MEMS力傳感器的原理

力傳感器

力傳感器(force sensor)是能感受力的信號，并能按照一定的規(guī)律將力信號轉(zhuǎn)換成電信號的器件或裝置。力傳感器通常由力敏感元件（如金屬梁、金屬膜片等）、轉(zhuǎn)換原件（如電阻應(yīng)變片等）及信號處理單元組成。 根據(jù)國外研究與市場咨詢公司發(fā)布的《力傳感器市場——增長、趨勢和預(yù)測（2020-2025）》報(bào)告顯示，2019年全球力傳感器市場價(jià)值為18億美元，預(yù)計(jì)到2025年將達(dá)到25.3億美元，在2020-2025年的預(yù)測期內(nèi)復(fù)合年增長率為5.9％。

MEMS力傳感器的原理

傳統(tǒng)的力傳感器采用的力敏元件件或應(yīng)變片多為金屬或?qū)щ?a href="http://www.ttokpm.com/article/zt/" target="_blank">聚合物。而基于MEMS（Micro-Electro-Mechanical System）技術(shù)制造的力傳感器，其力敏元件和轉(zhuǎn)換元件均采用單晶硅材料。因此，其在小型化、靈敏度、精度、動(dòng)態(tài)響應(yīng)、可靠性及量產(chǎn)能力上較金屬和聚合物更有優(yōu)勢。

力傳感器的應(yīng)用

目前，力傳感器主要用于稱重，如電子衡器、工業(yè)控制、在線控制、安全過載報(bào)警及材料試驗(yàn)機(jī)等領(lǐng)域。而隨著智能手表、智能手機(jī)、筆記本電腦等消費(fèi)電子設(shè)備中傳感器的采用率上升，力傳感器也被越來越多地應(yīng)用于消費(fèi)電子領(lǐng)域。作為人機(jī)交互重要的一環(huán)，在AR/VR領(lǐng)域，力傳感也扮演了重要的角色。除此之外，隨著智能制造、工業(yè)4.0和物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，力傳感器在建筑、工業(yè)和制造、機(jī)器人、醫(yī)療保健等領(lǐng)域的應(yīng)用也在不斷被開發(fā)。

敏芯股份力傳感器：MST701

敏芯基于MEMS技術(shù)，結(jié)合晶圓級封裝，推出了Sensor only的MST701力傳感器： MST701的工作原理：

MST701的4個(gè)壓敏電阻構(gòu)成惠斯通電橋結(jié)構(gòu)，在外界力的作用下，器件發(fā)生變形，壓敏電阻阻值隨之發(fā)生變化。由于電阻擺放位置的不同，壓敏電阻的阻值也相應(yīng)的有不同的變化，惠斯通電橋也因此產(chǎn)生模擬差分信號輸出。

在實(shí)際使用中，借由晶圓級封裝技術(shù)Flip-Chip，MST701被焊接在柔性線路板（FPC）上，而柔性電路板（FPC）則通過VHB粘接膠粘接于外殼一側(cè)。當(dāng)外力F作用在外殼的另一側(cè)時(shí)，外殼產(chǎn)生形變，并通過VHB粘接膠、柔性電路板（FPC）將力傳遞至MEMS芯片，引起MEMS產(chǎn)生形變，并最終導(dǎo)致其表面的壓敏電阻產(chǎn)生變化。 MST701特征參數(shù)：

產(chǎn)品尺寸（帶錫球）：842*842*200 [μm]

最大承受壓力：100 [N]

靈敏度：2 [mV/N/V]

非線性度（Linearity）：≦ 5 [%FS]

遲滯（Hysteresis）：≦ 5% [%FS]

審核編輯 ：李倩