專利名稱：一種半橋芯片植入式顱壓傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于微機械電子技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種半橋芯片植入式顱壓傳感器。
背景技術(shù)：
現(xiàn)代臨床醫(yī)療中，腦水腫、顱腦損傷、帕金森癥的治療過程中都需要掌握病人顱內(nèi)壓力的狀況。盧頁內(nèi)壓(Intracranial Pressure, ICP)是指盧頁腔內(nèi)容物對盧頁腔壁上所產(chǎn)生的壓力，又稱腦壓，是神經(jīng)外科臨床和科研的重要觀察指標(biāo)。顱內(nèi)壓增高是顱內(nèi)疾病或顱內(nèi)繼發(fā)性病變的一種反映，如不能及時發(fā)現(xiàn)顱內(nèi)壓增高并采取有效的治療措施，則可能導(dǎo)致嚴重后果，甚至危及生命。在臨床工作中，單純依靠觀察神經(jīng)系統(tǒng)癥狀或CT、MRI影像學(xué)資料判斷顱內(nèi)壓是否增高，很難說明顱內(nèi)壓的實際水平，故采用持續(xù)的顱內(nèi)壓監(jiān)測作為“早期報警系統(tǒng)”，有利于早期發(fā)現(xiàn)和及時處理顱內(nèi)壓增高和顱內(nèi)疾病，并提高療效。因此，顱內(nèi)壓作為神經(jīng)外科臨床和科研的重要指標(biāo)一直受到神經(jīng)外科臨床和科研人員的重視，是神經(jīng)外科臨床和科研的重要觀察指標(biāo)。顱壓傳感器已有相關(guān)的研究和應(yīng)用，如美國INTEGRANEUROSCIENCES公司生產(chǎn)的型號為110-4L的CAMINO光纖顱內(nèi)壓力監(jiān)測系統(tǒng)還有通過手術(shù)放置在硬腦膜下的無線電電子式顱內(nèi)壓力檢測傳感器等，但都存在以下問題1)價格昂貴，普及應(yīng)用十分困難；2)無線電充電效率過低；3)測壓位置不佳導(dǎo)致的測壓不準。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點，本發(fā)明的目的在于提供一種半橋芯片植入式顱壓傳感器，主要優(yōu)勢在于測量精準，小尺寸、可靠性好的封裝設(shè)計帶來更小的顱腦創(chuàng)傷，減輕患者病痛，使用方便。為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為一種半橋芯片植 入式顱壓傳感器，包括外殼1、敏感芯片2、金絲引線3、生物膠4、電纜線5、后續(xù)電路6，外殼I作為基座，其上通過生物膠4粘接有敏感芯片2，敏感芯片2中的方形薄膜位于外殼I頂部缺口的正下方，在敏感芯片2的方形薄膜上配有兩個阻值相同的壓阻條，兩個壓阻條構(gòu)成半橋電路，半橋電路通過金絲引線3和電纜線5連接，通過電纜線5實現(xiàn)給傳感器提供橋路電源和輸出與壓力相關(guān)的電壓信號，電纜線5將電壓信號提供給后續(xù)電路6處理。所述的敏感芯片2采用了(100)晶面硅。所述的敏感芯片2上的兩個壓阻條沿著[110]和[]了0|晶向布置。所述的敏感芯片2采用250um厚雙面拋光N型單晶硅片材料制作。由于本發(fā)明是將傳感器植入硬腦膜下測量，其中敏感芯片2采用MEMS工藝，集感應(yīng)壓力與測量電路于一體，同時為了簡化封裝去掉了轉(zhuǎn)接電路板，將惠斯通全橋電路簡化為半橋減少了兩個焊接點，為后續(xù)的精密封裝帶來了便利，故具有測量準確，尺寸小，創(chuàng)傷小，可靠性高的優(yōu)點。


圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為壓阻條在敏感芯片2上的分布示意圖。圖3為壓阻條構(gòu)成的半橋電路示意圖。圖4為本發(fā)明的應(yīng)用示意圖。
具體實施例方式以下結(jié)合附圖對本發(fā)明做詳細說明。參見圖1，一種半橋芯片植入式顱壓傳感器，包括外殼1、敏感芯片2、金絲引線3、生物膠4、電纜線5、后續(xù)電路6，外殼I作為基座，其上通過生物膠4粘接有敏感芯片2，敏感芯片2中的方形薄膜位于外殼I頂部缺口的正下方，在敏感芯片2的方形薄膜上配有由MEMS工藝特制的兩個阻值相同的壓阻條，兩個壓阻條構(gòu)成半橋電路，半橋電路通過金絲引線3和電纜線5連接，通過電纜線5實現(xiàn)給傳感器提供橋路電源和輸出與壓力相關(guān)的電壓信號，就形成了傳感器的工作部分，由于極小的封裝尺寸限制，在外殼內(nèi)部不適合設(shè)置轉(zhuǎn)接電路板，所以由金絲引線3將半橋的信號與傳輸?shù)诫娎|線5上，并用生物膠4將焊接點固定在一側(cè)，電纜線5將電壓信號提供給后續(xù)電路6處理。所述的敏感芯片2采用了(100)晶面硅。所述的敏感芯片2上設(shè)計的兩個壓阻條沿著[110]和[I 了0]晶向布置，組成壓力測
