無線無源非侵入式mems眼壓傳感器及其制作方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及微傳感器加工領域，更具體地涉及一種無線無源非侵入式MEMS眼壓 傳感器及其制作方法。
【背景技術】
[0002] 青光眼是由于病理性眼壓升高導致特征性視神經損害和視野缺損的一種疾病， 是全球第2位的不可逆致盲性眼病。眼壓的升高是診斷和治療青光眼的重要指標。部分 患者在門診時間內眼壓檢測正常，但仍出現了青光眼致盲。分析發現，青光眼患者眼壓在 24h(小時）內的波動較大，在門診以外某時，例如睡眠或清晨時達到峰值。因而準確和連續 的眼壓檢測對青光眼的診斷和及時治療具有非常重要的意義。
[0003] 傳統的眼壓測量法，例如指測法、直接法和眼壓計檢測法等均無法實現眼壓連續 檢測。而采用MEMS工藝制備的新型眼壓傳感器可以實現眼壓24h連續監測。
[0004] 新型眼壓傳感器根據傳感器是否需要植入眼組織可分為植入式與非侵入式。
[0005] 早期植入式眼壓傳感器采用硅作為基底，通過刻蝕、濺射等工藝得到電極結構。但 是，無源式植入傳感器一方面要求最小化器件尺寸，從而最小化植入損害；另一方面要求傳 感器與體外監控部分耦合效果強，從而增加檢測的距離，這迫使傳感器電感不易過小，促使 基于柔性襯底的可折疊傳感器結構的形成。該折疊傳感器折疊植入，從而最小化植入損害， 植入后展開，從而最大化耦合效果。該傳感器利用柔性材料，例如SU-8、Paryl ene C等作為 基底，通過光刻和濺射等工藝得到電極結構。盡管折疊式結構使傳感器植入式最小化，但是 借助外科手術植入眼組織，依然導致不可逆的傷口。
[0006] 隨著非侵入式傳感器的發展，可以實現無需手術植入的眼壓測量，避免對眼組織 造成的不可逆的損傷。早期非侵入式眼壓傳感器檢測利用壓阻效應，信號的傳輸采用有線 方式，測量時帶來不適感。制備時，利用澆鑄法將壓敏電阻包裹在柔性襯底內。為了克服有 線傳輸的缺點，后期采用集成電路實現信號傳輸。但是集成電路設計復雜，系統功耗較大， 發熱較嚴重，使得佩戴的舒適感降低，且器件的尺寸較大。近期出現了基于L-C結構的無線 無源非侵入式傳感器結構，但該結構采用有線鍵合的方式實現電感與電容之間的連接，有 線鍵合在加工工藝上存在一定的難度，且電極的制作采用的是刻蝕銅箔的方式，銅箔的厚 度薄，操作困難。
[0007] 除上述制備上的難度外，非侵入式傳感器需要像隱形眼鏡一樣佩戴在角膜上，這 樣對傳感器襯底有要求，一方面需要柔性襯底，實現傳感器與角膜的適形；另一方面需要襯 底材料具有生物兼容性。而當該傳感器采用液態硅橡膠作為襯底時，需要采用澆鑄法實現 與角膜的適形，需要借助模具，對模具有較高的要求。
[0008] 此外，傳感器在制作時涉及電感和電容電極的制備，為了保證傳感器中的C-L-C 串聯電路的品質因數（Q值）不致過小，要求電極阻抗盡量小，且制備過程應盡量簡單。由 于傳感器的敏感單元是電容，因此在制作過程中，需要考慮所制作出的電容是壓力敏感可 變電容。即要對制作電容的結構和材料進行必要的選取。傳感器電極的制備通常采用的是 刻蝕銅箔法，雖然通過選擇較厚的銅箔可以保證較高的Q值，但是在薄銅箔上進行圖形化， 易造成電極斷路，取拿操作困難，增加制備過程的難度。另外，刻蝕銅箔時，需要嚴格控制刻 蝕的時間和刻蝕液的濃度，防止出現過刻和嚴重的側蝕，導致傳感器的電感小線條出現斷 裂的現象。
【發明內容】
[0009] 針對上述多個技術問題之一，本發明采用一種C-L-C串聯結構的眼壓傳感器，以 實現電感與電容的無線連接；采用柔性材料做襯底，以解決非侵入式傳感器適形時對模具 過高的要求，因為柔性材料具有良好的生物兼容性，且屬于熱塑性材料，塑形條件簡單；采 用電鍍銅的方式制備傳感器電極，以解決非侵入式傳感器電極的電感與電容制備過程中銅 箔過薄導致的操作困難。
