一种脉搏传感器制造技术

本实用新型专利技术提供了一种脉搏传感器，所述脉搏传感器包括力测量结构和抗过载结构，力测量结构安装在抗过载结构上方，力测量结构和抗过载结构均包括力敏感单元，力测量结构还包括柔性覆盖膜，力敏感单元包括弹性衬底、压电结构等组成。在脉搏力作用下，通过柔性覆盖膜将力传导至弹性衬底上，使其发生弹性形变，进而使压电结构产生相应输出电荷，实现脉搏力大小的测量。本实用新型专利技术采用双层力敏感单元堆叠的方式，在所测力过大时，抗过载结构对力测量结构进行支撑保护及过载报警。本实用新型专利技术所述的压电式脉搏传感器可实现人体腕部脉搏的多点独立测量，具有无源、动态响应性好、准确性高等特点，同时，其制作工艺简单，可批量生产。可批量生产。可批量生产。

【技术实现步骤摘要】
一种脉搏传感器


[0001]本技术涉及传感器
，具体涉及一种脉搏传感器及其集成化工艺方法、以及在医疗领域中的应用。

技术介绍

[0002]随着科学技术的迅速发展，现代传感器技术倍受重视，尤其是在人体健康监测设备领域，愈发趋于便携式及可穿戴式，如腕式血压计、指夹式血氧仪和健康监测手环等，这对传感器的微型化及低功耗的需求随之增加，设计一种应用于智能手环的微型低功耗脉搏传感器及制作工艺方法对高精度脉搏监测尤为重要。
[0003]根据采集信号的方式，脉搏传感器主要分为光电式、压阻式、压电式等。光电式脉搏传感器通过红外发光二极管反射或透射的方式，将血管在脉搏跳动过程中透光率的变化转换为电信号输出。压阻式脉搏传感器通过惠斯通电桥将脉搏跳动过程中材料电阻率的变化转换为电信号输出。压电式脉搏传感器为压电材料随脉搏跳动发生形变而产生极化电荷，输出电信号。基于新型压电材料的压电式脉搏传感器具有动态响应快、信噪比高和工艺简单等特点。
[0004]为进一步降低功耗、提高动态响应、降低噪声干扰和提高测量准确度，需要给出一种无源、动态响应快、信噪比高且准确度高的脉搏传感器及其制作工艺。