量電路。 所述的敏感芯片2采用250um厚雙面拋光N型單晶硅片材料制作。參見圖2和3，兩個壓阻條分別為電阻Rl、R2，在敏感芯片2上，電阻Rl與電阻R2垂直布置，兩個壓阻條構(gòu)成半橋電路。本發(fā)明的工作原理為參照圖4，完成穿刺動作后，將傳感器頭部置于與斜角邊鉆孔相對的硬腦膜下的腦組織上，使傳感器敏感芯片2朝向腦皮層，被測介質(zhì)壓力直接作用在鍍有絕緣保護層的傳感器上。分布于敏感芯片2上的兩個壓阻條構(gòu)成半橋電路，組成壓力測量電路，當(dāng)顱壓作用于傳感器敏感芯片2時，使得方膜結(jié)構(gòu)發(fā)生變形，壓阻條在方形薄膜的應(yīng)力作用下其阻值發(fā)生變化，壓阻條組成的半橋電路失去平衡，在恒定電源的激勵下輸出一個與外界壓力相對應(yīng)的電信號，從而實現(xiàn)傳感器芯片對腦顱壓的測量。本發(fā)明中，敏感芯片2上的壓阻條阻值的變化量通過壓阻效應(yīng)的相關(guān)公式計算而來，壓阻效應(yīng)是指當(dāng)半導(dǎo)體材料受到應(yīng)力作用時，由于載流子遷移率的變化，使其電阻率發(fā)生變化的現(xiàn)象。當(dāng)壓阻條處于一定應(yīng)力作用下時，其阻值變化與其所受應(yīng)力之間的比例關(guān)系式如下
「 n AR— = KlOi + πττ{式中R——壓阻條初始阻值；x—為壓阻條橫向壓阻系數(shù)；Ji ,一壓阻條縱向壓阻系數(shù)；σ j——壓阻條受到的正應(yīng)力；
Ti——壓阻條受到的剪應(yīng)力。因此敏感芯片2在腦顱壓作用時產(chǎn)生的應(yīng)力將會使其上的壓阻條的阻值變化，通過惠斯通電橋再將此變化轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘栞敵?，繼而實現(xiàn)對腦顱壓的感應(yīng)與測量，壓阻效應(yīng)具有各向異性的特征，沿著不同的方向施加應(yīng)力或沿不同方向通過電流，材料的電阻率變化均不相同，為了在同樣的加速度作用下得到更大的輸出電信號，本發(fā)明中的敏感芯片2選擇(100)晶面硅片，利用(100)晶面硅在[110]和Π 丁01晶向上具有最大值，在[100]和
晶向上幾乎為零 的特點，壓阻條沿著[110]和[I 了01晶向分布，提高了傳感器芯片對腦顱壓的測量精度。
權(quán)利要求
1.一種半橋芯片植入式顱壓傳感器，包括外殼(I)、敏感芯片(2)、金絲引線(3)、生物膠(4)、電纜線(5)、后續(xù)電路(6)，其特征在于外殼(I)作為基座，其上通過生物膠(4)粘接有敏感芯片(2)，敏感芯片(2)中的方形薄膜位于外殼(I)頂部缺口的正下方，在敏感芯片(2)的方形薄膜上配有兩個阻值相同的壓阻條，兩個壓阻條構(gòu)成半橋電路，半橋電路通過金絲引線(3 )和電纜線(5 )連接，通過電纜線(5 )實現(xiàn)給傳感器提供橋路電源和輸出與壓力相關(guān)的電壓信號，電纜線(5)將電壓信號提供給后續(xù)電路(6)處理。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種半橋芯片植入式顱壓傳感器，其特征在于所述的敏感芯片(2)采用了(100)晶面硅。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種半橋芯片植入式顱壓傳感器，其特征在于所述的敏感芯片(2)上的兩個壓阻條沿著[110]和[1了0]晶向布置。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種半橋芯片植入式顱壓傳感器，其特征在于所述的敏感芯片(2)采用250um厚雙面拋光N型單晶硅片材料制作。
全文摘要
一種半橋芯片植入式顱壓傳感器，包括敏感芯片，敏感芯片中的方形薄膜位于外殼頂部缺口的正下方，敏感芯片與外殼通過生物膠固粘，敏感芯片的中間布置有四個壓阻條，構(gòu)成惠斯通電橋，當(dāng)腦顱壓作用于傳感器芯片時，壓力作用于方形薄膜，進而使薄膜發(fā)生變形，壓阻條在方形薄膜的應(yīng)力作用下其阻值發(fā)生變化，惠斯通電橋失去平衡，輸出一個與外界壓力相對應(yīng)的電信號，從而實現(xiàn)傳感器芯片對腦顱壓的測量，本發(fā)明具測量準確，尺寸小，創(chuàng)傷小，可靠性高的優(yōu)點。
文檔編號A61B5/03GK103040456SQ201210563499
公開日2013年4月17日 申請日期2012年12月21日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月21日
發(fā)明者趙玉龍, 孟夏薇, 趙友 申請人:西安交通大學(xué)