风速的测量不仅在航天航空、科研实验上不可或缺,更与人们的生活、工农业生产密不可分。目前,在风速风向测量方面,风杯、风向标是极为广泛应用的仪器,然而这些机械式风速计不仅体积大,转动部件极易磨损,而且启动风速也大,由此,MEMS热式风速风向传感器应运而生。本论文在前期诸多研究的基础上,提出了更加细化的提高传感器性能的方案,并且通过ANSYS仿真模拟与实验测试来验证该结构方案,主要解决了现有传感器功耗大的问题,并且使得传感器在灵敏度、一致性方面更加完善。首先,本文利用硅微机械加工技术在加热和测温元件之间通过深反应离子刻蚀(DRIE)沟槽来降低元件之间的横向热传导,通过ANSYS-CFX模拟风场对该传感器进行结构优化及性能仿真,完成版图设计,进行流片和封装,并通过风洞实测,验证了该传感器的性能,结果表明,在初始加热功率为256mW的恒压(CV)模式下,测量风速范围可达到33m/s。在风速为3.3m/s时测得的灵敏度为16.37mV/(m/s),与传统的热式风传感器相比,其灵敏度提高了约82%。其次,利用惠斯通全桥形式的热敏电阻和热隔离槽的组合使传感器的灵敏度和精度得到进一步提高的同时降低芯片功耗,风洞实验结果表明,在初始加热功率为256mW的恒压(CV)模式下,测量风速范围超过33m/s。在风速为3.3m/s时测得的灵敏度为29.37mV/(m/s),与传统的热式风传感器相比,其灵敏度提高了约226%。最后,在刻蚀隔热沟槽的基础上,提出了一种利用低温共烧陶瓷(LTCC)工艺在硅片的一侧烧结陶瓷,形成陶瓷-硅衬底,并在陶瓷-硅衬底有硅的一侧设置加热和测温元件,从而将以硅作为衬底的工艺一致性和以陶瓷作为衬底的低功耗和自封装结合起来,实现了一种基于低温共烧陶瓷-硅衬底的二维风速风向传感器,该传感器结构方案已通过ANSYS-CFX进行模拟风场仿真,初步验证了其性能。本文通过仿真和实际测量结果的对比改进了传感器的隔热槽结构,可靠的仿真数据为后续低温共烧陶瓷-硅衬底的热式风速计成品的实现提供理论依据。