平面电感与电容串联的无线连接眼压传感器的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及眼压传感器领域，尤其是涉及一种平面电感与电容串联的无线连接眼压传感器，以针对现有无线无源眼压传感器结构在制备工艺中的弊端，提出改进的新型结构。
【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，在门诊以外的某时，例如睡眠或清晨时达到峰值。因而准确和及时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。目前能够对眼压进行24h连续监测，实时正确记录眼压变化的眼压传感器包括植入式眼压传感器和非侵入式眼压传感器。
[0003]植入式眼压传感器根据植入传感器是否需要眼外控制器馈源，分为无线无源和无线馈源两种形式。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宜过小。馈源器件需要集成电路，电路设计较复杂；系统功耗较大，发热较严重，使得植入的舒适感降低；器件的尺寸较大。但是由于采用集成设备实现无线通信，使得其通信质量更佳，通信距离更远。但是，无论是无源式还是馈源式，器件均需借助外科手术植入眼组织，导致不可逆的伤口。
[0004]随着非侵入式传感器的发展，实现无需手术植入的眼压测量模式，避免对眼组织造成的不可逆的损伤。该类传感器根据体内外之间的通信方式来分类，可以分为两大类，分别是无线通信和有线通信。对于无线通信类器件，根据通信的方式主要可以分为两大类，一类是基于集成电路式，一类是基于电感耦合式。眼压传感器从有线到无线测量的发展，避免有线测量带来的不适感。对于基于无线通信中从基于集成电路式的眼压传感器向基于电感式的眼压传感器的发展，解决了集成电路所带来的缺陷。但是，目前基于电感式的无线非侵入式传感器采用有线键合的方式实现电感与电容之间的连接，有线键合工艺操作存在一定的难度。
[0005]具体来说，基于电感耦合的非侵入式传感器结构是一个简单的L-C电路，电容基板分别位于上下两个芯片，电感与电容基板相连，位于上芯片，电容另一个基板位于下芯片。目前已有文献报道在实现下芯片电容基板与上芯片电感的串联时采用的是有线键合的方式，在加工工艺上有很大难度。图1给出了该传感器的上下芯片的结构示意图，图2给出了该传感器上下芯片无引线键合的等效连接示意图，可以发现此时并不能形成LC串联回路，即当没有形成有线键合时整个传感器结构就无法正常工作。
【发明内容】
[0006]针对上述技术问题，本发明的主要目的之一在于如何提供一种新的结构的无线无源眼压传感器，以避免上述有线键合过程中的引线互联困难，提高整个传感器结构工作的可靠性。
[0007]为了实现上述目的，本发明中的传感器采用一种C-L-C的串联电路结构。更具体地，本发明提供了一种平面电感与电容串联的无线连接眼压传感器，包括中央电容、电感和边缘电容，其特征在于，所述电感与所述中央电容和边缘电容均串联，从而构成C-L-C振荡回路。
[0008]其中，所述边缘电容的容值远大于中央电容的容值。
[0009]其中，所述电感为环形电感。
[0010]其中，所述无线连接眼压传感器包括上芯片和下芯片，所述上芯片上形成有所述中央电容和边缘电容的上极板，以及与所述上极板均串联的电感；以及
[0011]所述下芯片上形成有所述中央电容和边缘电容的下极板，且两者通过导线电导通。
[0012]其中，所述无线连接眼压传感器采用生物相容的柔性材料作为基底。
[0013]其中，所述无线连接眼压传感器中环形电感的取值在0-5 μ H范围之间，中央电容的取值在l_25pF范围之间。
[0014]基于上述技术方案可知，本发明的主要优势如下:采用额外的边缘电容实现电容与电感的串联，结构简单；本发明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。除此之外，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，可以简单地实现电感与电容的串联；本发明的工艺简单，有利于提升芯片制作成品率，降低成本，适于批量化生产；本发明在实现键合时，无需引线，只需简单的对准键合，工艺操作简单，由此可有效提高传感器芯片的成品率；而且，多个上下芯片结构可同时进行键合操作，批量化操作，适于批量化生产，有效降低制造成本。
【附图说明】
[0015]图1是现有技术中的LC传感器上下芯片的结构示意图，其中(a)为下芯片，(b)为上芯片；
[0016]图2是现有技术中的L-C传感器上下芯片无引线键合时的电感与电容的等效连接示意图；
[0017]图3是本发明的眼压传感器上芯片的结构示意图；
[0018]图4是本发明的眼压传感器下芯片的结构示意图；
[0019]图5是本发明的眼压传感器C-L-C结构上下芯片键合后电感与电容的等效连接示意图。
【具体实施方式】
[0020]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。
