2025年六维力矩传感器材料行业专题报告：六维力矩传感器对应的材料

六维力矩传感器有望成为人形机器人标配

六维力矩传感器：金字塔顶端的力传感器

六维力矩传感器是性能最优、力觉信息最全面的力矩传感器，能够同时测量三个轴向力和三个轴向力矩，将力矩的物理变化转换成精确的电信号，满足任何方向上力的检测。六维力矩传感器不仅可以更精确测力，且在获得力矩信息后，可以对末端执行器姿态进行反馈控制；同时监测力矩是否在安全范围内，以防传感器弯矩超载导致不可逆的损坏。

六维力矩传感器基于应变效应进行信息检测

六维力矩传感器基于应变效应工作。当弹性体受到力/力矩作用时，其形状会发生应变，从而会导致应变片电阻值发生变化。应变片的微小电阻变化被检测到后，将通过电荷放大器放大，并转化为电信号及数字信号。 数字信号通过数据采集系统进行采集，并进行模数转换（A/D转换）。随后，控制系统中的软件算法对数据进行处理，包括解耦算法，以分离各个方向上的力和力矩，得到测量结果并确保测量结果的准确性。

六维力矩传感器具有高行业壁垒

六维力矩传感器具有高技术壁垒，主要体现在维间耦合影响测量精度、全方位机械过载保护操作复杂以及动态性能难以测量等关键技术问题的解决上。这需要依赖严格的加工精度、强大的产品性能与前沿的智能算法等要素。六维力矩传感器具有高设备壁垒，其标定与检测依赖需要由六维力矩传感器厂商自行研制的六维联合加载设备。这涉及空间光学定位、载荷位移补偿、机电一体化等多项综合技术，具有较高的技术门槛。

六维力矩传感器产业链分析

完整的六维力矩传感器产业链涉及上游组件、中游制造和下游多元应用场景。产业链上游主要包括原材料和零部件的供应，中游是六维力矩传感器的制造环节，下游是六维力矩传感器的应用领域，主要包括工业机器人、人形机器人、汽车、电子、医疗、航空航天等。

六维力矩传感器市场规模持续增长

六维力矩传感器广泛应用于航天航空、汽车测试、生物力学和机器人等众多科技领域，行业出货量持续走高。据华经产业研究院，2023年中国六维力矩传感器行业出货量约为9450台，预计2024年将达到1.13万台。 未来六维力矩传感器市场规模将保持增长。据华经产业研究院，中国六维力矩传感器市场规模从2020年的1.81亿元增长至2023年的2.35亿元，预计2025年将超过3亿元。

六维力矩传感器有望成为人形机器人的标配

机器人是六维力矩传感器的重要应用领域。2023年12月，特斯拉发布Optimus Gen2的更新视频。视频显示，六维力矩传感器应用于Optimus的手腕及脚踝处，使Optimus结构更简洁，对力的感知和控制效果更好。 特斯拉Optimus全身一共搭载了4个六维力矩传感器。我们认为，若以Optimus作为未来人形机器人的建造范式，六维力矩传感器有望成为人形机器人的标配；当人形机器人出货量达到100万台时，可拉动400万个六维力矩传感器的销量。

当前六维力矩传感器价格昂贵

当前六维力矩传感器价格昂贵。据E-Motion Supply，Mini58 Series型号的ATI六维力矩传感器价格需要7047.9美元，约合人民币51206.5元（按2025年3月27日美元兑人民币汇率7.2655：1计算）。 根据MIR睿工业公众号，六维力矩传感器中国市场第一梯队企业包括美国ATI及中国的宇立仪器、蓝点触控、坤维科技，第二梯队包括海伯森、HBM、鑫精诚等。

国内已有多家上市公司布局六维力矩传感器

面对六维力矩传感器广阔的市场蓝海，众多上市公司敏锐捕捉到机遇，积极投身布局，在技术研发和市场拓展方面各显神通，其中多家公司已实现相关产品的批量销售。

六维力矩传感器制造流程拆解：结构及原材料

六维力矩传感器需要精密的结构设计

应变片式六维力矩传感器是市场主流，通常由 以下几个核心部分组成：弹性体、应变片、 PCB板、外壳与接口。 六维力矩传感器需要精密的结构设计，具体包 括弹性体结构设计和应变片粘贴位置。 六维力矩传感器利用弹性体来感知作用在装置 上的力/力矩，所以对于弹性体的优化设计 （材料、结构尺寸等）直接关系传感器的性能。 同时，由于六维力传感器弹性体尺寸较小，贴 片位置有限，应变片的粘贴位置也会对传感器 的精度产生影响。

原材料在六维力矩传感器成本端占比最高

六维力矩传感器制造流程复杂，可分为选料、贴片、温漂和零漂的控制、标定等四大环节，需要经过弹性体加工、贴片、焊线、封胶、标定等多道工序才能包装出货。 六维力矩传感器的原材料费用在其成本端占比最高。据柯力传感2023年年度报告，六维力矩传感器的成本结构拆分中，原材料端占比最高，达73.62%；其次是在贴片等环节需要的人工费用，占比达14.11%。

