專利名稱：：基于mems技術(shù)的無線傳輸可植入對稱結(jié)構(gòu)壓力傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及的是一種微機電系統(tǒng)領(lǐng)域的壓力傳感器，特別是一種基于MEMS技術(shù)的無線傳輸可植入對稱結(jié)構(gòu)壓力傳感器。
背景技術(shù)：
：近年來，集成電路技術(shù)和微/納機電系統(tǒng)(MEMS/NEMS)技術(shù)以及生物技術(shù)的不斷發(fā)展，為生物醫(yī)學(xué)傳感器的改進和推廣提供了一個巨大的契機。而傳統(tǒng)工藝的傳感器由于體積大、難集成、功耗高等缺點，使得其在生物可植入方面的應(yīng)用受到了很大的限制。由于MEMS器件的微型化、小型化、易集成等優(yōu)點，為MEMS器件在植入傳感器的應(yīng)用方面提供了廣闊的前景。將MEMS傳感器植入體內(nèi)，檢測體內(nèi)血壓等，可以對血壓進行M小時連續(xù)監(jiān)視，并可完整精確記錄血壓的變化，這有助于監(jiān)測心臟病、腦血栓等重大疾病的病情。并且采用了Parylene作為結(jié)構(gòu)材料是因為它的機械性能(楊氏模量約4GPa)，抗化學(xué)腐蝕性，生物兼容性，同CM0S/MEMS加工技術(shù)兼容。另外采用了無線傳輸?shù)姆绞綄Ⅲw內(nèi)壓力信號傳送出體外，避免了體外設(shè)備通過導(dǎo)線同體內(nèi)傳感器的連接，從而解決了導(dǎo)線通過皮膚時所引起的感染問題。通過對現(xiàn)有技術(shù)文獻的檢索發(fā)現(xiàn)，Po-JuiChen等人在JOURNALOFMICROELECTROMECHANICALSYSTEMS17㈩)1342-1350，2008撰文“MicrofabricatedImplantableParylene-BasedWirelessPassiveIntraocularPressureSensors"(于Paryelne技術(shù)無線傳輸微制造的眼壓傳感器)，該技術(shù)采用三維硅加工技術(shù)以及表面加工技術(shù)制作而成，通過電感耦合方式實現(xiàn)體內(nèi)體外信號的無線傳輸。由于Pary1ene膜具有生物兼容性，所以能夠使傳感器能夠順利植入體內(nèi)。通過檢測體內(nèi)器件電容大小的變化從而可以實現(xiàn)監(jiān)測壓力的變化。但是由于體內(nèi)壓力信號非常微弱，也比較容易受到體內(nèi)環(huán)境的影響，所以該傳感器精度比較低，并且電感線圈傳輸能力有限。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明針對現(xiàn)有技術(shù)存在的上述不足，提出一種基于MEMS技術(shù)無線傳輸可植入對稱結(jié)構(gòu)的壓力傳感器，具有信號傳輸能力強、檢測精度高等突出優(yōu)點。本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的，本發(fā)明由上下兩個完全對稱的結(jié)構(gòu)組成，每個對稱的結(jié)構(gòu)包括基體、傳感器保護罩、電容、電感線圈、電容連接導(dǎo)線、電容電感連接導(dǎo)線、電感連接導(dǎo)線。其中電容和電感線圈位于基體表面的絕緣層上，整個傳感器位于上下兩個保護罩中間。