專利名稱：微型壓電諧振式傳感器陣列芯片的制作方法
技術領域：
本發明涉及壓電傳感器陣列，特別是一種集成微型壓電諧振式傳感器陣列的芯片。
壓電諧振式傳感器由壓電諧振式傳感器芯片及其電極外接諧振電路構成。壓電諧振式傳感器芯片由壓電材料制成的壓電諧振片及其表面的電極構成。壓電諧振式傳感器信號即諧振頻率通過頻率檢測電路或頻率計數儀獲得。壓電諧振式傳感器在其諧振過程中與周邊環境相互作用，可對傳感器表面和環境介質的物理性能包括質量、粘彈性、介電或流變特性等作出應答并轉換為器件諧振頻率的變化。單個壓電諧振式傳感器只能獲取一個被檢對象有關成分、性狀的信息，采用多個壓電諧振式傳感器構成傳感器陣列可同時獲取被檢對象有關成分、性狀的多維信患，得到對象的全面、動態、實時或在位描述，或可一次測定多個被檢對象，用于化學、生物學、藥學、臨床醫學和環境科學等領域的分析檢測。
已有的壓電諧振式傳感器陣列芯片，如中國專利CN1139202A,1997年1月1日公開的“可任意分布的壓電振蕩式陣列傳感器”中的技術，采用在一塊壓電材料的正反兩個表面敷設多組導電材料，構成整塊結構的壓電傳感器陣列芯片，當導電材料的交錯部分在外接有振蕩電路時形成獨立振子，當外界參量作用于該區域時，其振蕩頻率發生變化，并向四面發出振蕩調頻波，從而確定力、位移等傳感量的大小和位置。這種壓電傳感器陣列芯片的每個傳感器芯片都需外接一相應獨立的振蕩電路，其振蕩調頻波需經多個換能器接收，并需幅度和相位檢測電路進行各振子傳感量的確定，傳感器電路及其檢測十分復雜。其次，由于該陣列芯片的各壓電傳感器芯片相互接連構成整塊結構，使其各芯片產生的傳感器信號即調頻波間存在嚴重的、難以消除的干擾。因此，這種壓電傳感器陣列芯片，其靈敏度和精度十分有限，且很難進一步提高，不能滿足微量分析檢測的需要。
本發明的目的是提供一種集成多個獨立的傳感器芯片、可同時獲取多個傳感量的超靈敏、高精度、易檢測、抗干擾、可批量制備、成本低的微型壓電諧振式傳感器陣列芯片。
本發明采用將多個獨立的、微型的、兩面敷有電極的壓電諧振片，固定在絕緣基片上，各壓電諧振片與基片接觸的電極作為壓電諧振式傳感器陣列芯片共用的基電極，各壓電諧振片外側的微電極分別作為各壓電諧振式傳感器芯片的工作電極，其整體構成微型壓電諧振式傳感器陣列芯片。
本發明的微型壓電諧振式傳感器陣列芯片(參見附圖)，包含至少兩個壓電諧振片(2)及其上側片面上的微電極(4)，其特征在于有共用的一個絕緣的基片(1)，在基片上有共用的基電極(3)與上述各壓電諧振片的下側片面相接。
上述的壓電諧振片(2)和微電極(4)的片形相同呈n邊片形，所說的基片(1)和基電極(3)的片形相同呈n邊片形，上述n≥3。
上述的壓電諧振片(2)可以是石英晶體片、或壓電陶瓷片、或壓電聚偏氟乙烯薄膜。上述的微電極(4)和基電極(3)可以是金膜、或銀膜、或鋁膜，上述的基片(1)可以是硅片、或玻璃片、或酚醛樹脂片、或聚氯乙烯片、或聚氟乙烯片、或有機玻璃片。
上述的壓電諧振片(2)的上側片面的面積為10-6～1mm2。
將各微型壓電諧振片表面的微電極外接諧振電路便能形成各自獨立的微型諧振式傳感器，其整體便能構成微型諧振式陣列傳感器。通過檢測各微型傳感器諧振頻率的變化，可動態、實時或在位測定相應各工作電極表面及其環境介質的物理、化學或生物參量。
本發明的上述結構，使其具有如下的明顯優點和顯著效果。
首先，本發明將各壓電諧振式傳感器芯片集成為各自獨立的傳感器陣列芯片，各傳感器間不存在干擾；而且可在傳感器陣列中設定一不介入被檢對象的參比傳感器，工作和參比傳感器的諧振頻率能通過一差分電路比較低的差頻輸出(數千赫茲以下)，加上頻率本身為數字信號，使傳感器信號易于快速和高精度測量和處理。
其次，本發明的壓電諧振式傳感芯片的上側片面的面積為10-6～1mm2，而成為微型化，即使諧振器件微型化，從而能大大減小壓電諧振式傳感芯片的厚度，使其諧振能達到通常諧振片無法實現的超高頻率(上百兆赫)；由于壓電諧振式傳感器的靈敏度隨其諧振頻率增加而提高，因此，本傳感器芯片對傳感量的靈敏度遠遠高于現有的技術水平。
另外，集成化的微型壓電傳感器陣列芯片的制備工藝性好，能大批量制造，且成本低廉。
綜上所述，本發明集成多個傳感器芯片，具有可同時獲取多個傳感量的超靈敏、高精度、易檢測、抗干擾、可批量制備、成本低等優點。