[0010] 由此，作為本發明的一個方面，本發明提供了一種非侵入式眼壓傳感器，其特征在 于，采用一種C-L-C的串聯結構，其中兩個電容分別為邊緣電容與中央電容，所述邊緣電容 起連接所述電感和所述中央電容的作用，且所述邊緣電容的容值遠大于所述中央電容的容 值。
[0011] 其中，所述眼壓傳感器包括：柔性襯底層、第一電極層、中間層、第二電極層和柔性 襯底層，并且所述中間層的一部分構成所述中央電容的介電層，所述第一電極層和第二電 極層的對應部分構成所述中央電容的極板。
[0012] 其中，所述柔性襯底層選用Parylene C薄膜材料制作。
[0013] 其中，所述柔性襯底層的厚度為5-25 μ m。
[0014] 其中，所述中間層選用聚二甲基硅氧烷材料制作。
[0015] 其中，采用電鍍銅的方式制備所述第一電極層和第二電極層。
[0016] 其中，所述眼壓傳感器為MEMS傳感器，且所述眼壓傳感器為曲面傳感器。
[0017] 作為本發明的另一個方面，本發明還提供了一種非侵入式無線無源眼壓傳感器的 制備方法，包括以下步驟：
[0018] 利用真空氣相沉積法，在基板上沉積一層具有生物兼容性的柔性材料；
[0019] 在所述柔性材料上沉積鉻/金種子層；
[0020] 在所述種子層上涂布光刻膠并光刻，然后在光刻圖案上電鍍銅層；
[0021] 去除未電鍍銅層區域的光刻膠，刻蝕除去所述區域的鉻/金種子層；
[0022] 在得到的所述結構上涂布聚二甲基硅氧烷作為中間層；
[0023] 重復上述步驟分別得到所述眼壓傳感器的上下芯片，利用聚二甲基硅氧烷作為中 間層進行鍵合；
[0024] 將得到的結構從所述基底上剝離，繼續采用熱壓法對得到的所述結構進行塑形， 所述熱壓法為在真空條件下加熱處理所述固定在曲面模具上的所述結構，處理溫度為 170°C，處理時間不少于30min ;
[0025] 將得到的結構從所述曲面模具表面剝離，得到最終的所述眼壓傳感器的產品。
[0026] 其中，所述具有生物兼容性的柔性材料為Parylene C薄膜，膜厚為5-25 μ m。
[0027] 其中，在所述刻蝕除去所述區域的鉻/金種子層的步驟中還包括采用氨水和雙氧 水溶解去除沉積物的步驟。
[0028] 基于上述技術方案可知，本發明利用Paralyne C和PDMS兩種生物兼容性好的材 料，由于此兩種材料的楊氏模量差異，實現了壓敏可變電容的制作，整套工藝簡單易行；采 用額外的邊緣電容實現電容與電感的串聯，結構簡單；只需采用附加的邊緣電容，利用該 電容上下基板分別與中央電容和環形電感相連，從而實現電感與中央電容的串聯。除此之 夕卜，邊緣電容遠大于中央電容，串聯后的總電容取決于中央電容，邊緣電容的作用僅在于連 接電感與電容；因此，采用該結構，可以簡單的實現電感與電容的串聯；傳感器電極制作簡 單，所制備的電極電阻率低，有利于獲取較高的品質因數，提高檢測信號的信噪比。
【附圖說明】
[0029] 圖1是本發明的非侵入式眼壓傳感器上芯片的結構示意圖；
[0030] 圖2是本發明的非侵入式眼壓傳感器下芯片的結構示意圖；
[0031] 圖3是本發明的非侵入式眼壓傳感器制備過程的第一步至第十步的步驟流程圖；
[0032] 圖4是本發明的非侵入式平面傳感器的結構示意圖；
[0033] 圖5是本發明的非侵入式曲面傳感器貼附于模具表面的結構示意圖。
[0034] 附圖標記說明如下：
[0035] 1、邊緣電容；2、中央電容；3、環形電感；4、基板；5、柔性襯底層；6、種子層；7、光 刻膠；8、電極層；9、中間層；10、模具；11、曲面傳感器。
【具體實施方式】
[0036] 為使本發明的目的、技術方案和優點更加清楚明白，以下結合具體實施例，并參照 附圖，對本發明作進一步的詳細說明。
[0037] 本發明的非侵入式無線無源眼壓傳感器，采用一種C-L-C的串聯結構，兩個電容 分別為邊緣電容1與中央電容2,邊緣電容用于實現電感與電容的無線連接。其中，邊緣電 容1起連接環形電感和中央電容的作用。