CN117571186A - 一种mems多维力传感器的封装结构和方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种MEMS多维力传感器的封装结构和方法，封装后的MEMS多维力传感器由MEMS多维力传感器芯片、封装帽、封装管座组成，多维力传感器芯片放置在封装管座上，封装帽盖在封装管座上，且封装帽上的力传递柱连接MEMS多维力传感器芯片。封装管座用于固定多维力传感器芯片和防止过载，封装帽用于保护传感器芯片，将承接的外界力和扭矩传至传感器芯片的力接触界面，MEMS多维力传感器芯片通过敏感元件感知外界的力和扭矩，输出测量的电学信号。相比于现有的机械式多维力传感器，本发明封装的MEMS多维力传感器还具有测量精度高、响应速度快、体积和重量小、成本和功率低等优势。

Description

一种MEMS多维力传感器的封装结构和方法

技术领域

本发明涉及微机电***和封装技术领域，特别是关于一种MEMS多维力传感器的封装结构及封装方法。

技术背景

以笛卡尔坐标系为基准，多维力传感器可以测量施加于其上的多个轴向(X，Y，Z)的力或扭矩，并输出所测量力或扭矩的电学信号。目前广泛应用的多维力传感器是机械式多维力传感器和MEMS多维力传感器。机械式多维力传感器是一种传统的且目前广泛应用的力传感器，主要通过在应变体上粘贴多个金属应变电阻构成，一般采用铜镍或镍铬合金作为力敏电阻粘贴在应变体上，当传感器被施加外力时，力传感器内的应变体会产生形变，使得粘贴在其上的金属应变电阻也一起伸缩，随着金属材料的变长或缩短，其阻值也会产生相应的变化。机械式多维力传感器在产生形变时产生相应的电阻值改变，通过合理的设计就能转换为电信号来检测多维的力和扭矩。尽管机械式多维力传感器的可靠性较高、量程范围大，但其分辨率很低、灵敏度很低、精度低、延迟大、成本高，特别是其制备会受限于贴片工艺，多维的机械式力传感器通常只能通过单轴的应变片组装而成，尺寸都比较大，价格昂贵，限制了其在高精度、微型化领域的应用。

基于MEMS技术的力传感器是在力作用下产生应变的器件，可以利用压阻型转换元件来测量这种形变，也可以通过压电式、电容式、光电式感测应变结构的变化量来进行测量，其中，压阻式力传感器应用最为普遍。压阻式力传感器的力敏转换元件集成在应变结构中，外部负载作用下产生的应力导致力敏元件阻值的变化，通过惠斯通电桥的方式将力敏电阻的变化量转化为电压信号来检测力或扭矩的信息。压阻式力传感器通常采用单晶硅作为力敏电阻，其具有非常高的应变灵敏度系数，MEMS多维力传感器的常见应变结构有膜片式、十字梁、双支梁、悬臂梁。相比较机械式多维力传感器，MEMS多维力传感器具有尺寸小、灵敏度高、分辨率高、精度高、线性度好、迟滞小、响应速度快、成本低等优势。

压阻式MEMS多维力传感器由应变体、力接触界面和作为敏感元件的力敏电阻组成。应变体是通过刻蚀衬底材料从而获得一定厚度的膜、梁等结构得到，应变体的厚度决定了测量灵敏度。力接触界面传递外力到芯片的应变体上。限制于应变体的尺寸，MEMS多维力传感器的应变体易于断裂，导致其量程和过载均较小，限制了MEMS多维力传感器的应用范围。解决MEMS多维力传感器的量程和过载问题可为其广泛应用奠定坚实的基础。

发明内容

本发明为保证MEMS多维力传感器的测量精度、低耦合、高线性度，以及量程小和过载问题，提出一种可以扩大量程和过载保护的MEMS多维力传感器封装技术。利用该技术封装后的MEMS多维力传感器在保证测量高精度、高线性度、低耦合、高响应速度、低成本等优势的同时，有效弥补其量程小、抗过载能力差的问题，利用本发明技术封装后的MEMS多维力传感器有望在机器人和高精度自动控制等领域得到广泛应用。

