CN101527552A - 一种乐甫波传感器的封装结构 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种乐甫波传感器的封装结构，包括乐甫波传感器，该乐甫波传感器的输入叉指换能器和输出叉指换能器位于敏感膜的左、右两侧，其特征在于：还包括有微流体芯片，该微流体芯片对应地键合在乐甫波传感器上；所述的微流体芯片与乐甫波传感器的接触面上设置有凹槽，以和乐甫波传感器键合后形成互不连通的输入叉指换能器空腔、输出叉指换能器空腔和敏感膜空腔；所述的微流体芯片与乐甫波传感器的接触部分的表面上、位于敏感膜的上、下两侧还设置有若干微通道，所述微通道的一端连通敏感膜空腔，另一端连通微流体芯片上设置的用于待测物进、出入的通孔。本发明能有效提高传感器的重复性、准确性和可靠性。
Description
技术领域
本发明涉及一种乐甫型声波(简称乐甫波)传感器的领域，特别是涉及一种乐甫型声波传感器的封装结构。
背景技术
乐甫波是声波的一种，是压电基片表面的薄层声波导中传播的表面剪切横波。乐甫波的质点振动方向平行于基本表面，所以当基片表面与液体负载接触时，与负载之间的耦合非常小。又由于薄层声波导将乐甫波能量束缚在表面，所以乐甫波对表面干扰非常灵敏。再加上器件制作工艺不复杂，重量轻、价格便宜等优点受到广泛关注。
已有的乐甫波传感器封装结构，如Biosensors and Bioelectronics 18(2003)755-763、Biosensors and Bioelectronics 19(2004)849-859、Sensors and Actuators B 91(2003)275-284三篇文献中所述的，都是用机械力的方式将特富龙或者橡胶垫圈做成的单元压在传感器上以提供被测物与传感器敏感膜接触反应的空间，并且机械力必须足够大以防止加载被测物后产生渗漏。在这类结构当中，与叉指换能器区域重叠的机械力或者测量时加载的被测物都会对叉指换能器的性能产生很大的影响，如：改变电容，增加插耗。
随着微流体芯片技术的发展，微流体芯片的研制得到了越来越多的关注和发展。微流体芯片最初起源于分析化学领域，是一种采用微管道网络结构及其他功能单元，以实现集微量样品制备、进样、反应、分离及检测于一体的快速、高效、低耗的微型分析实验装置。目前微流体芯片的研究工作主要集中在基因测序、免疫分析、单细胞分析、药物分析、蛋白质分析和生化武器及爆炸物检测等方面。和上述的特富龙或者橡胶单元相比，微流体芯片更易于控制被测物的进样、反应和分离。
现有技术中，作为决定乐甫波传感器的性能关键因素之一的叉指换能器性能稳定性问题，是需要解决的关键问题。常规的乐甫波传感器结构难以保护叉指换能器性能不受待测物影响，导致插入损耗增大，并且这种结构不利于控制待测物的进样、反应、和分离，导致整个传感器的重复性、准确性和可靠性下降。
发明内容
本发明的目的在于，克服现有技术的缺陷，从传感器的结构方面改善传感器性能：采用微流体芯片对乐甫波传感器进行封装，从而提供一种乐甫波传感器的封装结构。
本发明的目的是这样实现的：
本发明提供的乐甫型声波(简称乐甫波)传感器的封装结构，该结构包括乐甫波传感器，该乐甫波传感器从上至下包括：敏感膜3、波导层4、压电基片5，该压电基片5两端分别沉积有输入叉指换能器10、输出叉指换能器11，所述输入叉指换能器10和输出叉指换能器11位于敏感膜3的左、右两侧，其特征在于：还包括有微流体芯片12，该微流体芯片12对应地键合在乐甫波传感器上；
所述的微流体芯片12与乐甫波传感器的接触面上，对应于输入叉指换能器10、输出叉指换能器11、传感器敏感膜3的区域的部分设置有凹槽，以和乐甫波传感器键合后形成互不连通的输入叉指换能器空腔6、输出叉指换能器空腔7和敏感膜空腔8；
所述的微流体芯片12与乐甫波传感器的接触部分的表面上、位于敏感膜3的上、下两侧还设置有若干微通道2，所述微通道2的一端连通敏感膜空腔8，另一端连通微流体芯片12上设置的用于待测物进、出入的通孔1。
