電阻陣列紅外場景產(chǎn)生器的仿真設(shè)計與微細(xì)加工工藝研究.pdf

1、動態(tài)紅外場景產(chǎn)生器是紅外硬件閉環(huán)（Hardware-in-the-Loop: HWIL）仿真系統(tǒng)的核心組件。在眾多發(fā)展起來的紅外場景產(chǎn)生技術(shù)中，基于電阻發(fā)熱產(chǎn)生紅外輻射的電阻陣列技術(shù)由于具有低功耗、大溫度范圍、高分辨率、高占空比等優(yōu)點(diǎn)，已成為目前該領(lǐng)域最具發(fā)展前景的技術(shù)之一。陣列單元的絕熱結(jié)構(gòu)設(shè)計以及器件的微細(xì)加工工藝是研制電阻陣列紅外場景產(chǎn)生器的核心問題。
　　本論文針對動態(tài)紅外場景產(chǎn)生器的性能要求，對電阻陣列的單元結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化

2、設(shè)計，并研究了器件的微細(xì)加工工藝，主要內(nèi)容和結(jié)果如下：
　　1．采用ANSYS有限元分析軟件優(yōu)化單元結(jié)構(gòu)設(shè)計。建立了基于聚酰亞胺絕熱層的薄膜結(jié)構(gòu)電阻陣列紅外場景產(chǎn)生器的單元模型，以模型熱傳遞機(jī)理分析中得到的單元結(jié)構(gòu)設(shè)計原則為基礎(chǔ)，利用ANSYS軟件對器件單元結(jié)構(gòu)進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計，得出最優(yōu)設(shè)計的聚酰亞胺絕熱層厚度為3μm。對最優(yōu)設(shè)計下陣列單元的ANSYS仿真結(jié)果表明：當(dāng)單元加載功率為100mW時，相鄰單元間的熱串?dāng)_不超過10％，單元表

3、面溫度的上升時間小于0.5ms，下降時間約為1ms，陣列幀頻最高可達(dá)500Hz。
　　2．優(yōu)化聚酰亞胺薄膜的制備與濕法腐蝕工藝。研究表明，采用基片預(yù)處理工藝能夠改善聚酰亞胺的成膜質(zhì)量；聚酰亞胺的成膜厚度取決于聚酰胺酸（PAA）的粘度及旋涂轉(zhuǎn)速；聚酰亞胺濕法腐蝕圖形的質(zhì)量受聚酰亞胺的預(yù)固化工藝條件和腐蝕液濃度影響。通過優(yōu)化聚酰亞胺薄膜的制備與濕法腐蝕工藝，在Si（100）襯底上成功制備出厚度為3μm的高質(zhì)量聚酰亞胺薄膜絕熱島陣列圖形

4、。
　　3．采用微細(xì)加工技術(shù)研制2×16薄膜結(jié)構(gòu)電阻陣列紅外場景產(chǎn)生器。選用NiCr合金作為單元微輻射電阻材料，優(yōu)化直流磁控濺射工藝控制 NiCr薄膜的方阻為200Ω/□，通過設(shè)計不同方數(shù)的電阻圖形，成功研制出了包含5kΩ、10kΩ和20kΩ三種阻值單元的2×16電阻陣列器件。陣列單元尺寸為170μm×170μm，單元間距為20μm。
　　4．器件在紅外熱像儀下測試的結(jié)果表明：在室溫非真空環(huán)境下，器件表面等效黑體輻射溫度范圍