无线无源非侵入式mems眼压传感器及其制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及微传感器加工领域，更具体地涉及一种无线无源非侵入式MEMS眼压 传感器及其制作方法。
【背景技术】
[0002] 青光眼是由于病理性眼压升高导致特征性视神经损害和视野缺损的一种疾病， 是全球第2位的不可逆致盲性眼病。眼压的升高是诊断和治疗青光眼的重要指标。部分 患者在门诊时间内眼压检测正常，但仍出现了青光眼致盲。分析发现，青光眼患者眼压在 24h(小时）内的波动较大，在门诊以外某时，例如睡眠或清晨时达到峰值。因而准确和连续 的眼压检测对青光眼的诊断和及时治疗具有非常重要的意义。
[0003] 传统的眼压测量法，例如指测法、直接法和眼压计检测法等均无法实现眼压连续 检测。而采用MEMS工艺制备的新型眼压传感器可以实现眼压24h连续监测。
[0004] 新型眼压传感器根据传感器是否需要植入眼组织可分为植入式与非侵入式。
[0005] 早期植入式眼压传感器采用硅作为基底，通过刻蚀、溅射等工艺得到电极结构。但 是，无源式植入传感器一方面要求最小化器件尺寸，从而最小化植入损害；另一方面要求传 感器与体外监控部分耦合效果强，从而增加检测的距离，这迫使传感器电感不易过小，促使 基于柔性衬底的可折叠传感器结构的形成。该折叠传感器折叠植入，从而最小化植入损害， 植入后展开，从而最大化耦合效果。该传感器利用柔性材料，例如SU-8、Paryl ene C等作为 基底，通过光刻和溅射等工艺得到电极结构。尽管折叠式结构使传感器植入式最小化，但是 借助外科手术植入眼组织，依然导致不可逆的伤口。
[0006] 随着非侵入式传感器的发展，可以实现无需手术植入的眼压测量，避免对眼组织 造成的不可逆的损伤。早期非侵入式眼压传感器检测利用压阻效应，信号的传输采用有线 方式，测量时带来不适感。制备时，利用浇铸法将压敏电阻包裹在柔性衬底内。为了克服有 线传输的缺点，后期采用集成电路实现信号传输。但是集成电路设计复杂，系统功耗较大， 发热较严重，使得佩戴的舒适感降低，且器件的尺寸较大。近期出现了基于L-C结构的无线 无源非侵入式传感器结构，但该结构采用有线键合的方式实现电感与电容之间的连接，有 线键合在加工工艺上存在一定的难度，且电极的制作采用的是刻蚀铜箔的方式，铜箔的厚 度薄，操作困难。
[0007] 除上述制备上的难度外，非侵入式传感器需要像隐形眼镜一样佩戴在角膜上，这 样对传感器衬底有要求，一方面需要柔性衬底，实现传感器与角膜的适形；另一方面需要衬 底材料具有生物兼容性。而当该传感器采用液态硅橡胶作为衬底时，需要采用浇铸法实现 与角膜的适形，需要借助模具，对模具有较高的要求。
[0008] 此外，传感器在制作时涉及电感和电容电极的制备，为了保证传感器中的C-L-C 串联电路的品质因数（Q值）不致过小，要求电极阻抗尽量小，且制备过程应尽量简单。由 于传感器的敏感单元是电容，因此在制作过程中，需要考虑所制作出的电容是压力敏感可 变电容。即要对制作电容的结构和材料进行必要的选取。传感器电极的制备通常采用的是 刻蚀铜箔法，虽然通过选择较厚的铜箔可以保证较高的Q值，但是在薄铜箔上进行图形化， 易造成电极断路，取拿操作困难，增加制备过程的难度。另外，刻蚀铜箔时，需要严格控制刻 蚀的时间和刻蚀液的浓度，防止出现过刻和严重的侧蚀，导致传感器的电感小线条出现断 裂的现象。
【发明内容】
[0009] 针对上述多个技术问题之一，本发明采用一种C-L-C串联结构的眼压传感器，以 实现电感与电容的无线连接；采用柔性材料做衬底，以解决非侵入式传感器适形时对模具 过高的要求，因为柔性材料具有良好的生物兼容性，且属于热塑性材料，塑形条件简单；采 用电镀铜的方式制备传感器电极，以解决非侵入式传感器电极的电感与电容制备过程中铜 箔过薄导致的操作困难。