弹性体

弹性体的结构包括弹性梁、柔性板簧和受载圆台；其中弹性梁和柔性板构成T型结构，用于承受力的作用，位于中心的受载圆台通过柔性板簧连接弹性梁，用于传递力矩。 当传感器受到外力时，弹性体的形变带动上电极板产生位移，从而引起六组平行平板电容的极板间距发生变化，进而将六维力的信息转化为六个电容信号输出。

应变片

应变片是一种对外应变敏感的材料。将应变片固定在受力部位，当外界力作用在物体上时，物体在该方向上会发生应变。应变片内的电阻片用以测量应变片上的应变变化，从而实现对压力的准确测量。金属应变片通常由高纯度的金属如铜、镍或康铜合金制成，利用金属的泊松效应进行测量。硅应变片是利用硅片的应变效应实现测量的一种应变片，相比于金属应变片，硅应变片在稳定性、信噪比以及动态特性方面优于金属应变片，但硅应变片成本较高。

一种MEMS硅应变片加工过程

硅应变片具有高信噪比、高稳定性、优秀的动态特性等优点，在使用玻璃微熔等先进贴片工艺的条件下，硅应变片能适用于大规模的工业化生产。硅应变片涉及精密的加工过程，其中包含抛光、光刻及刻蚀、化学气相沉积、化学机械抛光CMP等步骤。

硅片

硅应变片所使用的硅片是电子级单晶N型硅片（也可用SOI硅片）。 相比于太阳能级的单晶硅片，电子级单晶硅片纯度要求更高，一般要求纯度在99.999%以上。 自2002年左右以来，大多数新工厂都使用 12 英寸晶圆（300 毫米）。硅片尺寸越大，将来在制成的每块晶圆上就能切割出更多的芯片，单位芯片的成本也就更低。

刻蚀

刻蚀是指按照掩模图形或设计要求对半导体衬底表面或表面覆盖薄膜进行选择性腐蚀或剥离的技术。 刻蚀的机制，包含反应物接近、生成物离开的扩散效应，以及化学反应两部分；按发生顺序可概分为「反应物接近表面」、「表面氧化」、「表面反应」、「生成物离开表面」等过程。 刻蚀工艺可分为湿法刻蚀和干法刻蚀，其中干法刻蚀市场占比更高。湿法刻蚀会均匀地刻蚀所有方向，而干法刻蚀可以在某一特定方向上进行切割，对于形貌的控制更精确，刻蚀的方法更灵活。

化学气相沉积法（CVD）

化学气相沉积（CVD）是一种通过气相反应生成固体薄膜的工艺，广泛应用于氮化硅镀膜。CVD工艺的核心在于控制反应气体的流量、温度和压力，从而实现高质量薄膜的制备。 低压化学气相沉积（LPCVD）是一种在低压条件下进行的CVD工艺，通常在500-900℃的温度范围内进行。技术特点包括：高沉积速率，适合大规模工业生产；均匀性好（低压环境下，气相反应物分布均匀，保证了膜层的均匀性和一致性）；高纯度（反应气体的纯度高，生成的氮化硅薄膜纯度较高，适合高要求的电子和光学应用）。

化学机械抛光CMP

化学机械抛光（CMP）是集成电路（芯片）制造过程中实现晶圆表面平坦化的关键工艺。在硅片制造领域，半导体抛光片生产工艺流程中，在完成拉晶、硅锭加工、切片成型环节后，在抛光环节，为最终得到平整洁净的抛光片需要通过CMP设备及工艺来实现。CMP耗材主要包括抛光液、抛光垫、调节器等，其中，抛光液和抛光垫是CMP工艺的核心材料。 随着半导体制程工艺的进步、芯片堆叠层数的增加，抛光步骤和CMP耗材用量也将同步增加。据每日财报网，14nm以下的逻辑芯片工艺要求抛光步骤达20步以上、抛光液种类达二十种以上，7nm及以下逻辑芯片工艺要求抛光步骤达30步、抛光液种类接近30种。

覆铜板

覆铜板是PCB板产业链的核心。据华经产业研究院，覆铜板全称为覆铜箔层压板(CCL)，是将电子玻纤布或其它增强材料浸以树脂，一面或双面覆以铜箔并经热压而制成的一种板状材料，占PCB成本的30%-70%。 覆铜板可划分为刚性覆铜板和挠性覆铜板。细分全球覆铜板品类结构而言，全球覆铜板需求和规模以刚性覆铜板为主，细分品类来看FR-4(玻璃纤维环氧树脂覆铜板耐燃等级代号)占比最高。 纸基覆铜板以纸质材料为增强材料，酚醛树脂为粘合剂，生产成本较低，通常应用于性能要求较低的电子产品中；FR-4以玻璃纤维布为增强材料，环氧树脂为粘合剂，具有优异的耐热性、机械强度和电气性能。

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编辑：火腿肠