基于上述目的，本发明提供了如下技术方案：

本发明提供了一种MEMS多维力传感器的扩大量程、过载保护的封装结构，该封装结构包括MEMS多维力传感器芯片、封装帽、封装管座。所述MEMS多维力传感器芯片固定在封装管座上，所述封装帽盖在封装管座上。MEMS多维力传感器芯片包括芯片应变体、芯片力接触界面、支撑应变体的框架以及敏感元件，所述芯片力接触界面设置在芯片应变体的上表面正中心位置，所述敏感元件嵌入于芯片应变体。所述封装帽包括帽应变体、帽受力体、力传递柱和支撑帽应变体的框架，所述帽应变体的上表面正中心区域连接着帽受力体，帽应变体的下表面正中心区域连接着力传递柱，所述力传递柱与芯片力接触界面之间通过金属共晶键合或者粘接或者焊锡连接。所述封装帽用于承接外界的力、扭矩，所述封装管座作为力传感器芯片的固定端，所述多维力传感器芯片用于输出所测量力和扭矩的电学信号。封装帽通过力传递柱将多维力传递到芯片的力接触界面，从而带动芯片应变体形变，敏感元件将应变体的应力或应变转换为电信号输出。具体来说：

所述的MEMS多维力传感器芯片由芯片应变体、芯片力接触界面、支撑应变体的框架、以及敏感元件组成。芯片应变体四周为支撑框架所支撑，芯片应变体的上表面正中心区域为芯片力接触界面，敏感元件嵌入于芯片应变体。所述芯片应变体可以是膜片式、双支梁、悬臂梁、十字梁、米字梁。所述芯片力接触界面的面积小于应变体的面积，形状为正方形、圆形、矩形等。当外界多维力作用于芯片力接触界面时，将会带动应变体产生形变。所述支撑框架用于支撑应变体，为内外壁为方形、圆形、多边形等形状的带有通孔或空腔的结构。所述敏感元件可以是压阻式、电容式、电感式、压电式等元件，位于应变体应力集中的位置，当应变体产生发生形变时，敏感元件将应变体的应力或应变转换为电信号输出。

所述的封装帽由帽应变体、帽受力体、力传递柱、支撑帽应变体的框架组成。帽应变体四周为支撑框架所支撑，帽应变体的上表面正中心区域连接着帽受力体，帽应变体的下表面正中心区域连接着力传递柱。帽应变体可以是对称的方形、圆形、多边形膜片式及其他们的拓扑结构。帽受力体可以是方形、圆形、多边形等形状，面积小于帽应变体。力传递柱的截面形状可以是方形、圆形、多边形等形状，与芯片力接触界面的形状一致，力传递柱的截面面积等于芯片力接触界面的面积，所述力传递柱也可以独立于封装帽结构制备，在连接在一起。力传递柱与芯片力接触界面相连接，力传递柱将封装帽受到的外界多维力传递到芯片的力接触界面，力传递柱可以和封装帽一体制备，也可以单独制备。根据应用要求，选择不同封装帽材料和形状，封装帽的材料可以是金属、陶瓷、塑料、树脂、PDMS、PMMA等形变线性度好的材料。封装帽可以采用各种高精度加工方法制备，包括但不限于微电子微机械加工、高精度3D打印、注塑、金属锻造、PDMS倒模方法，保证多维力传感器高精度和低耦合。

