气象检测与国家的工农业生产和人们的日常生活密切相关，并在航天探空、资源开发、交通旅游、开发建设以及环境保护等诸多领域起着至关重要的作用，风速风向的测量作为气象检测的重要部分，在气象检测中提供核心气象信息。目前，风速测量领域的主要核心技术依然为国外少数公司所垄断，因此研制出具有自主知识产权的MEMS传感器为核心元件的风速风向传感器，对打破国外垄断，提高我国气象仪器研制水平具有重大的意义。风速传感器的发展经历了很长的历史，从最初的纯机械装置到现在使用MEMS技术实现的热风速风向传感器，MEMS热风速传感器芯片已经相当成熟，必须研制出合适的封装技术，否则它就会成为MEMS热风速风向传感器发展的瓶颈。风速风向传感器的封装除了基本的芯片结构保护和可靠的电气连接功能以外，还要求芯片能够与被测量的物理环境充分接触。包括作者所在的实验室在内，国内外的很多研究机构都围绕这个课题做了大量的工作。　　 本文首先总结了目前热风速风向传感器的结构研究现状和封装研究现状，并分析了各种封装存在的优缺点。接着对实验室原先使用的陶瓷衬底的中心双加热结构的MEMS热风速风向传感器进行了热仿真和分析。在对传感器工作原理和检测原理深入研究的基础上，发现其存在控制和检测电路复杂，误差补偿难以实现等问题。为了解决这些问题，本文对中心双加热结构进行了优化，提出了十字架加热结构的热风速风向传感器，其仍然采用恒温差控制和热温差检测原理，通过模拟仿真发现其仍然能保持中心双加热结构具有的良好的热性能，但是因其风速、风向测量电阻在版图上分开，所以其控制和检测电路相对中心双加热结构要简单得多，而且其有四个加热电阻，使得误差补偿易于实现。　　 在对十字加热结构的热风速风向传感器深入研究的基础上，针对该结构特性采用了背面感风原理的DCA(芯片直接安装)封装形式，并提出了系统级封装方案。由于芯片采用有合适热导率的薄层陶瓷衬底的背面作为感风面，既对芯片的正面进行了必要的保护又减小了使用额外过渡基板的热损耗。为了深入研究封装对传感器性能的影响，论文针对封装结构首先对其感风原理进行了模拟分析，然后研究了封装对风场层流性的影响，接着对填充胶对传感器性能的影响进行了模拟分析和测试，在这些研究的基础上论文对封装前后的传感器芯片无风情况下不同加热功率、不同风向、不同风速下进行了仿真模拟，模拟结果和理论吻合。论文在恒温差控制模式下对电路集成封装后的传感器芯片在风速和风向两方面的性能进行了大量反复的测试，从测试结果可以看出，封装后的芯片仍然能够按照原来的工作原理运行，并且和理想情况吻合，测试得到的风速量程是40m/s，风向测试范围为360°。从封装前后的模拟和测试数据看，封装结构对传感器检测精度影响很小，虽然降低了芯片的灵敏度但仍然能够达到预定的指标。　　 对于理想的风速风向传感器，在无风情况下，传感器表面温度分布高度对称，对于实际的陶瓷传感器，在划片和封装过程中很可能会造成结构不对称，导致传感输出造成误差，需要对误差进行补偿，本文对由于划片、贴片、填充胶造成的封装误差进行了分析，并提出了相应的补偿方案。本文同时对封装中采用的引线键合进行了仿真和实验，验证了封装中采用其作为电气连接的可靠性。　　 本文对实验室原有的传感器结构进行了优化，为优化后的传感器结构设计了合适的封装方案，利用ANSYS软件对封装前后的性能进行的各种仿真，提取了大量数据并与实验相结合，在此基础上验证了封装方案的正确性。本文还对由于封装误差造成的传感器输出误差提出了相应的补偿方案。