基于电容检测原理的MEMS六轴力传感器芯片及其制备方法技术

一种基于电容检测原理的MEMS六轴力传感器芯片及其制备方法，芯片由载荷传递层、绝缘层、梳齿电容层和玻璃层由上向下组合而成，层间通过硅

【技术实现步骤摘要】
基于电容检测原理的MEMS六轴力传感器芯片及其制备方法


[0001]本专利技术属于微机电系统和传感器
，具体涉及一种基于电容检测原理的MEMS六轴力传感器芯片及其制备方法。

技术介绍

[0002]微机电系统的研究对象主要包括微型执行器和微型传感器等微纳器件，通过MEMS工艺制备的微纳器件具有体积小、能耗低、易于批量制备、成本低等优点，广泛应用在微型机器人、生物医疗等高精尖领域，起到感知外界环境信息和微操作执行等功能。微纳传感器按照检测原理可分为压阻式、压电式和电容式等，具有微型化、易于集成等优点。
[0003]六轴力传感器广泛应用在装配、打磨机器人等工业领域以及微创手术等医疗领域，实现智能机器人手指和手腕等部位力的检测；目前关于微型化的六轴力传感器研究相对较少，而利用MEMS工艺制备的六轴力传感器具有体积小、灵敏度高等特点，可应用于众多精密测量领域。
[0004]基于压阻检测原理的MEMS六轴力传感器通过弹性体将待测力或力矩转化为其上的应力分布，利用在弹性体上合理布置的压敏电阻敏感应力变化而输出待测力或力矩信息，六轴力的解本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于电容检测原理的MEMS六轴力传感器芯片，其特征在于：由载荷传递层(1)、绝缘层(2)、梳齿电容层(3)和玻璃层(4)由上向下组合而成，层间通过硅
‑
玻阳极键合和硅
‑
硅键合连接为一个整体；所述的载荷传递层(1)包括载荷传递层固定区(11)及通过T型梁(12)连接的载荷传递层中心刚体(13)；载荷传递层固定区(11)为芯片的框架，四个T型梁(12)，呈中心对称布置，载荷传递层固定区(11)凸出的四个缺角与载荷传递层中心刚体(13)的四个斜角边构成过载保护间隙(14)。2.根据权利要求1所述的一种基于电容检测原理的MEMS六轴力传感器芯片，其特征在于：所述的每个T型梁(12)由垂直相交的双端固支弹性支撑梁和微梁构成，弹性支撑梁的两端固支于载荷传递层固定区(11)，微梁的一端垂直连接于弹性支撑梁的中部，微梁另一端垂直连接于载荷传递层中心刚体(13)。3.根据权利要求1所述的一种基于电容检测原理的MEMS六轴力传感器芯片，其特征在于：所述的绝缘层(2)包括绝缘层固定区(21)和其内部的可移动区(22)，绝缘层(2)的材料为SiO2。4.根据权利要求1所述的一种基于电容检测原理的MEMS六轴力传感器芯片，其特征在于：所述的梳齿电容层(3)包括梳齿动极板电极(31)、梳齿电容(32)、梳齿电容层中心刚体(33)、梳齿定极板电极(34)、Z型导电支撑梁(35)和隔离沟道(36)；梳齿电容(32)为面内间距变化型电容，八个完全相同的梳齿电容(32)呈中心对称或轴对称布置；梳齿电容层(3)一共具有十二个电极，包括八个梳齿定极板电极(34)和四个梳齿动极板电极(31)，八个梳齿定极板电极(34)呈轴对称或中心对称地布置于芯片四周，四个梳齿动极板电极(31)与梳齿电容层中心刚体(33)通过Z型导电支撑梁(35)相连，不同的电极之间通过隔离沟道(36)实现电气绝缘。5.根据权利要求4所述的一种基于电容检测原理的MEMS六轴力传感器芯片，其特征在于：每个梳齿电容(32)由定极板和动极板组成，定极板与梳齿定极板电极(34)相连，动极板与梳齿电容层中心刚体(33)相连，动极板和定极板具有高度差，动极板的高度小于定极板的高度。6.根据权利要求4所述的一种基于电容检测原理的MEMS六轴力传感器芯片，其特征在于：所述的玻璃层(4)包括玻璃腔体(43)、以及沉积在玻璃腔体(43)上的四个平板电容极板(44)、内部电极焊盘(42)、金属引线(45)和外部焊盘(41)；四个平板电容极板(44)对称布置在玻璃腔体(43)的中心区域，内部电极焊盘(42)呈中心对称地布置于玻璃层表面，十二个内部电极焊盘(42)与梳齿电容层(3)的十二个电极相接触，实现梳齿电容(32)的电气连接；金属引线(45)实现平板电容极板(44)与外部焊盘(41)、内部电极焊盘(42)与外部焊...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵立波，谭仁杰，黄琳雅，韩香广，高文迪，李敏，董林玺，王李，杨萍，王永录，蒋庄德，
申请(专利权)人：杭州电子科技大学，
类型：发明
国别省市：