所述封装帽上的力传递柱与芯片之间可以采用键合、粘接、焊接等方式进行封接。所述芯片力接触界面与力传递柱之间可以具有插接结构，芯片力接触界面的部分区域可以相对芯片应变体凸起，也可以相对芯片应变体凹进，相对芯片应变体凸起的芯片力接触界面，力传递柱截面的部分相应区域是凹陷的，而对于相对芯片应变体凹进的芯片力接触界面，力传递柱截面的部分相应区域是凸起的，以实现芯片力接触界面与力传递柱的精确对准，减小轴间耦合。多维力传感器芯片力接触界面与封装帽上的力传递柱之间进行连接时，需限制粘接剂或焊料的流动范围。当采用粘接的方式时，可以采用点胶机精确控制粘接剂的量，以避免粘接剂量过多或过少造成应力分布变化从而导致轴间输出耦合、输出非线性等。当采用焊接的形式时，需要在芯片的力接触界面制备金属粘附层，以提高力接触界面和焊料的粘附性，然后采用SMT回流焊形成封接，当焊料在金属焊盘上流动时，由于表面张力作用，焊料被限定在金属粘附层区域，避免了焊料超出金属粘附层区域从而导致输出耦合和非线性。当采用键合工艺时，接触面也需要制备出相应的共晶材料，可以采用微电子制备工艺制备，保证接触面的高精度，以降低传感器的输出耦合和非线性。此外，芯片力接触界面上的凸起或凹进可以进一步限制粘接剂或焊料的流动范围。

所述封装管座包括输出传感器信号的焊盘外，封装管座上表面设计有过载保护块，过载保护块位于多维力传感器芯片应变体的中心，过载保护块的高度高于封装管座，与传感器芯片应变体下表面保持一定距离。过载保护块上表面与芯片应变体下表面的距离应是2-3倍最大量程下应变***移的距离，当传感器芯片应变体形变过大时，过载保护块可以阻止进一步形变，保护传感器芯片应变体。该过载保护块可以是方形、圆形、多边形等形状，该保护块可以单独制作，也可以和封装管座一块制作。封装管座的类型可以是QFN、COB、DIP、PLCC、PGA、BGA、QFP、TSOP等等。所述封装管座的材料可以是金属、陶瓷、塑料、FR4等等。

所述的封装管座与芯片之间固定，为了提高固定精度，封装管座上的芯片区域可以设计凸起或者凹进等标记。当封装管座上具有与芯片大小一样的标记时，可以采用贴片机准确的将芯片放置在封装管座标记区域上，减小芯片与封装管座之间的相对位置误差，避免芯片与封装管座之间的相对位置误差导致传感器精度下降。

所述封装帽与封装管座之间形成的空腔可以是空气或者填充聚合物等弹性材料。聚合物柔性材料可以实现在一定范围内调节传感器的性能，保护传感器。

所述的封装方式可以进行多重封装，即在第一次封装的封装帽上进行第二次封装，第二次封装的力传递柱连接在第一次封装的封装帽受力体上。该多重封装可以实现增大量程的功能，两次封装中间的空腔也可以采用弹性聚合物材料填充。

本发明进一步提供一种MEMS多维力传感器的封装方法，其步骤包括：

1)根据应用需求，采用特定材料加工带有防过载的封装管座和带有帽应变体、帽受力体、力传递柱和支撑帽应变体框架的封装帽；并在管座正中心位置标记出力传感器芯片对准位置；在加工封装帽时，也可以仅加工带有帽应变体、帽受力体和支撑帽应变体框架，力传递柱独立加工并固定安装。

2)将多维力传感器芯片精确固定在封装管座上，芯片应变体中心与过载保护块对准；

3)通过金丝球焊将多维力传感器芯片焊盘焊接至封装管座的焊盘上；

4)将封装帽与封装管座精准对准，通过共晶键合或者粘接或者焊接技术将封装帽的力传递柱与芯片的力接触界面之间连接在一起，对于不含力传递柱的封装帽，先将力传递柱与芯片的力接触界面之间通过共晶键合或者粘接或者焊接技术连接在一起，再将封装帽连接在力传递柱上。由于封装帽的力传递柱与多维力传感器的力接触界面之间采用凸起或者凹陷插接结构，可以将力传递柱与MEMS力传感器芯片进行精准连接。