本傳感器陣列芯片適用于微量和超微量物理量、化學量和生物量的分析檢測。
下面，再用實施例及其附圖對本發明作進一步地說明。
附圖的簡要說明。
圖1是本發明的一種微型壓電諧振式傳感器陣列芯片的結構示意圖。
圖2是用圖1的本傳感器陣列芯片構成的微型壓電諧振式傳感檢測電路原理框圖。
實施例1本發明的一種微型壓電諧振式傳感器陣列芯片，如附圖1所示。由基片、基電極、壓電諧振片、微電極構成。
上述基片1，選用玻璃，也可以選用硅、或酚醛樹脂、或聚氯乙烯、或聚氟乙烯、或有機玻璃等絕緣材料，制成n邊片形體，邊數n≥3，即可以是三邊形、四邊形、五邊形等多邊形。
上述壓電諧振片2，選用石英晶體，也可以選用壓電陶瓷、或壓電聚偏氟乙烯薄膜等壓電材料。
上述基電極3和微電極4，選用金材料，也可以選銀、或鋁材料。
本實施例，將AT切型的石英晶體材料的壓電諧振片化學銑磨至10um厚，兩面真空蒸鍍200nm厚的金膜后，熱壓鍵合在玻璃片材料的基片上，制成芯片。然后在芯片上利用通常的微細加工技術制作微型石英晶體諧振式傳感器陣列芯片。具體步驟如下1、在光玻璃板上涂敷感光乳后，用激光寫機將感光乳膠曝光成所設計的陣列圖形，制成掩模；2、在上述制成的芯片上涂敷光刻膠后，將掩模與芯片對準，和接觸式光刻機再對光刻膠進行曝光；3、將已曝光的光刻膠洗去后，依次用通常的化學法腐蝕掉芯片選定部位的金膜和石英，制成由多個相互隔離的微型石英晶體諧振式傳感器芯片構成的微型壓電諧振式傳感器陣列芯片。將做壓電諧振片的石英晶體下側面與基片的鍵合面的鍍金層作為各微型石英晶體諧振式傳感器芯片共用的基電極，即作接地電極。各石英晶體上側面的鍍金層為各微型石英晶體諧振式傳感器芯片各自的微電極。
上述各微型石英晶體諧振式傳感器芯片的壓電諧振片和微電極的片形相同，可以制成n邊片形，邊數n≥3，即可以是三邊形、四邊形、五邊形等多邊形。本實施例壓電諧振片采用四邊形，其上側片面的面積為10-6～1mm2。從而成為微型的芯片。
使用本實施例，如圖2框圖所示，將本微型壓電諧振式傳感器陣列芯片5，安裝在有各微型石英晶體諧振式傳感器芯片的微電極4的引腳和共用的基電極3的引腳的通常的支座6上，其中基電極接地，微電極中一微電極表面封閉，作為不與被檢對象接觸的參比電極外接通常的參比諧振電路9，其余微電極經通常的通道選擇電路7與通常的指示諧振電路8相連，指示和參比諧振頻率信號經通常的差分電路10以兩者的差頻信號輸入通常的頻率計數電路11，獲取指示傳感信號相對參比傳感信號的差值，以此對被檢對象進行檢測。
權利要求
1.微型壓電諧振式傳感器陣列芯片，包含至少兩個壓電諧振片(2)及其上側片面上的微電極(4)，其特征在于有共用的一個絕緣的基片(1)，在基片上有共用的基電極(3)與上述各壓電諧振片的下側片面相接。
2.根據權利要求1所述的微型壓電諧振式傳感器陣列芯片，其特征在于所說的壓電諧振片(2)和微電極(4)的片形相同呈n邊片形，所說的基片(1)和基電極(3)的片形相同呈n邊片形，上述n≥3。
3.根據權利要求1所述的微型壓電諧振式傳感器陣列芯片，其特征在于所說的壓電諧振片(2)是石英晶體片、或壓電陶瓷片、或壓電聚偏氟乙烯薄膜，所說的微電極(4)和基電極(3)是金膜、或銀膜、或鋁膜，所說的基片(1)是硅片、或玻璃片、或酚醛樹脂片、或聚氯乙烯片、或聚氟乙烯片、或有機玻璃片。
4.根據權利要求3所述的微型壓電諧振式傳感器陣列芯片，其特征在于所說的壓電諧振片(2)的上側片面的面積為10-6～1mm2。
全文摘要
本發明涉及壓電傳感器陣列,特別是一種集成微型壓電諧振式傳感器陣列的芯片。旨在解決已有壓電傳感器陣列靈敏度較低、精度較差、檢測復雜、干擾較大等問題。本陣列芯片包含至少兩個壓電諧振片2及其上側片面上的微電極4,其特征在于有共用的一個絕緣的基片1,在基片上的共用的基電極3與上述各壓電諧振片的下側片面相接。用于微量和超微量物理量、化學量和生物量的分析檢測。
文檔編號G01D5/12GK1299958SQ99117440
公開日2001年6月20日 申請日期1999年12月10日 優先權日1999年12月10日
發明者莫志宏 申請人:莫志宏
專業數控銑床產品供應商
20年生產經驗，實力工廠，精工品質，質量有保障
