药、战术武器、无人作战系统等急需大量微陀螺产品。而美国等西方国家严厉禁止向我国出口高性能微陀螺技术与产品。自主研制高性能微陀螺，对于打破国外的技术封锁、解决国内自主可控核心器件受制于人的问题，具有重要的意义。 国内自上世纪90年代中期开始微陀螺研究，取得了较好的研究进展，但还没有完全突破微陀螺的工程化技术、形成批量化生产能力。国外微陀螺的主要结构形式是梳齿结构，该结构加工难度大，已推出相关产品的公司大多是加工工艺水平非常高的单位，如霍尼韦尔公司、ADI公司、德国博世公司等。国内研究单位大多也采用了梳齿结构，在加工工艺方面一直面临着成品率和一致性不理想等难题。虽然近年来国内部分单位通过从国外整体引进工艺线等途径，在加工工艺方面取得了较快进展，但要促进我国微陀螺的长期可持续发展，必须立足国内的工艺水平，开展结构和工艺创新，走有我国特色的微陀螺研制之路。 本项目立足我国微纳制造技术基础，经过十多年研究，发明了一种新型蝶翼式硅微陀螺，在结构设计、批量化制造、检测与控制等方面突破了一系列关键技术，微陀螺性能指标达到国际先进水平。取得了如下发明： 技术发明1：内置参考基准的高灵敏度蝶翼式角速度敏感结构——发明了一种基于斜六边形截面支撑粱和平面电极布局的高灵敏度蝶翼式敏感结构，创新性地提出了一种在敏感结构中内置MEMS电容器作为参考基准以提高微陀螺稳定性的设计方法，设计了利用应力释放框架提高微陀螺敏感结构温度稳定性的技术途径，有效解决了微陀螺敏感结构灵敏度、稳定性和可制造性综合优化的技术难题。 技术发明2：蝶翼式敏感结构高效高精度加工关键工艺——发明了基于预埋掩膜的斜六边形截面支撑梁高效高精度加工、基于硅导通柱的全对称三层敏感结构制造、激光精密修调、多层异质圆片的低损伤激光划片等工艺，解决了蝶翼式硅微陀螺敏感结构的高效、高精度和批量化制造难题。 技术发明3：蝶翼式微陀螺敏感结构超精密运动检测与控制技术——提出了双载波调制的双组微弱电容单通道检测、静电刚度自适应调节的敏感结构平衡控制、全闭环力反馈控制等技术，解决了微陀螺敏感结构的超精密运动检测与控制难题。 项目获国家发明专利授权21项，发表论文56 篇。微陀螺产品经过国内权威检测机构测试，整体性能与ADI、Sensonor、Silicon Sensing、Honeywell等国际著名公司发布的高端产品相当，达到国际先进水平。 蝶翼式硅微陀螺已应用于飞瑞航空、华南光电等公司研制的惯性稳瞄平台、微小型无人机等产品，打破了国外技术封锁，产生了显著的经济和社会效益。目前已与湖南天羿领航科技有限公司签署成果转化协议，由该公司进行批量化生产，计划年产2万套微陀螺。 客观评价： 1. 国家权威机构测试结果 （1）航天九院十三所国家惯性技术评测中心测试结果 2013年7月，项目组委托航天九院十三所国家惯性技术评测中心，依据《微机械陀螺测试细则》，对本项目研制的必威体育精装版型号微陀螺进行了严格测试，其主要指标为：量程±200 °/s