5)当封装帽的力传递柱与传感器芯片之间采用共晶键合或焊接方法连接时，则需要在两者表面均制备金属粘附层，以保证实现两者界面间的键合和焊接。当封装帽的力传递柱与传感器芯片之间采用粘接方法时，需要使用高精度点胶机在力传感器芯片正中央滴入额定剂量的粘接剂。

本发明提供的MEMS多维力传感器的封装结构及方法，具有如下技术优势：1)设计一种包括封装帽和封装管座的封装结构，封装帽采用耐力大于MEMS多维力传感器应变体的应变体结构，封装帽上的力传递柱与芯片的力接触界面连接，当较大的外力和扭矩施加在封装帽的力接触界面上时，力传递柱能将多维的力传递到芯片的力接触界面上，由于大的封装帽应变体设计，芯片承受了较小的力，从而提高了MEMS多维力传感器的量程。2)在封装管座设计一个凸起结构，位于封装管座中间，在MEMS多维力传感器受到过大的力载荷时，凸起结构能阻止力传感器应变体向下发生大的位移，从而实现力传感器的过载保护，可以扩大传感器耐压极限。3)封装后传感器的量程可随着封装帽的尺寸和材质而改变，可以根据用户需求设计和选材，使MEMS多维力传感器满足不同量程需求，具有可定制性。采用合金材料制备出芯片的封装帽，由于封装帽刚度高，能大大提高传感器量程，而采用聚合物材料制备的封装帽易于加工和键合，具有重量小、成本低的优势；4)在MEMS多维力传感器芯片、封装管座和封装帽上设计了凸起、凹陷插接结构，从而可精确地将传感芯片嵌入在在封装管座上，力传递柱嵌入在传感芯片上，可实现传感芯片与封装结构的高精度对准，从而实现封装管座与封装帽精确连接、封装帽与力传感芯片的精确连接，最终保证了MEMS多维力传感器的高精度、高线性度、低耦合、高响应速度的性能。此外，采用高精度封装结构加工技术和标准封装产线进行封装，具有高精度、低成本优势。

本发明相比于现有技术的有益效果是：

1)与未封装的MEMS多维力传感器相比，本发明提出的经过封装的MEMS多维力传感器采用封装帽保护MEMS多维力传感器芯片，具有量程大且可调整、过载范围大、可靠性高、可直接应用的优点；

2)与聚合物作为力接触界面的MEMS多维力传感器相比，本发明提出的经过封装的MEMS多维力传感器采用杨氏模量较大的硬质材质，能够承载高负载并且力传导效果好，具有大量程、低迟滞、线性度高、可靠性高、使用寿命长的优点；

3)与金属应变片多维力传感器相比，本发明提出的经过封装的MEMS多维力传感器具有体积小、灵敏度高、精度高、耦合小、成本低、响应速度快、耐疲劳的优势。这是由于金属应变片多维力传感器采用金属应变片作为敏感元件，应变灵敏度系数为2，远低于本发明采用的单晶硅力敏电阻(单晶硅应变灵敏度系数为120)；另外，由于应变片只能粘贴在应变体上，具有机械延迟的现象。此外，应变片只能通过人工粘贴，成本高、易于疲劳、且轴间耦合大。在相同力的作用下，假设MEMS多维力传感器的封装帽与机械式应变片多维力传感器的弹性体应变一致，但是由于MEMS工艺能加工微小的应变结构，且MEMS芯片的应变灵敏度系数远高于金属应变片，因此MEMS芯片的灵敏度高于应变片，因此同等量程下具有更高的灵敏度，同时实现了高灵敏度和高量程，解决了高量程和高灵敏度之间的矛盾。