技术实现思路

[0005]基于上述技术背景，本专利技术人进行了锐意进取，采用微电子机械加工技术和纳米薄膜制备技术制作阵列化压电式脉搏传感器，该压电式脉搏传感器包括力测量结构和抗过载结构，力测量结构安装在抗过载结构上，力测量结构和抗过载结构均包括由弹性衬底和压电结构等组成的力敏感单元，在脉搏力的作用下，弹性衬底发生弹性形变，使压电结构产生相应输出电荷，实现脉搏力大小的测量，所述力敏感单元采用3
×
3压电力敏感单元阵列，可实现脉搏力的多点独立监测，有利于脉搏信号的分析及提高信噪比，同时采用双层力敏感单元堆叠的方式，在所测力过大时，抗过载结构可对力测量结构进行支撑保护及过载报警。本技术所述压电式脉搏传感器具有无源、动态响应性好、准确性高等特点，从而完成本技术。
[0006]本技术第一方面在于提供一种压电式脉搏传感器，所述压电式脉搏传感器包括力测量结构和抗过载结构，力测量结构安装在抗过载结构上。
[0007]本技术第二方面在于提供一种本技术第一方面所述压电式脉搏传感器的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：
[0008]步骤1、一次氧化，在衬底表面生长SiO2层，形成绝缘层；
[0009]步骤2、清洗，进行一次光刻，采用磁控溅射法制备Ti/Pt 层，作为底电极，底电极图形化；
[0010]步骤3、清洗，进行二次光刻，采用磁控溅射法制备Li掺杂ZnO压电薄膜，剥离工艺
去胶，压电层图形化；
[0011]步骤4、清洗，进行三次光刻，采用真空蒸镀法制备Al层，作为顶电极，剥离工艺去胶，顶电极图形化；
[0012]步骤5、采用化学气相沉积法生长Si3N4，作为钝化层；
[0013]步骤6、清洗，进行四次光刻，刻蚀钝化层引线孔窗口，通过磁控溅射系统制备Ti/W层，作为金属阻挡层；
[0014]步骤7、清洗，进行五次光刻，通过电镀法制备Au层，作为浸润焊接层，剥离工艺去胶，浸润焊接层图形化；
[0015]步骤8、清洗，进行六次光刻，采用电感耦合等离子体刻蚀金属阻挡层；
[0016]步骤9、焊料回流，形成金凸点；
[0017]步骤10、清洗，进行七次光刻，在衬底背面刻蚀硅杯窗口和力传导接触点；
[0018]步骤11、采用倒装焊技术，将力测量结构与抗过载结构焊接；
[0019]步骤12、将带有键帽的聚乙烯柔性覆盖膜与力测量结构的力敏感单元底部粘连，完成脉搏传感器的封装。
[0020]本技术的第三方面在于提供一种本技术第一方面所述压电式脉搏传感器或由本技术第二方面所述制备方法制得的压电式脉搏传感器的应用，其可用于脉搏监测，优选作为健康监测手环的脉搏传感器或便携式脉搏测试仪等。
[0021]本技术提供的一种脉搏传感器及其集成化工艺方法具有以下优益效果：
[0022](1)本技术所述脉搏传感器结构为3
×
3压电力敏感单元阵列，采用并行输出的电学连接方式，可实现脉搏力多点独立监测，提供多信号输出通道，有利于脉搏信号的分析及提高信噪比；
[0023](2)本技术所述脉搏传感器的力敏感单元通过硅膜底部的力传导结构实现脉搏力的传递，选用具有高压电系数d
31
和 d
33
的Li掺杂ZnO压电薄膜作为敏感层，可将弹性硅膜形变转化为相对应的电量输出，实现对脉搏力的监测；
[0024](3)本技术基于压电效应，可将脉搏跳动引起的弹性硅膜形变量直接转换为电量输出，具有无源、小型化、动态响应好的特点，有利于对脉搏信号的采集，在实际应用中有利于降低系统功耗，并设计抗过载结构，易于实现智能化测试；
[0025](4)本技术制作工艺简单，可批量生产。
附图说明
[0026]图1示出本技术所述压电式脉搏传感器芯片结构示意图；
[0027]图2a示出本技术所述力敏感单元结构示意图；
[0028]图2b示出本技术所述力敏感单元结构剖视图；
[0029]图3示出本技术所述实现脉搏力测量的压电结构等效电路；
[0030]图4(1)～(14)示出本技术所述脉搏传感器芯片制作工艺流程图；
[0031]图5示出本技术所述压电式脉搏传感器的力敏输出特性曲线；
[0032]图6示出本技术所述压电式脉搏传感器的动态响应特性测试结果。
[0033]附图标号说明
[0034]1‑
钝化层；
[0035]2‑
顶电极；
[0036]3‑
压电薄膜；
[0037]4‑
底电极；
[0038]5‑
绝缘层；
[0039]6‑
衬底；
[0040]7‑
力传导接触点；
[0041]8‑
键帽；
[0042]9‑
柔性覆盖膜；
[0043]10
‑
焊点；
[0044]11
‑
焊盘。
具体实施方式
[0045]下面将对本技术进行详细说明，本技术的特点和优点将随着这些说明而变得更为清楚、明确。
[0046]本技术第一方面在于提供一种压电式脉搏传感器，如图1所示，所述压电式脉搏传感器包括力测量结构和抗过载结构，力测量结构安装在抗过载结构上方。
[0047]其中，力测量结构和抗过载结构均包括力敏感单元，力测量结构还包括柔性覆盖膜9，柔性覆盖膜9粘附于力敏感单元底部，作为与皮肤接触的媒介。
[0048]本技术中，抗过载结构的芯片尺寸和量程均大于力测量结构，力测量结构安装在抗过载结构上，当所测力过载时，抗过载结构对力测量结构本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种压电式脉搏传感器，其特征在于，该压电式脉搏传感器包括力测量结构和抗过载结构，力测量结构安装在抗过载结构上方；力测量结构和抗过载结构均包括力敏感单元，力测量结构还包括柔性覆盖膜(9)，柔性覆盖膜(9)粘附于力敏感单元底部。2.根据权利要求1所述的压电式脉搏传感器，其特征在于，所述力敏感单元包括衬底(6)、绝缘层(5)、底电极(4)、压电薄膜(3)、顶电极(2)和钝化层(1)；所述衬底(6)上依次沉积绝缘层(5)、底电极(4)、压电薄膜(3)、顶电极(2)和钝化层(1)。3.根据权利要求2所述的压电式脉搏传感器，其特征在于，绝缘层(5)为二氧化硅层，其厚...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵晓锋，袁安怡，艾春鹏，赵小寒，温殿忠，
申请(专利权)人：黑龙江大学，
类型：新型
国别省市：