兩個電感線圈通過一個電感連接導(dǎo)線連接為一個電感，電感線圈的上面一端通過電感電容連接導(dǎo)線連接上電容的下極板，電感線圈的下面一端通過電感電容連接導(dǎo)線連接下電容的上極板，從而實現(xiàn)上下兩個電容并聯(lián)接入電容-電感回路；電容連接線分別連接上下兩電容上極板以及連接上下兩電容下極板，使得兩電容以并聯(lián)的形式接入電感-電容回路。3所述的基體為雙面拋光雙面氧化的硅片，硅片下部為一圓柱形空腔，空腔頂部中心有一小中心圓柱形通氣小孔用于連接基體腔體與電容腔體以及引出連接上下兩對稱結(jié)構(gòu)電容下極板的導(dǎo)線，另外在基體兩側(cè)均有一個貫穿整個器件的縫合洞。所述電容包括電容下極板、電容腔室、電容上極板。其中電容兩極板均為圓環(huán)形金屬板，下極板做在基體上表面絕緣層上，并與基體中心圓柱形通氣小孔為同心圓。電容上極板做在聚合物Parylene膜上，通過導(dǎo)線與電感線圈連接。由Parylene膜作為支撐形成兩極板之間的電容腔體。所述電容上極板為與下極板大小形狀完全相同的環(huán)狀金屬板，上、下極板平行。所述電容腔體為由Parylene膜形成的一個圓柱形腔體，半徑比電容極板半徑大。所述電感線圈連接導(dǎo)線，是通過三維微加工技術(shù)穿過器件基體的一個連接兩對稱線圈外端的導(dǎo)線，使兩線圈構(gòu)成一個電感。所述電感電容連接導(dǎo)線為通過表面加工技術(shù)沉積的金屬導(dǎo)線。所述傳感器保護罩為通過三維硅加工技術(shù)實現(xiàn)的，兩側(cè)均做有縫合洞，中心有一個圓柱形凹槽，凹槽底部有貫通凹槽底部圓柱形小洞。所述傳感器保護罩所用硅片為雙面拋光雙面氧化的硅片。所述傳感器保護罩兩側(cè)縫合洞與基體兩側(cè)縫合洞形狀、大小尺寸均一致。所述傳感器保護罩凹槽為與基體中心小洞為同心圓的圓柱形腔體。所述傳感器保護罩貫穿凹槽底部的圓柱形小洞為均勻分布的圓柱體。本發(fā)明上述壓力傳感器，使用時與體外設(shè)備配合，壓力傳感器置于體內(nèi)，體外設(shè)備震蕩線圈以一定的速度改變其振蕩頻率，并同體內(nèi)中的電感線圈進行電感耦合，對體內(nèi)傳感器進行供能。當(dāng)體內(nèi)壓力發(fā)生改變時導(dǎo)致上下兩對稱電容極板發(fā)生形變，從而上下兩對稱電容值發(fā)生變化，體內(nèi)LC電路固有頻率發(fā)生改變，傳感器從體外振蕩線圈吸收的能量也發(fā)生改變，通過檢測能量吸收峰的變化得到血壓的變化。本發(fā)明采用了上下兩個完全對稱的結(jié)構(gòu)，敏感元件為兩個對稱電容，利用體外設(shè)備對兩個電容測試結(jié)果取均值，從而可以大大提高測試精度。電感由上下兩個線圈連接而成，而兩個線圈通過一個導(dǎo)線連接為一個電感，這樣使得在有限的面積范圍內(nèi)，電感線圈的圈數(shù)提高了一倍，從而大大提高了電感線圈同外部振蕩線圈的耦合能力和傳輸距離。本發(fā)明測量精度高、無線傳輸能力強、易于實現(xiàn)批量化集成制造。圖1為本發(fā)明一實施例的側(cè)面剖視圖；圖2為圖1所示A-A面俯視圖3為圖1所示B-B面俯視圖中絕緣層1、基體2、縫合洞3、圓柱形空腔4、圓柱形氣體通道5、電容6、電容腔室7、Parylene膜8和10、電容上極板9、電感線圈11、電容下極板電感連接導(dǎo)線12、電感連接導(dǎo)線13、電容下極板連接導(dǎo)線14、電容上極板電感連接導(dǎo)線15、電容上極板連接導(dǎo)線16、傳感器保護罩17、圓柱形凹槽18、凹槽底部圓柱形小洞19。