[发明专利]用于光纤传感器的多功能探测芯片及其制作方法与封装方法

说明书

技术领域

本发明属于微电子机械系统(MEMS)技术领域，涉及用于医疗检测、环境监控、生物战剂检测等领域的光纤传感器的探测芯片的封装与集成，具体涉及一种用于光纤传感器的多功能探测芯片的制作与封装方法。

背景技术

光纤传感器技术是随着光纤的实用化和光通信技术的发展而形成的。所谓光纤传感技术就是利用光纤作为敏感元件或信息的载体，通过对比反应前后光纤中的光场的变化来确定被测物的信息。通常有两种形式：第一种是用光纤制作一个传感探头，探头插入被测物溶液中检测；第二种是在一根光纤中间，将包层去掉并拉伸或腐蚀到一定直径作为传感区，固定和保护于特定设计的样品池中，在样品池中加入被测物溶液进行检测。第二种与第一种相比具有便于阵列，检测信号强，对传感光纤的保护性好及携带方便等优点。就总体而言，光纤传感器与传统的传感器相比有着许多优点，如灵敏度高、结构简单、体积小、电绝缘、耐酸碱腐蚀、抗电磁干扰能力强，以及可以实现分布式检测等。因此，光纤传感器得到了广泛重视，已广泛的应用于医疗检测、环境监控、生物战剂检测等领域。

随着光纤传感器的应用越来越广泛，一系列关于光纤传感器急需解决的技术问题也显得愈突出。由于玻璃光纤具有纤细、易折、易断、易受外界破坏等特性，使裸光纤的应用受很大的限制，封装技术是决定光纤传感器的稳定性以及能否大规模应用的主要因素之一。

光纤传感器的应用之一是作为检测系统集成至微流控分析芯片中。所谓微流控芯片分析系统，就是将采样、预处理、分离、加试剂、反应和检测等集成在微芯片上进行的一门新技术。其最终目标是要将化学分析的各个环节集成在芯片上，形成具有操作简单、使用方便、便于携带等特点的小型仪器。然而，当前的微流控芯片系统总体上既不够“微”，分析功能也远达不到“全”，主要原因是集成度不够高，而关键问题在于多数检测器的体积过大，不便于集成。

针对于第二种光纤传感器，需要用样品池来承装待测液。目前成型的光纤传感器虽然体积小，但均为手动进样设计的样品池，且样品池为敞口使用，不但无法保证在较长的反应时间内被测溶液的稳定性，也无法与自动化的微流控芯片集成。

可见，要实现微流控芯片全功能的自动化与集成化，首要解决的问题就是如何将微流控芯片与光纤传感探测系统集成，也就是如何设计与封装光纤传感器的进样芯片。

发明内容

本发明为解决现有的光纤传感探测系统与微流控芯片无法实现集成，进而无法实现自动检测，由于现有光纤传感器无法实现封装，存在稳定性差的问题，提供了一种用于光纤传感器的多功能探测芯片及其制作方法与封装方法。

用于光纤传感器的多功能探测芯片，由在硅片上刻蚀多个方形台阶、样品池、固定槽、进液口、连接微通道、第一圆形凹槽、第二圆形凹槽和第三圆形凹槽组成，所述方形台阶固定在样品池内，所述样品池的两端分别与固定槽连接，样品池的一侧设置进液口；样品池的另一侧通过连接微通道与第一圆形凹槽连接；所述第二圆形凹槽通过连接微通道与第三圆形凹槽连接。

用于光纤传感器的多功能探测芯片的制作方法，该方法由以下步骤实现：

步骤一、在表面抛光的硅片上溅射一层铝掩膜；

步骤二、在步骤一所述的铝掩膜上进行涂胶、光刻样品池、固定槽、进液口、连接微通道和圆形凹槽的图形，通过显影后获得样品池、固定槽、进液口、连接微通道和圆形凹槽光刻胶层；

步骤三、采用磷酸腐蚀步骤二中未被光刻胶层保护的铝掩膜；然后去除步骤二获得的样品池、固定槽、进液口、连接微通道和圆形凹槽光刻胶层，获得硅片上带有样品池、固定槽、进液口、连接微通道和圆形凹槽图形的铝掩膜层；

步骤四、在步骤三所述的铝掩模层的表面涂覆光刻胶、光刻方形台阶、样品池、固定槽、进液口、连接微通道和圆形凹槽的图形，然后显影，获得带有方形台阶、样品池、固定槽、进液口、连接微通道和圆形凹槽的光刻胶层；

步骤五、采用步骤四获得的带有图形的光刻胶层作掩模，然后在ICP干法深刻蚀，获得方形台阶；

步骤六、将步骤五去除掩模光刻胶后继续做干法深刻蚀，然后采用步骤三获得的铝掩膜层作掩模，获得样品池、固定槽、进液口、连接微通道和圆形凹槽；

步骤七、用磷酸腐蚀铝掩膜，获得探测芯片。

用于光纤传感器的多功能探测芯片的封装方法，该方法由以下步骤实现：

步骤A、将获所述的PDMS液体浇铸在封装基片模具上，然后将封装基片模具进行加热固化；

步骤B、对步骤A进行加热固化后封装基片模具冷却脱模，获得带有圆形微槽的封装基片，并在封装基片上打孔，作为液体的进液孔；