[发明专利]一种柔性压力传感器阵列及其制备方法

说明书

本发明涉及一种柔性压力传感器阵列及其制备方法，其中方法包括：在SOI基片上通过光刻及刻蚀对硅电阻进行图形化；生长二氧化硅层；向二氧化硅层下图形化的硅电阻注入硼离子，并在两端位置进行重掺杂以形成欧姆接触区；在每根硅电阻条的欧姆接触区上方打开电极窗口；溅射导电材料，制备接触电极和下层引线；生长聚对二甲苯介质层；在聚对二甲苯介质层上对应第二接触电极的区域制备引线孔；溅射导电材料制备上层引线；在器件上表面旋涂形成第一聚酰亚胺包覆层；在第一聚酰亚胺包覆层上表面暂键合；去除器件下方SOI基片的埋氧层及衬底；旋涂第二聚酰亚胺包覆层；解除上表面暂键合。本发明采用聚酰亚胺以及聚对二甲苯，保证柔性以及生物兼容性。

技术领域

本发明涉及传感器技术领域，尤其涉及一种柔性压力传感器阵列及其制备方法和用于膝关节压力测量的组件。

背景技术

微机电系统(Microelectro Mechanical System，MEMS)压力传感器，通常由硅杯、硅力敏电阻条等组合而成，硅力敏电阻条作为压阻单元，对表面所受压力进行感应测量。测量压力分布的柔性传感器阵列，通常以聚酯类材料作为柔性基底，保证压力传感器的柔韧度，以填充碳黑、石墨或者金属等材料形成的导电聚合物作为压阻单元，对表面所受压力进行感应测量。

然而，对于膝关节假体表面压力测量而言，现有柔性传感器阵列具有以下缺陷：(1)放置于膝关节假体表面的传感器存在生物兼容性问题，无法运用于活体实验；(2)放置于膝关节假体内部进行测量，采用导电聚合物等压阻材料等，会对传感器的迟滞性、可测量程、精确性等产生负面影响；(3)尺寸限制，可放置于膝关节假体上的传感器数目较少，测量点密度较低，难以达到实际需求效果。(4)量程限制，难以满足膝关节假体内部量程在Mpa以上的压力测试需求。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，针对现有柔性压力传感器阵列的至少一部分的缺陷，提供一种柔性压力传感器阵列及其制备方法和用于膝关节压力测量的组件。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种柔性压力传感器阵列的制备方法，包括以下步骤：

在SOI基片上通过光刻及刻蚀对硅电阻进行图形化；

在光刻后的SOI基片上生长二氧化硅层，作为缓冲和保护层；

向二氧化硅层下图形化的硅电阻注入硼离子，并在两端位置进行重掺杂以形成硅电阻条的欧姆接触区；

通过光刻在每根硅电阻条的欧姆接触区上方打开电极窗口；

溅射导电材料，在每根硅电阻条两端的欧姆接触区上制备接触电极，并制备与其中第一接触电极连接的下层引线；

生长聚对二甲苯介质层以覆盖电阻条；

通过光刻和刻蚀在聚对二甲苯介质层上对应第二接触电极的区域制备引线孔；

溅射导电材料，并制备与第二接触电极连接的上层引线；

在器件上表面旋涂聚酰亚胺，依次按温度梯度固化后形成第一聚酰亚胺包覆层；

在第一聚酰亚胺包覆层上通过临时键合胶进行上表面暂键合；

去除器件下方的SOI基片的埋氧层及衬底；

在器件下表面旋涂聚酰亚胺，依次按温度梯度固化后在器件底面形成第二聚酰亚胺包覆层；

解除上表面暂键合，获得柔性压力传感器阵列。

在根据本发明所述的柔性压力传感器阵列的制备方法中，优选地，所述对硅电阻进行图形化后定义了多排硅电阻条，每排硅电阻条的第二接触电极通过平行的上层汇流条引出，每根硅电阻条的延伸方向一致且垂直于所连接的上层汇流条，每排硅电阻条的第一接触电极通过平行的下层汇流条引出，所述下层汇流条的延伸方向平行于所述硅电阻条。