具體實施方式下面對本發(fā)明的實施例作詳細說明，本實施例在以本發(fā)明技術(shù)方案為前提下進行實施，給出了詳細的實施方式和具體的操作過程，但本發(fā)明的保護范圍不限于下述的實施例。如圖1、圖2、圖3所示，本實施例提供一種基于MEMS技術(shù)的無線傳輸可植入對稱結(jié)構(gòu)壓力傳感器由上下兩個完全對稱的結(jié)構(gòu)組成，每個對稱結(jié)構(gòu)包括基體2、傳感器保護罩17、電容6、電感線圈11、電容下極板連接導(dǎo)線14、電容上極板連接導(dǎo)線16、電容下極板電感連接導(dǎo)線12、電容上極板電感連接導(dǎo)線15、電感連接導(dǎo)線13。其中電容下極板6和電感線圈11位于基體2表面的絕緣層1上；整個傳感器位于上下兩個保護罩17中間。如圖1、圖2所示，基體2為200微米至800微米的雙面拋光雙面氧化的硅片，本實施例中為厚度500微米。硅基體2下部為一圓柱形空腔4，空腔頂部中心有一小圓柱形氣體通道5，用于連接基體腔體與電容腔體以及引出連接上下兩對稱結(jié)構(gòu)電容下極板的導(dǎo)線14，另外在基體兩側(cè)均有一個貫穿整個器件的縫合洞3。如圖1、圖2所示，電容包括電容6下極板、電容腔室7、電容上極板9。其中電容6兩極板均為圓環(huán)形金屬板，下極板做在基體2上表面絕緣層1上，基體2中心圓柱形通氣小孔5為同心圓。電容上極板9做在聚合物I^rylene膜8上，通過導(dǎo)線12和15與電感線圈連接。由Parylene膜8作為支撐形成兩極板之間的電容腔體7。如圖1、圖2所示，電容6下極板為一個與基片中心圓柱形氣體通道5為同心圓的圓環(huán)，內(nèi)徑為50微米至200微米，外徑1000微米至3000微米，厚度在1微米至3微米，位于基體表面絕緣層1上。本實施例中，圓環(huán)內(nèi)徑為100微米，外徑2000微米，厚度2微米。如圖1所示，電容上極板9為與電容6下極板大小形狀完全相同的環(huán)狀金屬板，上、下極板平行。如圖1所示，電容腔體7為由Parylene膜8形成的一個圓柱形腔體，半徑比電容極板半徑大50微米至100微米，高度為10微米至100微米。本實施例中，圓柱形腔體半徑比電容極板外徑大50微米，高度為60微米。如圖1所示，Parylene膜8、10厚度為2微米至20微米，本實施例中厚度為5微米。如圖1、圖2所示，電感線圈11均做在基體表面的絕緣層1上，線圈圈數(shù)3至6圈，線圈寬度50微米至300微米，線圈間隔50微米至300微米，線圈厚度1微米至3微米。本實施例中，線圈圈數(shù)為3圈，線圈寬度為100微米，線圈間隔為100微米，線圈厚度為2微米。如圖1、圖2所示，電感線圈連接導(dǎo)線13，是通過三維微加工技術(shù)穿過器件基體2的一個連接兩對稱線圈外端的導(dǎo)線，使兩線圈構(gòu)成一個電感。如圖1、圖2所示，電容連接線14，用于連接上下兩電容的下極板，電容連接線16，用于連接上下兩電容上極板，使得兩電容以并聯(lián)的形式接入電感-電容回路。如圖1、圖2所示，電感電容連接導(dǎo)線12、15為通過表面加工技術(shù)沉積的金屬導(dǎo)線，厚度1微米至3微米，寬度50微米至300微米，本實施例中厚度2微米，寬度100微米，電感電容連接導(dǎo)線12、15使得電感線圈的上面一端連接上電容的下極板6，電感線圈的下面一端連接下電容的上極板，從而實現(xiàn)上下兩個電容并聯(lián)接入電容-電感回路。