附图说明

图1为本发明具体实施例封装后MEMS多维力传感器的总体结构示意图；

图2为本发明具体实施例封装后的多维力传感器沿着图1中线I-I’所截得的横截面图；

图3为本发明具体实施例多维力传感器芯片的结构示意图；

图4为本发明封装后的多维力传感器受X方向剪切力时的形变示意图；

图5为本发明封装后的多维力传感器受Z方向法向力时的形变示意图；

图6为本发明封装后的多维力传感器封装结构中芯片力接触界面部分区域凸起与力传递柱截面部分区域凹进的示意图；

图7为本发明封装后的多维力传感器封装结构中芯片力接触界面部分区域凹进与力传递柱截面部分区域凸起的示意图。

图中：

1—封装帽；2—MEMS三轴力传感器；3—QFN封装管座；4—焊接金丝；5—封装帽受力体；6—封装帽应变体；7—封装帽支撑框架；8—封装帽的力传递柱；9—过载保护块；10—芯片应变体；11—芯片力接触界面；12—芯片支撑框架；13—敏感元件。

具体实施方式

下面结合附图，通过实施实例进一步描述本发明，但不以任何方式限制本发明的范围。

本发明具体实施例以一种膜片式MEMS三轴力传感器及其封装结构和封装方法为例，参考图1、图2，封装结构包括MEMS三轴力传感器芯片、封装管座和封装帽。

MEMS三轴力传感器芯片应变体为膜片式，三轴力传感器芯片通过粘接固定在QFN封装管座上，封装帽通过粘接盖在封装管座上，封装帽上的力传递柱通过粘接连接在MEMS三轴力传感器芯片上。所述的封装帽包括力传递柱，采用高精度光固化3D打印技术制备，并采用杨氏模量较高的树脂一次性3D打印制备，封装帽总体制备精度在10μm，封装帽的结构为立方体型，力传递柱的结构为立方体型。最终实现的MEMS三轴力传感器封装结构如图1所示，图1为本发明具体实施例封装后MEMS三轴力传感器的总体结构示意图。图2为本发明具体实施例封装后三轴力传感器沿着图1中线I-I’所截得的横截面图。图3所示为所设计的膜片式MEMS三轴力传感器。封装帽的力传递柱带动MEMS三轴力传感器芯片产生了相应的形变，如图4、5所示。图4为本发明封装后的三轴力传感器受X方向剪切力时的形变示意图，封装帽的力传递柱带动MEMS芯片产生了X方向的形变。MEMS三轴力传感器的膜片上的X组力敏电阻因此产生相应的阻值变化，此阻值变化将会导致相应的X组惠斯通电桥输出电压的变化。图5为本发明封装后的三轴力传感器受Z方向法向力时的形变示意图，力传递柱使MEMS三轴力传感器的膜片产生了Z方向的形变。MEMS三轴力传感器的膜片上的Z组力敏电阻因此产生相应的阻值变化，此阻值变化将会导致相应的Z组惠斯通电桥输出电压的变化。可以看出，过载保护块阻止了芯片应变体的进一步形变，提升了传感器的过载能力。同时，为了将封装帽的力传递柱与芯片的力接触界面之间连接效果好，可以将芯片应变体的上表面的芯片力接触界面处设置为凸台或凹坑，与之相对，力传递柱的表面与芯片力接触界面相对应处为凹进或凸起。图6为本发明封装后的多维力传感器封装结构中，芯片力接触界面部分区域凸起，且力传递柱截面部分区域凹进的示意图，图7为本发明封装后的多维力传感器封装结构中，芯片力接触界面部分区域凹进，且力传递柱截面部分区域凸起的示意图。

当较大的外力施加在封装帽上时，力传递柱将三轴力传递到芯片，芯片承受了较小的力。该帽保护了传感器芯片，可以扩大传感器耐压极限，封装后传感器的耐压极限可随着帽的尺寸和材质而变。最终封装后传感器整体尺寸为12mm x 12mm x 9mm，测试结果表明经过封装后的MEMS三轴力传感器量程提升了40倍。封装帽的具体尺寸根据传感器芯片的尺寸及使用的QFN封装管座的具体尺寸来定义。

