一種全橋晶片植入式顱壓傳感器的製作方法

2023-06-22 04:08:46 1

專利名稱：一種全橋晶片植入式顱壓傳感器的製作方法
技術領域：
本發明屬於微機械電子技術領域，具體涉及一種全橋晶片植入式顱壓傳感器。
背景技術：
現代臨床醫療中，腦水腫、顱腦損傷、帕金森症的治療過程中都需要掌握病人顱內壓力的狀況。盧頁內壓(Intracranial Pressure, ICP)是指盧頁腔內容物對盧頁腔壁上所產生的壓力，又稱腦壓，是神經外科臨床和科研的重要觀察指標。顱內壓增高是顱內疾病或顱內繼發性病變的一種反映，如不能及時發現顱內壓增高並採取有效的治療措施，則可能導致嚴重後果，甚至危及生命。在臨床工作中，單純依靠觀察神經系統症狀或CT、MRI影像學資料判斷顱內壓是否增高，很難說明顱內壓的實際水平，故採用持續的顱內壓監測作為「早期報警系統」，有利於早期發現和及時處理顱內壓增高和顱內疾病，並提高療效。因此，顱內壓作為神經外科臨床和科研的重要指標一直受到神經外科臨床和科研人員的重視，是神經外科臨床和科研的重要觀察指標。顱壓傳感器已有相關的研究和應用，如美國INTEGRANEUROSCIENCES公司 生產的型號為110-4L的CAMINO光纖顱內壓力監測系統還有通過手術放置在硬腦膜下的無線電電子式顱內壓力檢測傳感器等，但都存在以下問題:1)價格昂貴，普及應用十分困難；2)無線電充電效率過低；3)測壓位置不佳導致的測壓不準。

發明內容
為了克服上述現有技術的缺點，本發明的目的在於提供一種全橋晶片植入式顱壓傳感器，主要優勢在於測量精準，小尺寸、可靠性好的封裝設計帶來更小的顱腦創傷，減輕患者病痛，使用方便。為了實現上述目的，本發明採用的技術方案為:一種全橋晶片植入式顱壓傳感器，包括外殼1、敏感晶片2、金絲引線3、生物膠4、電纜線5、後續電路6，外殼I作為基座，其上通過生物膠4粘接有敏感晶片2，敏感晶片2中的方形薄膜位於外殼I頂部缺口的正下方，在敏感晶片2的方形薄膜上配有四個阻值相同的壓阻條，四個壓阻條構成惠斯通電橋，惠斯通電橋通過金絲引線3和電纜線5連接，通過電纜線5實現給傳感器提供橋路電源和輸出與壓力相關的電壓信號，電纜線5將電壓信號提供給後續電路6處理。所述的敏感晶片2採用了(100)晶面矽。敏感晶片2上的四個壓阻條沿著[110]和[I 了0]晶向布置。所述的敏感晶片2採用250um厚雙面拋光N型單晶矽片材料製作。由於本發明是將傳感器植入硬腦膜下測量，其中敏感晶片2採用MEMS工藝，集感應壓力與測量電路於一體，同時為了簡化封裝去掉了轉接電路板，故具有測量準確，尺寸小，創傷小，可靠性高的優點。