如圖1、3所示，傳感器保護罩17為通過三維硅加工技術(shù)實現(xiàn)的，兩側(cè)均做有縫合洞3，中心有一個圓柱形凹槽18，凹槽底部有貫通凹槽底部圓柱形小洞19。如圖1、3所示，傳感器保護罩17所用硅片為厚度400微米至800微米雙面拋光雙面氧化的硅片。本實施例中傳感器保護罩17所用為厚度500微米雙面拋光雙面氧化的硅片。如圖1、3所示，傳感器保護罩17兩側(cè)縫合洞3與基體兩側(cè)縫合洞形狀、大小尺寸均一致。如圖1、3所示，傳感器保護罩17凹槽18為與基體2中心小洞為同心圓的圓柱形腔體，該圓柱形腔體半徑在5000微米至8000微米，深度在200微米至400微米的圓柱形腔體。本實施例中，圓柱形腔體半徑在6000微米，深度300微米。如圖1、3所示，傳感器保護罩貫穿凹槽底部的圓柱形小洞19為均勻分布的半徑在50微米至100微米的圓柱體，本實施例中圓柱體半徑為50微米。本實施例上述壓力傳感器，使用時與體外設(shè)備配合，體外設(shè)備震蕩線圈以一定的速度改變其振蕩頻率，并同體內(nèi)中的電感線圈進行電感耦合，對體內(nèi)傳感器進行供能。當(dāng)體內(nèi)壓力發(fā)生改變時導(dǎo)致上下兩對稱電容極板發(fā)生形變，從而上下兩對稱電容值發(fā)生變化，體內(nèi)LC電路固有頻率發(fā)生改變，傳感器從體外振蕩線圈吸收的能量也發(fā)生改變，通過檢測能量吸收峰的變化得到血壓的變化。盡管本發(fā)明的內(nèi)容已經(jīng)通過上述優(yōu)選實施例作了詳細介紹，但應(yīng)當(dāng)認識到上述的描述不應(yīng)被認為是對本發(fā)明的限制。在本領(lǐng)域技術(shù)人員閱讀了上述內(nèi)容后，對于本發(fā)明的多種修改和替代都將是顯而易見的。因此，本發(fā)明的保護范圍應(yīng)由所附的權(quán)利要求來限定。權(quán)利要求1.一種基于MEMS技術(shù)的無線傳輸可植入對稱結(jié)構(gòu)壓力傳感器，其特征在于由上下兩個完全對稱的結(jié)構(gòu)組成，每個對稱的結(jié)構(gòu)包括基體、傳感器保護罩、電容、電感線圈、電容連接導(dǎo)線、電容電感連接導(dǎo)線和電感連接導(dǎo)線，其中電容和電感線圈位于基體表面的絕緣層上，整個傳感器位于上下兩個保護罩中間；兩個電感線圈通過一個電感連接導(dǎo)線連接為一個電感，電感線圈的上面一端通過電感電容連接導(dǎo)線連接上電容的下極板，電感線圈的下面一端通過電感電容連接導(dǎo)線連接下電容的上極板，從而實現(xiàn)上下兩個電容并聯(lián)接入電容-電感回路；電容連接線分別連接上下兩電容上極板以及連接上下兩電容下極板，使得兩電容以并聯(lián)的形式接入電感-電容回路。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于MEMS技術(shù)的無線傳輸可植入對稱結(jié)構(gòu)壓力傳感器，其特征是，所述的基體為雙面拋光雙面氧化的硅片，硅片下部為一圓柱形空腔，空腔頂部中心有一小中心圓柱形通氣小孔用于連接基體腔體與電容腔體以及引出連接上下兩對稱結(jié)構(gòu)電容下極板的導(dǎo)線，另外在基體兩側(cè)均有一個貫穿整個器件的縫合洞。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于MEMS技術(shù)的無線傳輸可植入對稱結(jié)構(gòu)壓力傳感器，其特征是，所述電容包括電容下極板、電容腔室以及電容上極板，其中電容兩極板均為圓環(huán)形金屬板，下極板設(shè)在基體上表面絕緣層上，并與基體中心圓柱形通氣小孔為同心圓，電容上極板設(shè)在聚合物Parylene膜上，并通過導(dǎo)線與電感線圈連接，由Parylene膜作為支撐形成兩極板之間的電容腔體。