本发明所述的封装方法的技术方案如下：

1)根据应用需求，采用特定材料加工带有防过载的封装管座和带有帽应变体、帽受力体、力传递柱和支撑帽应变体框架的封装帽；并在管座正中心位置标记出力传感器芯片对准位置；在加工封装帽时，也可以仅加工带有帽应变体、帽受力体和支撑帽应变体框架，力传递柱独立加工并固定安装。

2)将多维力传感器芯片精确固定在封装管座上，芯片应变体中心与过载保护块对准；

3)通过金丝球焊将多维力传感器芯片焊盘焊接至封装管座的焊盘上；

4)将封装帽与封装管座精准对准，通过共晶键合或者粘接或者焊接技术将封装帽的力传递柱与芯片的力接触界面之间连接在一起，对于不含力传递柱的封装帽，先将力传递柱与芯片的力接触界面之间通过共晶键合或者粘接或者焊接技术连接在一起，再将封装帽连接在力传递柱上。由于封装帽的力传递柱与多维力传感器的力接触界面之间采用凸起或者凹陷插接结构，可以将力传递柱与MEMS力传感器芯片进行精准连接。

5)当封装帽的力传递柱与传感器芯片之间采用共晶键合或焊接方法连接时，则需要在两者表面均制备金属粘附层，以保证实现两者界面间的键合和焊接。当封装帽的力传递柱与传感器芯片之间采用粘接方法时，需要使用高精度点胶机在力传感器芯片正中央滴入额定剂量的粘接剂。

需要注意的是，公布实施例的目的在于帮助进一步理解本发明，但是本领域的技术人员可以理解：在不脱离本发明及所附权利要求的精神和范围内，各种替换和修改都是可能的。因此，本发明不应局限于本实施例所公开的内容，本发明要求保护的范围以权利要求书界定的范围为准。

Claims (11)

1.一种MEMS多维力传感器封装结构，其特征在于，包括MEMS多维力传感器芯片、封装帽和封装管座。所述MEMS多维力传感器芯片固定在封装管座上，所述封装帽盖在封装管座上。MEMS多维力传感器芯片包括芯片应变体、芯片力接触界面、支撑应变体的框架以及敏感元件，所述芯片力接触界面设置在芯片应变体的上表面正中心位置，结构高于或者低于芯片应变体，或者与芯片应变体在同一个平面上，所述敏感元件嵌入于芯片应变体中。所述封装帽包括帽应变体、帽受力体、力传递柱和支撑帽应变体的框架，所述帽应变体的上表面正中心区域连接帽受力体，帽应变体的下表面正中心区域连接力传递柱，所述力传递柱与芯片力接触界面之间通过金属共晶键合或者粘接或者焊锡连接，所述封装管座用于固定力传感器芯片，并引出传感器信号，在封装管座上对应芯片应变体的下方中心设计凸起的结构，防止MEMS多维力传感器芯片过载损坏，所述封装帽的受力体用于承接外界的力和扭矩，通过力传递柱将多维力传递给多维力传感器芯片，多维力传感芯片以电学信号输出形式测量传感器所受的力和扭矩。

2.如权利要求1所述的MEMS多维力传感器封装结构，其特征在于，所述芯片应变体是膜片式、双支梁、悬臂梁、十字梁、米字梁；所述芯片力接触界面位于芯片应变体中心，形状为正方形、圆形、矩形等；所述支撑应变体的框架为内外壁为方形、圆形或多边形的带有通孔或空腔的结构，所述敏感元件是压阻式、电容式、电感式或压电式元件，位于应变体应力集中的位置，当力接触界面承接力传递柱的外力和扭矩时，使应变体产生发生形变，敏感元件将应变体的应变转换为电信号输出。

3.如权利要求1所述的MEMS多维力传感器封装结构，其特征在于，所述帽应变体是对称的方形、圆形、多边形膜片式及其他们的拓扑结构；帽受力体是方形、圆形、多边形形状；力传递柱的截面形状是方形、圆形、多边形形状，与芯片力接触界面的形状一致，使得其便于连接至芯片力接触界面上。

