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专利号: 2021104991978
申请人: 杭州电子科技大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 测量;测试
更新日期:2024-01-05
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种二维解耦力触觉传感器,其特征在于,包括玻璃基底和设于玻璃基底上的敏感块;

以敏感块的中心为原点、长宽作为XY轴,敏感块的X轴正向方和Y轴正方向均设有位移电极组件,敏感块的X轴负方向和Y轴负方向均设有支撑组件;

位移电极组件包括位移基板、弹性梁和支撑侧台,位移基板设有上电极;

玻璃基底内与位移电极组件相应的位置均设有底部电极,上电极与相应的底部电极形成平行板电容器;

敏感块受力可使位移基板产生位移,从而改变平行板电容器的电容值;

所述位移基板为格栅状,上电极铺设于位移基板的每个格栅上表面;

所述底部电极由梳齿状的第一电极薄板和第二电极薄板相互交错构成,上电极与第一电极薄板的正对面积等于上电极与第二电极薄板的正对面积。

2.根据权利要求1所述的一种二维解耦力触觉传感器,其特征在于,弹性梁呈十字状,包括两个竖梁和设于两个竖梁之间的相对的两个U形硅悬臂梁。

3.根据权利要求2所述的一种二维解耦力触觉传感器,其特征在于,所述支撑组件包括支撑弹性梁和支撑柱,所述支撑弹性梁与弹性梁的尺寸相同,支撑柱与支撑侧台的尺寸相同。

4.根据权利要求1所述的一种二维解耦力触觉传感器,其特征在于,所述位移基板宽度小于敏感块宽度,所述位移基板的每个格栅间距均相等;所述第一电极薄板和第二电极薄板的每个梳齿的间距均相等。

5.根据权利要求1所述的一种二维解耦力触觉传感器,其特征在于,所述弹性梁的最大形变量不超过第一电极薄板的每个梳齿的宽度。

6.根据权利要求1‑5任一项所述的一种二维解耦力触觉传感器,其特征在于,所述平行板电容器电容值的计算公式为:

其中,ε0为真空介电常数,εr为相对介电常数,S为上电极与对应底部电极的第一电极薄板或第二电极薄板的正对面积,d为上电极与底部电极形成的平行板电容器的极间距。

7.根据权利要求6所述的一种二维解耦力触觉传感器,其特征在于,传感器的输入信号为:Input=[FX,FY],其中FX为敏感块受到X方向的力,FY为敏感块受到Y方向的力;

输出信号为: 其中 为X方向的上电极与其正对的底部电极的第一电极薄板之间形成的平行板电容器的电容值的变化量, 为X方向的上电极与其正对的底部电极的第二电极薄板之间形成的平行板电容器的电容值的变化量,为Y方向的上电极与其正对的底部电极的第一电极薄板之间形成的平行板电容器的电容值的变化量, 为Y方向的上电极与其正对的底部电极的第二电极薄板之间形成的平行板电容器的电容值的变化量。

8.一种二维解耦力触觉传感器MEMS制备方法,其特征在于,制备如权利要求1‑7任一项所述的一种二维解耦力触觉传感器,步骤如下,玻璃基底内的底部电极的制备如下:步骤1)、选取厚度为500μm的玻璃片,清洗;

步骤2)、在玻璃片的正面溅射铝,铝的厚度为2μm;

步骤3)、玻璃正面涂胶,烘干,对玻璃正面的铝进行光刻;

步骤4)、湿法腐蚀掉部分铝;

步骤5)、去除光刻胶并清洗;

敏感块、位移电极组件和支撑组件的制备如下:步骤101)、选取双抛光、厚度为400μm的四寸硅片,清洗步骤102)、在硅片背面涂胶,烘3分钟,对硅片背面进行;

步骤103)、干法刻蚀,将未被保护的硅片部分减薄至240μm;

步骤104)、去胶并清洗硅片;

步骤105)、硅片背面涂厚胶,控制前烘、后烘时间,对硅片背面进行光刻;

步骤106)、干法刻蚀,采用深反应离子刻蚀方法腐蚀硅,并刻透;厚胶的厚度根据掩膜

400μm硅片的深反应离子刻蚀来确定;

步骤107)、去胶,在硅片的表面形成2μm的二氧化硅氧化层;

步骤108)、在硅片的正面溅射铝,对硅片正面的铝进行光刻;

步骤109)、湿法腐蚀铝,然后去胶清洗;

步骤110)、干法刻蚀掉硅片背面的二氧化硅,清洗;

步骤111)、将硅片背面和玻璃正面进行静电键合;清洗键合片,分片。