4.根據(jù)權(quán)利要求1或3所述的基于MEMS技術(shù)的無線傳輸可植入對稱結(jié)構(gòu)壓力傳感器，其特征是，所述電容上極板為與下極板大小形狀完全相同的環(huán)狀金屬板，上、下極板平行。5.根據(jù)權(quán)利要求1或3所述的基于MEMS技術(shù)的無線傳輸可植入對稱結(jié)構(gòu)壓力傳感器，其特征是，所述電容腔體為由Parylene膜形成的一個圓柱形腔體，半徑比電容極板半徑大。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于MEMS技術(shù)的無線傳輸可植入對稱結(jié)構(gòu)壓力傳感器，其特征是，所述傳感器保護罩兩側(cè)均有縫合洞，中心有一個圓柱形凹槽，凹槽底部有貫通凹槽底部圓柱形小洞。7.根據(jù)權(quán)利要求1或6所述的基于MEMS技術(shù)的無線傳輸可植入對稱結(jié)構(gòu)壓力傳感器，其特征是，所述基體兩側(cè)均有縫合洞，所述傳感器保護罩兩側(cè)縫合洞與基體兩側(cè)縫合洞形狀、大小尺寸均一致。8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的基于MEMS技術(shù)的無線傳輸可植入對稱結(jié)構(gòu)壓力傳感器，其特征是，所述傳感器保護罩凹槽為與基體的中心圓柱形通氣小孔為同心圓的圓柱形腔體。9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的基于MEMS技術(shù)的無線傳輸可植入對稱結(jié)構(gòu)壓力傳感器，其特征是，所述傳感器保護罩貫穿凹槽底部的圓柱形小洞為均勻分布的圓柱體。10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于MEMS技術(shù)的無線傳輸可植入對稱結(jié)構(gòu)壓力傳感器，其特征是，所述電感線圈連接導(dǎo)線是通過三維微加工技術(shù)穿過器件基體的一個連接兩對稱線圈外端的導(dǎo)線；所述電感電容連接導(dǎo)線為通過表面加工技術(shù)沉積的金屬導(dǎo)線。全文摘要本發(fā)明公開一種基于MEMS技術(shù)的無線傳輸可植入對稱結(jié)構(gòu)壓力傳感器，包括上下兩個對稱結(jié)構(gòu)，電容和電感線圈位于基體表面的絕緣層上，整個傳感器位于上下兩個保護罩中間；兩個電感線圈通過一個電感連接導(dǎo)線連接為一個電感，電感線圈的上面一端通過電感電容連接導(dǎo)線連接上電容的下極板，電感線圈的下面一端通過電感電容連接導(dǎo)線連接下電容的上極板，從而實現(xiàn)上下兩個電容并聯(lián)接入電容-電感回路；電容連接線分別連接上下兩電容上極板以及連接上下兩電容下極板，使得兩電容以并聯(lián)的形式接入電感-電容回路。本發(fā)明測量精度高、無線傳輸能力強、易于實現(xiàn)批量化集成制造。文檔編號A61B5/0215GK102423258SQ20111027903公開日2012年4月25日申請日期2011年9月20日優(yōu)先權(quán)日2011年9月20日發(fā)明者劉景全,彭廣彬,楊春生,柴欣申請人:上海交通大學(xué)