4.如权利要求1所述的MEMS多维力传感器封装结构，其特征在于，封装帽的材料是金属、陶瓷、塑料、树脂、PDMS、PMMA等形变线性度好的材料，使多维力传感器具有很好的线性度。所述封装帽采用各种高精度加工方法制备，包括但不限于微电子微机械加工、高精度3D打印、注塑、金属锻造、PDMS倒模方法，保证多维力传感器高精度和低耦合。

5.如权利要求1所述的MEMS多维力传感器封装结构，其特征在于，所述封装帽上的力传递柱与多维力传感器芯片之间采用键合、粘接、焊接等方式进行连接。所述多维力传感器芯片的力接触界面与力传递柱之间采用插接方式对准，多维力传感器芯片的力接触界面相对芯片应变体凸起，或相对芯片应变体凹进，保证多维力传感器芯片力接触界面与封装帽上的力传递柱精确对准，减小轴间耦合。多维力传感器芯片力接触界面与封装帽上的力传递柱之间进一步通过共晶键合、粘接、焊接等方式进行连接，但需限制粘接剂或焊料的流动范围。

6.如权利要求1所述的MEMS多维力传感器封装结构，其特征在于，所述封装管座上表面设计有过载保护块，过载保护块位于多维力传感器芯片应变体的中心，过载保护块的高度高于封装管座，与传感器芯片应变体下表面保持一定距离，过载保护块上表面与芯片应变体下表面的距离应是2-3倍最大量程下应变***移的距离。

7.如权利要求6所述的MEMS多维力传感器封装结构，其特征在于，所述封装管座的材料是金属、陶瓷、塑料、FR4，所述过载保护块是方形、圆形、多边形形状。所述封装管座的类型是QFN、COB、DIP、PLCC、PGA、BGA、QFP、TSOP。

8.如权利要求5所述的MEMS多维力传感器封装结构，其特征在于，在所述封装管座上的芯片区域设计凹进或者凸起标记，使封装管座与多维力传感器芯片之间对准固定，以提高对准精度和可靠性。

9.如权利要求1所述的MEMS多维力传感器封装结构，其特征在于，所述封装帽与封装管座之间形成的空腔是空气或者填充聚合物弹性材料，以调整多维力传感器的量程。

10.一种MEMS多维力传感器的封装方法，其步骤包括：

1)根据应用需求，采用特定材料加工带有防过载的封装管座和带有帽应变体、帽受力体、力传递柱和支撑帽应变体框架的封装帽；并在管座正中心位置标记出力传感器芯片对准位置；在加工封装帽时，仅加工带有帽应变体、帽受力体和支撑帽应变体框架，力传递柱独立加工并固定安装；

2)将多维力传感器芯片精确固定在封装管座上，芯片应变体中心与过载保护块对准；

3)通过金丝球焊将多维力传感器芯片焊盘焊接至封装管座的焊盘上；

4)将封装帽与封装管座精准对准，通过共晶键合或者粘接或者焊接技术将封装帽的力传递柱与芯片的力接触界面之间连接在一起，对于不含力传递柱的封装帽，先将力传递柱与芯片的力接触界面之间通过共晶键合或者粘接或者焊接技术连接在一起，再将封装帽连接在力传递柱上，由于封装帽的力传递柱与多维力传感器的力接触界面之间采用凸起或者凹陷插接结构，将力传递柱与MEMS力传感器芯片进行精准连接；

5)当封装帽的力传递柱与传感器芯片之间采用共晶键合或焊接方法连接时，则需要在两者表面均制备金属粘附层，以保证实现两者界面间的键合和焊接，当封装帽的力传递柱与传感器芯片之间采用粘接方法时，需要使用高精度点胶机在力传感器芯片正中央滴入额定剂量的粘接剂。

11.如权利要求10所述的封装方法，其特征在于，进行多重封装，即在第一次封装的封装帽上进行第二次封装，第二次封装的力传递柱连接在第一次封装的封装帽的受力体上。