圖1為本發明的結構示意圖。圖2為壓阻條敏感晶片2上的分布示意圖。圖3為壓阻條構成的惠斯通電橋示意圖。圖4為本發明的應用示意圖。
具體實施例方式以下結合附圖對本發明的結構與工作原理詳細說明。參見圖1，一種全橋晶片植入式顱壓傳感器，包括外殼1、敏感晶片2、金絲引線3、生物膠4、電纜線5、後續電路6，外殼I作為基座，其上通過生物膠4粘接有敏感晶片2，敏感晶片2中的方形薄膜位於外殼I頂部缺口的正下方，在敏感晶片2的方形薄膜上配有由MEMS工藝特製的四個阻值相同的壓阻條，四個壓阻條構成惠斯通電橋，惠斯通電橋通過金絲引線3和電纜線5連接，通過電纜線5實現給傳感器提供橋路電源和輸出與壓力相關的電壓信號，就形成了傳感器的工作部分，由於極小的封裝尺寸限制，在外殼內部不適合設置轉接電路板，所以由金絲引線3將惠斯通電橋的信號與傳輸到電纜線5上，並用生物膠4將焊接點固定在一側，電纜線5將電壓信號提供給後續電路6處理。所述的敏感晶片2採用了(100)晶面矽。所述的四個壓阻條沿著[110]和[1了0]晶向布置。所述的敏感晶片2採用250um厚雙面拋光N型單晶矽片材料製作。參見圖2和3，四個壓阻條分別為電阻Rl、R2、R3和R4，在敏感晶片2上，電阻Rl與電阻R3平行布置，電阻R2與電阻R4平行布置，四個壓阻條構成惠斯通電橋。本發明的工作原理是:完成穿刺動作後，將傳感器頭部置於與斜角邊鑽孔相對的硬腦膜下的腦組織上，使傳感器敏感晶片2朝向腦皮層，被測介質壓力直接作用在鍍有絕緣保護層的傳感器上。分布於敏感晶片2上的四個壓阻條構成惠斯通電橋，組成壓力測量電路，當顱壓作用於傳感器晶片時，使得方膜結構發生變形，壓阻條在方形薄膜的應力作用下其阻值發生變化，壓阻條組成的惠斯通電橋失去平衡，在恆定電源的激勵下輸出一個與外界壓力相對應的電信號，從而實現傳感器晶片對腦顱壓的測量。本發明中敏感晶片2上的壓阻條阻值的變化量通過壓阻效應的相關公式計算而
來，壓阻效應是指當半導體材料受到應力作用時，由於載流子遷移率的變化，使其電阻率發
生變化的現象。當壓阻條處於一定應力作用下時，其阻值變化與其所受應力之間的比例關
系式如下:
權利要求
1.一種全橋晶片植入式顱壓傳感器，包括外殼(I)、敏感晶片(2)、金絲引線(3)、生物膠(4)、電纜線(5)、後續電路(6)，其特徵在於:外殼(I)作為基座，其上通過生物膠(4)粘接有敏感晶片2，敏感晶片(2)中的方形薄膜位於外殼(I)頂部缺口的正下方，在敏感晶片(2)的方形薄膜上配有四個阻值相同的壓阻條，四個壓阻條構成惠斯通電橋，惠斯通電橋通過金絲引線(3 )和電纜線(5 )連接，通過電纜線(5 )實現給傳感器提供橋路電源和輸出與壓力相關的電壓信號，電纜線(5)將電壓信號提供給後續電路(6)處理。
2.根據權利要求1所述的一種全橋晶片植入式顱壓傳感器，其特徵在於:所述的敏感晶片(2)採用了(100)晶面矽。
3.根據權利要求1所述的一種全橋晶片植入式顱壓傳感器，其特徵在於:敏感晶片(2)上的四個壓阻條沿著[110]和[1了0]晶向布置。
4.根據權利要求1所述的一種全橋晶片植入式顱壓傳感器，其特徵在於:所述的敏感晶片(2)採用250um厚雙面拋光 N型單晶矽片材料製作。
全文摘要
一種全橋晶片植入式顱壓傳感器，包括敏感晶片，敏感晶片中的方形薄膜位於外殼頂部缺口的正下方，敏感晶片與外殼通過生物膠固粘，敏感晶片的中間布置有四個壓阻條，構成惠斯通電橋，當腦顱壓作用於傳感器晶片時，壓力作用於方形薄膜，進而使薄膜發生變形，壓阻條在方形薄膜的應力作用下其阻值發生變化，惠斯通電橋失去平衡，輸出一個與外界壓力相對應的電信號，從而實現傳感器晶片對腦顱壓的測量，本發明具測量準確，尺寸小，創傷小，可靠性高的優點。
文檔編號A61B5/03GK103110414SQ201210563420
公開日2013年5月22日 申請日期2012年12月21日 優先權日2012年12月21日
發明者趙玉龍, 孟夏薇, 趙友 申請人:西安交通大學