[0021]本发明是针对现有无线无源眼压传感器结构在制备工艺中的弊端，为解决键合过程中的引线互联困难，而提出了改进的新型结构，即采用一种C-L-C的串联电路结构，该结构包括中央电容、电感和边缘电容，电感与中央电容和边缘电容均串联，从而构成C-L-C振荡回路。其中，边缘电容的容值远大于中央电容的容值，起连接环形电感和中央电容的作用。该电路总电容由边缘电容与中央电容串联而得，由于边缘电容远大于中央电容，总电容近似等于中央电容。因此，该C-L-C振荡回路由中央电容与环形电感形成。附图5给出了本发明的眼压传感器C-L-C结构上下芯片键合后电感与电容的等效连接示意图。
[0022]如图3、4所示，图3和图4分别给出了该C_L_C结构的上、下芯片的示意图。其中，上芯片上形成有中央电容和边缘电容的上极板，以及与上极板均串联的电感；以及下芯片上形成有中央电容和边缘电容的下极板，且两者通过导线电导通。
[0023]在本发明的无线无源眼压传感器结构中，电容和电感可以采用本领域公知的结构来形成，例如通过在芯片上形成相对的铜箔区域(极板)，并在其间填充介电材料来形成电容，介电材料例如为空气或不导电介质，根据具体需要的电容容值来选取，也可以根据极板间的距离来调节电容的容值。可以通过在基底上形成螺旋线的铜导线来形成电感，作为一个优选实施例，电感可以为环形电感，从而制作工艺简单，易于批量化制造。
[0024]在一个优选实施例中，眼压传感器采用柔性材料作为上、下芯片的基底，优选为生物相容的柔性材料，例如派瑞林(Parylene)、聚酰亚胺、甲基丙烯酸羟乙酯(HEMA)、聚二甲基硅氧烷(PDMS)等。电容和电感可以采用电镀、刻蚀或溅射等工艺形成铜膜来制作，铜膜厚度为5-15 μ m?环形电感的电感值取决于电极的厚度和匝数，取值在0-5 μ H范围之间，优选为1_5μΗ范围之间；电容值的大小与极板间的介质和基板间距离有关，其中中央电容取值在l_25pF范围之间。
[0025]为了结合附图对本发明的技术方案作进一步地具体描述。
[0026]图1是现有技术中的LC传感器上下芯片的结构示意图，其中(a)为下芯片，(b)为上芯片。从图上可以看出，两个电容基板1、3分别位于上下两个芯片，环形电感2与一个电容基板3相连，位于上芯片，另一个电容基板I位于下芯片，由此构成的基于电感耦合的非侵入式传感器是一个简单的L-C电路。
[0027]图2是现有技术中的L-C传感器上下芯片无引线键合时的电感与电容的等效连接示意图。其中位于上芯片的电感2与电容基板3串联，而位于上芯片的电容基板3与位于下芯片的电容基板I相对，构成一个电容的上下极板，从而整体形成一个L-C电路。
[0028]图3是本发明的眼压传感器上芯片的结构示意图。其中外圈的粗圆环为边缘电容基板5，中央的圆心为中央电容基板6，环形电感2与边缘电容基板5和中央电容基板6均串联连接。
[0029]图4是本发明的眼压传感器下芯片的结构示意图。其中外圈的粗圆环为边缘电容基板7，中央的圆心为中央电容基板8，两者之间用导线连通。
[0030]图5是本发明的眼压传感器的C-L-C结构上下芯片键合后电感与电容的等效连接示意图。其中2为环形电感，5为中央电容基板，6为边缘电容基板，且5、2、6均位于传感器上芯片结构中，7为中央电容基板，8为边缘电容基板，且7、8均位于传感器下芯片结构中。
[0031]通过试制验证，本发明的眼压传感器只需采用附加的边缘电容，可以简单的实现电感与电容的串联，从而避免了有线键合复杂的加工工艺，加工工艺简单，适于批量化生产。
[0032]以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
【主权项】
1.一种平面电感与电容串联的无线连接眼压传感器，包括中央电容、电感和边缘电容，其特征在于，所述电感与所述中央电容和边缘电容均串联，从而构成C-L-C振荡回路。
2.根据权利要求1所述的无线连接眼压传感器，其中所述边缘电容的容值远大于中央电容的容值。
3.根据权利要求1所述的无线连接眼压传感器，其中所述电感为环形电感。
4.根据权利要求1所述的无线连接眼压传感器，其中所述无线连接眼压传感器包括上芯片和下芯片，所述上芯片上形成有所述中央电容和边缘电容的上极板，以及与所述上极板均串联的电感；以及 所述下芯片上形成有所述中央电容和边缘电容的下极板，且两者通过导线电导通。
5.根据权利要求1所述的无线连接眼压传感器，其中所述无线连接眼压传感器中环形电感的取值在0-5 μ H范围之间，中央电容的取值在1-25PF范围之间。
【专利摘要】一种平面电感与电容串联的无线连接眼压传感器，包括中央电容、电感和边缘电容，所述电感与所述中央电容和边缘电容均串联，从而构成C-L-C振荡回路。本发明通过边缘电容实现电感和电容串联的无线连接，结构简单，可以避免有线键合过程中的引线互联困难，提高整个传感器结构工作的可靠性；此外，适于批量化生产，有效降低制造成本。
【IPC分类】A61B3-16
【公开号】CN104545795
【申请号】CN201510067329
【发明人】陈德勇, 刘丽娟, 王军波
【申请人】中国科学院电子学研究所
【公开日】2015年4月29日
【申请日】2015年2月9日