一种基于SOI封装的高灵敏度MEMS触觉传感器

本发明涉及触觉传感器，更具体地说，涉及一种基于soi封装的高灵敏度mems触觉传感器。

背景技术：

1、基于微机电系统(micro-electro-mechanical system,mems)技术的触觉传感器可以检测微小的力、压力或表面的细微变化，具有广泛的应用前景，尤其在触觉感知、机器人技术、医疗设备等领域有着重要的应用，能为精密操作或人机交互提供关键数据支持。但mems触觉传感器面临着稳定性与隔离性的问题，不同敏感元件之间的机械耦合可能会导致振动的传递，从而影响mems触觉传感器的输出信号。同时，电路部分可能受到外部电磁场或其他器件信号的干扰，导致信号交叉或产生误读，影响传感器的准确性。因此mems触觉传感器必须通过封装来与工作环境隔离，密封封装对于mems触觉传感器至关重要，可以说mems触觉传感器的封装问题是成功商业化的主要障碍。

2、目前常用的封装技术为薄膜封装技术，一般是在mems传感器上沉积各种薄膜，形成薄而密封的封盖层。但是，薄膜封装常需要额外的机械保护以增加薄封盖层的坚固性，并且需要较高的封装压力。而绝缘体上硅(silicon on insulator,soi)封装技术是一种在硅衬底上构建绝缘层，并在其上制造硅层的技术。这种封装技术提供了完美的机械坚固性并且所需封装压力较小，同时采用soi封装技术可以拥有更好的电气隔离，减少电路干扰，降低器件的串扰效应，有助于提高mems触觉传感器的信噪比、稳定性、灵敏度和精确度。本发明技术针对高灵敏度触觉传感器的需求提出了一种创新的设计方案，结合了soi封装技术和mems传感器制造技术，为各个领域提供了更为精确和可靠的触觉感知解决方案。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种基于soi封装的高灵敏度mems触觉传感器，以解决mems触觉传感器件所面临的稳定性与隔离性问题。

2、本发明采用以下技术方案：

3、本发明包括soi器件和soi盖板。

4、所述soi器件包括三轴力检测单元和第一硅键合框；所述第一硅键合框作为整个soi器件的封装支撑结构，并与上方的soi盖板进行键合固定为整体。

5、所述soi盖板包括接口层和传递层；

6、所述接口层包括多条金属导线和硅封装盖；多条金属导线位于所述硅封装盖内部，金属导线的首端位于所述硅封装盖侧面，金属导线的末端与传递层上表面接触；

7、所述传递层包括多个触觉凸台、多个硅垂直台和第二硅键合框；所述硅垂直台用于实现soi器件与外界的电信号传递，所述触觉凸台用于实现应力信号的传递；所述的第二硅键合框作为soi盖板的封装支撑结构，并与下方的soi器件进行键合固定为整体。

8、本发明具备以下有益效果：

9、该基于soi封装的高灵敏度mems触觉传感器，通过soi盖板的设计提升了封装机械坚固性并且降低了所需封装压力，降低了封装难度与成本。

10、该基于soi封装的高灵敏度mems触觉传感器，采用soi封装技术减少了电路干扰，降低器件间的串扰效应并拥有良好的电气隔离，有助于提高mems触觉传感器的信噪比、灵敏度和稳定性。

11、该基于soi封装的高灵敏度mems触觉传感器，通过法向应力传感器、切向应力传感器的设计，使其能够同时测量三轴应力与摩擦力，有助于避免滑移导致测量精度下降，提高了传感器的精确度。

技术特征：

1.一种基于soi封装的高灵敏度mems触觉传感器，其特征在于：包括soi器件和soi盖板；

2.根据权利要求1所述的一种基于soi封装的高灵敏度mems触觉传感器，其特征在于：所述的三轴力检测单元包括法向应力传感器、四个切向应力传感器；所述法向应力传感器位于所述soi器件中心；所述切向应力传感器呈圆周分布并环绕所述法向应力传感器。

3.根据权利要求2所述的一种基于soi封装的高灵敏度mems触觉传感器，其特征在于：所述法向应力传感器包括空腔、支撑框、第一硅键合框、两个敏感梁和四个金属电极，实现z轴方向应力的检测。

4.根据权利要求2所述的一种基于soi封装的高灵敏度mems触觉传感器，其特征在于：所述切向应力传感器包括空腔、支撑框、第一硅键合框、两个敏感梁和四个金属电极，实现切向x轴和y轴方向应力的检测。

5.根据权利要求3或4所述的一种基于soi封装的高灵敏度mems触觉传感器，其特征在于：所述空腔位于所述支撑框中心，所述第一硅键合框位于所述支撑框上表面，所述两个敏感梁位于所述空腔上表面，所述四个金属电极位于所述两个敏感梁两端上表面。

6.根据权利要求2所述的一种基于soi封装的高灵敏度mems触觉传感器，其特征在于：所述触觉凸台位于所述硅封装盖下表面，且与下方的soi器件法向应力传感器、切向应力传感器敏感梁上表面直接接触。

7.根据权利要求2所述的一种基于soi封装的高灵敏度mems触觉传感器，其特征在于：所述硅垂直台位于所述金属导线末端下表面，且与下方的soi器件法向应力传感器、切向应力传感器金属电极上表面直接接触。

8.根据权利要求7所述的一种基于soi封装的高灵敏度mems触觉传感器，其特征在于：所述的硅垂直台材料为低阻硅，且电阻率<0.005ω.cm。

技术总结本发明公开了一种基于SOI封装的高灵敏度MEMS触觉传感器。本发明包括SOI器件和SOI盖板。所述SOI器件包括三轴力检测单元和第一硅键合框；所述第一硅键合框作为整个SOI器件的封装支撑结构，并与上方的SOI盖板进行键合固定为整体。所述SOI盖板包括接口层和传递层；所述接口层包括多条金属导线和硅封装盖；所述传递层包括多个触觉凸台、多个硅垂直台和第二硅键合框；本发明通过SOI盖板的设计提升了封装机械坚固性并且降低了所需封装压力，降低了封装难度与成本。采用SOI封装技术减少了电路干扰，降低器件间的串扰效应并拥有良好的电气隔离，有助于提高MEMS触觉传感器的信噪比、灵敏度和稳定性。技术研发人员：董林玺,岳晨曦,颜海霞,刘超然,杨伟煌受保护的技术使用者：杭州电子科技大学技术研发日：技术公布日：2024/6/13