[0010] 由此，作为本发明的一个方面，本发明提供了一种非侵入式眼压传感器，其特征在 于，采用一种C-L-C的串联结构，其中两个电容分别为边缘电容与中央电容，所述边缘电容 起连接所述电感和所述中央电容的作用，且所述边缘电容的容值远大于所述中央电容的容 值。
[0011] 其中，所述眼压传感器包括：柔性衬底层、第一电极层、中间层、第二电极层和柔性 衬底层，并且所述中间层的一部分构成所述中央电容的介电层，所述第一电极层和第二电 极层的对应部分构成所述中央电容的极板。
[0012] 其中，所述柔性衬底层选用Parylene C薄膜材料制作。
[0013] 其中，所述柔性衬底层的厚度为5-25 μ m。
[0014] 其中，所述中间层选用聚二甲基硅氧烷材料制作。
[0015] 其中，采用电镀铜的方式制备所述第一电极层和第二电极层。
[0016] 其中，所述眼压传感器为MEMS传感器，且所述眼压传感器为曲面传感器。
[0017] 作为本发明的另一个方面，本发明还提供了一种非侵入式无线无源眼压传感器的 制备方法，包括以下步骤：
[0018] 利用真空气相沉积法，在基板上沉积一层具有生物兼容性的柔性材料；
[0019] 在所述柔性材料上沉积铬/金种子层；
[0020] 在所述种子层上涂布光刻胶并光刻，然后在光刻图案上电镀铜层；
[0021] 去除未电镀铜层区域的光刻胶，刻蚀除去所述区域的铬/金种子层；
[0022] 在得到的所述结构上涂布聚二甲基硅氧烷作为中间层；
[0023] 重复上述步骤分别得到所述眼压传感器的上下芯片，利用聚二甲基硅氧烷作为中 间层进行键合；
[0024] 将得到的结构从所述基底上剥离，继续采用热压法对得到的所述结构进行塑形， 所述热压法为在真空条件下加热处理所述固定在曲面模具上的所述结构，处理温度为 170°C，处理时间不少于30min ;
[0025] 将得到的结构从所述曲面模具表面剥离，得到最终的所述眼压传感器的产品。
[0026] 其中，所述具有生物兼容性的柔性材料为Parylene C薄膜，膜厚为5-25 μ m。
[0027] 其中，在所述刻蚀除去所述区域的铬/金种子层的步骤中还包括采用氨水和双氧 水溶解去除沉积物的步骤。
[0028] 基于上述技术方案可知，本发明利用Paralyne C和PDMS两种生物兼容性好的材 料，由于此两种材料的杨氏模量差异，实现了压敏可变电容的制作，整套工艺简单易行；采 用额外的边缘电容实现电容与电感的串联，结构简单；只需采用附加的边缘电容，利用该 电容上下基板分别与中央电容和环形电感相连，从而实现电感与中央电容的串联。除此之 夕卜，边缘电容远大于中央电容，串联后的总电容取决于中央电容，边缘电容的作用仅在于连 接电感与电容；因此，采用该结构，可以简单的实现电感与电容的串联；传感器电极制作简 单，所制备的电极电阻率低，有利于获取较高的品质因数，提高检测信号的信噪比。
【附图说明】
[0029] 图1是本发明的非侵入式眼压传感器上芯片的结构示意图；
[0030] 图2是本发明的非侵入式眼压传感器下芯片的结构示意图；
[0031] 图3是本发明的非侵入式眼压传感器制备过程的第一步至第十步的步骤流程图；
[0032] 图4是本发明的非侵入式平面传感器的结构示意图；
[0033] 图5是本发明的非侵入式曲面传感器贴附于模具表面的结构示意图。
[0034] 附图标记说明如下：
[0035] 1、边缘电容；2、中央电容；3、环形电感；4、基板；5、柔性衬底层；6、种子层；7、光 刻胶；8、电极层；9、中间层；10、模具；11、曲面传感器。
【具体实施方式】
[0036] 为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照 附图，对本发明作进一步的详细说明。
[0037] 本发明的非侵入式无线无源眼压传感器，采用一种C-L-C的串联结构，两个电容 分别为边缘电容1与中央电容2,边缘电容用于实现电感与电容的无线连接。其中，边缘电 容1起连接环形电感和中央电容的作用。