基于ltcc集成的光子微流檢測芯片的制作方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于微系統傳感領域，特別涉及一種在低溫共燒陶瓷(LTCC)基板上實現光子微流檢測芯片。
技術背景
[0002]光學檢測方法是指在功能結構中應用光子作為信號載體對外界物理量進行傳感的方法。與傳統電子信號傳感相比具有傳輸損耗小、抗電磁干擾性能強等優點。因此，基于光子傳感的檢測技術在學術界和產業界都得到廣泛關注。
[0003]微流控傳感芯片可在很小的芯片上實現物質的快速傳感。其芯片整體尺寸為厘米量級，芯片內部的流體通道網絡為微米量級。在傳感與檢測應用中，相比于宏觀實驗中試劑消耗量大、危險高、污染多等缺點，微流控傳感芯片具有試劑用量少，成本低、安全性高、環保、靈敏度高、芯片尺寸小、集成度高等優點，使得“微流控傳感芯片”成為“片上實驗室”研究的主要方面。其中，微流控結構的基礎材料和結構制造是微流控傳感芯片研究中首先需要解決的關鍵問題。
[0004]將光子檢測技術與微流控技術相結合，可構建光子微流檢測芯片，不僅融合了兩者的優點，還大大擴充了應用領域，具有巨大的應用潛力。
[0005]目前，微流控芯片的制造材料主要有硅片、玻璃以及石英等無機材料以及PMMA、PC和PDMS等高分子有機材料。高分子材料透光性較好、價格便宜、制作技術相對簡單。然而，高分子材料的熱力學特性較差，限制了流控芯片的使用環境，并且其制造技術不易與電控單元實現一次集成制造，還需要鍵合等輔助工藝制造。硅片、玻璃以及石英等無機材料耐腐蝕，是微流控芯片的良好材料，但是它們的制作技術比較復雜，微通道尺寸難以控制，與其他系統的鍵合比較困難且成本較高，不易批量生產。因此，嘗試其他材料進行微流控芯片的低成本可控制造具有重要意義。
[0006]低溫共燒陶瓷(LTCC)，通過多層標準厚度(約ΙΟΟμπι)的生瓷片疊壓成一體后經過低溫(850°C)共燒而成。近年來，隨著精細加工技術和先進制造設備的發展，可在LTCC單層生瓷片上制造寬度尺寸為50μπι的空腔及其通道結構。通過將這些制造了通道結構的生瓷片疊壓在LTCC基板之中，
[0007]通過“砌磚”的方式就能在LTCC基板內部實現流體通道結構。除了流體通道結構，還能同時實現腔體、膜層等結構的集成制造。在LTCC基板上實現上述腔體、通道、膜層以及它們組成的多種復雜3D結構的能力，使得LTCC基板的應用打破了常規微波電路模塊應用，并逐步擴展到微系統集成領域。LTCC腔體，為IC芯片在基板上的可靠集成提供了空間，可大大提升系統的集成度。LTCC膜層結構，為LTCC基板上集成制造多種類型的傳感器(例如:壓力傳感器、加速度傳感器等)提供了結構基礎。特別是，LTCC內部流體通道結構，通過控制制造工藝，可實現幾十微米到毫米尺寸結構的可控制造，為微流控系統的制造提供了新思路。
[0008]與傳統的微流制造材料和制造技術相比，LTCC基板微流傳感系統具有以下優勢:
[0009]I )LTCC微流結構制造簡單，支持“砌磚”方式制造:通過層疊“制造了通道結構的生瓷帶”可容易實現復雜微流結構的快速制造。制造中不需要“刻蝕”以及片間鍵合，不僅降低了制造周期，節約制造時間，還大大降低制造成本。
[0010]2)LTCC陶瓷材料具有良好的抗腐蝕特性，可應用于強腐蝕性惡劣環境。
[0011 ] 3)LTCC陶瓷材料具有良好的高溫特性，可穩定工作于高溫環境(>500°C)。
[0012]4)LTCC可兼容電阻、電容以及電感等無源器件的集成制造，還可以實現LTCC膜層傳感器等器件的集成制造。有利于在單片上實現微流控系統與信號處理系統的集成制造。
[0013]5)LTCC基板與現代微組裝技術兼容，易于制造腔體結構并通過共晶、鍵合等工藝實現功能芯片等外界系統的組裝與整體封裝。
【發明內容】
[0014]本發明針對目前微流光子檢測技術中的問題，提出了一種基于LTCC集成的光子微流檢測芯片。
[0015]本發明所采取的技術方案為:
[0016]—種基于LTCC集成的光子微流檢測芯片，包括LTCC基板、激光芯片、微流通道、探測器芯片和數字處理單元，其特征在于:所述的微流通道設置在LTCC基板的基體內，所述的激光芯片和探測器芯片相對設置在微流通道的兩端，探測器芯片的探測信號輸出端與數字處理單元的探測信號輸入端相連接。
[0017]其中，還包括光子傳感系統;所述的光子傳感系統的一端與激光芯片相連接，光子傳感系統的另一端穿過微流通道與探測器芯片相連接。
[0018]其中，所述的光子傳感系統為雙錐光纖、雙錐光纖-高Q光學微腔傳感單元或者倏逝場微納光纖傳感單元。
[0019]其中，在微流通道下方的LTCC基板的基體內設置有溫控板。
[0020]本發明的實質性特點和顯著地有益效果如下:
[0021]1、與半導體制造技術相比，LTCC基板上實現微流通道的制造簡潔、快速，制造中不需要“刻蝕”以及片間鍵合，不僅降低了制造周期，節約制造時間，還大大降低制造成本。
[0022]2)LTCC陶瓷材料具有良好的抗腐蝕特性，可使該檢測系統應用于強腐蝕性惡劣環境。
[0023]3)LTCC陶瓷材料具有良好的高溫特性，可穩定工作于高溫環境(> 500 V)。
[0024]4)LTCC可兼容電阻、電容以及電感等無源器件的集成制造，還可以實現LTCC膜層傳感器等器件的集成制造。有利于在單片上實現微流控系統與信號處理系統的集成制造。
[0025]5)LTCC基板與現代微組裝技術兼容，易于制造腔體結構并通過共晶、鍵合等工藝實現功能芯片等外界系統的組裝與整體封裝。
【附圖說明】
[0026]圖1為本發明的結構不意圖；
[0027]圖2為光子傳感系統與微流通道的配合示意圖。
【具體實施方式