MEMS力触觉传感器的硬核科技：硅应变片与玻璃微熔工艺

传统六维力传感器绝大多数采用金属箔应变片和胶结工艺制备，即通过胶水将金属箔应变片粘接在弹性体上。长时间贮存和使用后，胶结工艺易老化、松动，这个问题数十年无人解决。而精一微感选择了一条更具挑战和前景的技术路线：MEMS 硅应变片 + 玻璃微熔工艺。

技术一 · 感知

硅基应变片

把感知元件从金属箔应变片换成 MEMS 硅应变片。

技术二 · 制造

玻璃微熔工艺

连接层里没有胶水，通过加热玻璃粉把应变片烧结在弹性体上。

一 传统金属箔应变片的痛点

金属箔式应变片和弹性梁之间靠胶水粘接。胶层容易老化、蠕变，时间一长产生微量位移，导致传感器零点明显漂移，准度严重下降。

贴装也是问题。金属箔应变片大多手工贴装，很吃工人手艺，尤其是在进行侧边梁粘贴时更容易贴偏，整个传感器的输出就跟着偏。这套工艺难以实现自动化、量产慢、一致性难保证、成本降不下来。

传统金属箔应变片依赖工人工艺

二 核心技术一：硅基应变片

硅基应变片利用压阻效应制备，灵敏度是传统金属箔的50-100倍，在同样的形变下能输出更大的信号，过载时也不容易失去弹性。精一微感把这一材料特性做成可量产的应变片，推出 MEMS 硅应变片力触觉传感器。

硅基应变片 · 感知层

100倍

灵敏度对比传统金属箔应变片

1/40

最小面积对比传统金属箔应变片

约 1/30

功耗量级同等电压激励下

面积与灵敏度为与同规格金属箔应变片的对比；功耗按 P=V²/R 计算

MEMS 硅应变片来自半导体 fab 厂光刻制作的晶圆 wafer

相比金属箔应变片，它带来六项优势：

01高品质、高可靠

玻璃微熔工艺将应变片高温烧结到弹性体上，形成致密的无机玻璃结构，牢固度和可靠性显著提高，长期使用不易位移，传感器零点、准度更稳定。

02体积小

面积可小于 0.3mm²，传统金属箔应变片的最小面积通常大于 12mm²。

03功耗低

硅应变片阻值可做到 10kΩ，远高于金属箔的 300–400Ω。在相同电压激励下，电流和功耗大幅降低，有利于多轴同时供电和高密度集成。

04灵敏度高

在相同形变下，硅应变片的输出信号显著高于金属箔应变片，信噪比更高，抗电磁干扰能力更强，无需千倍放大电路即可获得稳定可靠的力信号。

05线性度好

通过整机标定与温度补偿，全量程内可保持稳定的线性输出。

06适合大规模量产

玻璃微熔工艺更契合工业量产，一致性更好，后期传感器标定的工作量大幅降低，成本优势显著。

三 核心技术二：玻璃微熔工艺

玻璃微熔，是通过高温加热玻璃粉，把硅应变片烧结在弹性体上，直接替代胶水粘接，从根本上解决了胶层老化、蠕变带来的传感器长期稳定性差，以及手工贴装一致性差的问题。

用玻璃微熔工艺制作的力传感器

玻璃微熔 · 制造层

0

粘接环节的胶水用量

玻璃界面

区别于胶结工艺

批次一致

工艺保证一致性不依赖手工贴装

制造顺序

先做出 MEMS 硅应变片，再用玻璃微熔把它烧结到弹性体上，整个力触觉传感器就成型了。全程不经过胶水粘接这一步。

从 MEMS 硅应变片到玻璃微熔烧结到弹性体，再到整个力传感器成型

玻璃微熔带来的价值，可以归成三条：

•连接牢固，长期稳定性好

•无有机胶层，不存在老化与蠕变

•工艺保证一致性，不依赖手工贴装

四 技术路线对比

常见的力感知路线有五条，把它们放在同一组维度上看，差异一目了然：

五条力感知路线，在稳定性、刚度、动态特性、信噪比、成本优势五个维度上的对比

MEMS 硅应变式（精一微感）

硅基应变片

玻璃微熔

稳定性靠玻璃烧结保证，刚度来自硅与金属弹性体的组合，信噪比和动态响应受益于高灵敏度系数，成本随晶圆量产摊薄。

金属箔应变式

各项都不差，也都不突出：精度稳定但依赖手工贴装，刚度与信噪比受胶层和尺寸限制，量产效率低，成本随人工上涨。

电容式

结构刚度好、分辨率高，但微弱电容变化极易受环境干扰，屏蔽与标定成本高，长期稳定性依赖介质的稳定。

光学式

灵敏度和精度都高，但需要光源、光路与图像处理，结构刚度和抗干扰受光路限制，加工装调精度要求高、成本最贵。

压电式

动态响应最快，仅适用于动态测量，静态力会随时间衰减；需要高阻抗电路，信噪比与长期稳定性差，结构刚度受晶体尺寸限制。

五 结语

感知

硅基应变片

制造

玻璃微熔工艺

MEMS 硅应变片实现微型化和高灵敏度感知，玻璃微熔工艺解决制造一致性和可靠性——这两项工程难题，分别有了各自的解法。

MEMS力触觉传感器的硬核科技：硅应变片与玻璃微熔工艺