作为本发明的一种改进，所述的微流体芯片12可采用刚性材料，由刚性有机聚合物材料和弹性材料制成，常用的有单晶硅、石英、玻璃、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)和聚二甲基硅氧烷(PDMS)。
作为本发明的一种改进，所述输入叉指换能器10和输出叉指换能器11被波导层4覆盖或被暴露在波导层4之外。
作为本发明的另一种改进，所述的乐甫波传感器的敏感膜3铺设在空腔8的底部。
作为本发明的又一种改进，所述的微通道2采用分岔式结构，其连通通孔1的一端为一支微通道，微通道2连通敏感膜空腔8的另一端为均匀分布的多支微通道。以在敏感膜上均匀注入待测物。
作为本发明的再一种改进，所述的通孔1为两个或两个以上，分布于敏感膜3的上、下两侧。
本发明的优点在于：本发明将微流体芯片键合在乐甫波传感器上，完成对乐甫波传感器的封装，所述的微流体芯片中的空腔6、7和8分别在叉指换能器10和11及传感器敏感膜3区域上方，在空载和负载时互不连通，所述的微流体芯片中通孔1与微通道2连通，微通道2与空腔8连通。
采用微流体芯片对乐甫波传感器进行封装，微流体芯片的结构在叉指换能器的上方留空，能有效保护乐甫波传感器的输入输出叉指换能器在工作时不受待测物影响，并且可精确控制待测物的进样、反应、分离，节约待测物的用量。相比现有技术，本发明的乐甫波传感器的封装结构，可以降低传感器的损耗，精确控制待测物的进样、反应、分离和用量，提高传感器的重复性、准确性和可靠性。
附图说明
图1是本发明的乐甫波传感器的封装结构的示意图；
图2是本发明的乐甫波传感器的封装结构的俯视图；
图3是本发明的乐甫波传感器的封装结构的实施例的剖视图；
图4是本发明乐甫波传感器的封装结构的一实施例的结构主视图；
图5是本发明上述实施例中的叉指换能器的结构示意图。
附图标识：
1、通孔 2、微通道 3、敏感膜
4、波导层 5、基片 6、输入叉指换能器空腔
7、输出叉指换能器空腔 8、敏感膜空腔
10、输入叉指换能器 11、输出叉指换能器 12、微流体芯片
具体实施方式
根据本发明的技术方案具体制作该结构，参见图1～3，由乐甫波传感器与微流体芯片两部分组成。
乐甫波传感器结构，如图3所示，包括：压电基片5，覆盖波导层4、敏感膜3、输入叉指换能器10和输出叉指换能器11。本实施例中，乐甫波传感器压电基片采用St切割90度石英材料，厚度为0.5mm；输入、输出叉指换能器10、11均采用分裂指结构，如图5所示，其周期λ均为40微米，周期数为60，指条材料为铝，指条厚度为1500埃，指条宽度a和指间距b都为八分之一波长；孔径为2毫米；换能器中心频率f0＝124MHz；波导层4采用二氧化硅材料，厚度为2μm；敏感膜3材料为金，厚度为50nm。
微流体芯片12包括：与外部注射泵相连的通孔1和微通道2，输入、输出叉指换能器和敏感膜区域上方的空腔6、7和8。本实施例中，微流体芯片材料为聚二甲基硅氧烷(PDMS)，整体大小为长12mm×宽18mm×高6mm，空腔6和7底面积为长2.8mm×宽3mm，高为25μm，空腔8底面积为长4.2mm×宽3mm，高为25um。注射泵采用了常用的手动注射器，通孔直径为500μm，微通道采用分岔式结构，如图4所示，每条通道宽度200μm，高度为25μm。微流体芯片采用等离子体键合的方式键合乐甫波传感器上。
工作时通过手动注射器将待测物通过通孔1和微通道2注入到敏感膜区域的空腔8中，待注满及充分反应后，记录加载待测物对乐甫波的影响，完成对待测物的测量。
Claims (6)
1、一种乐甫波传感器的封装结构，该结构包括乐甫波传感器，该乐甫波传感器从上至下包括：敏感膜(3)、波导层(4)、压电基片(5)，该压电基片(5)两端分别沉积有输入叉指换能器(10)、输出叉指换能器(11)，所述输入叉指换能器(10)和输出叉指换能器(11)位于敏感膜(3)的左、右两侧，其特征在于：还包括有微流体芯片(12)，该微流体芯片(12)对应地键合在乐甫波传感器上；
所述的微流体芯片(12)与乐甫波传感器的接触面上，对应于输入叉指换能器(10)、输出叉指换能器(11)、传感器敏感膜(3)的区域的部分设置有凹槽，以和乐甫波传感器键合后形成互不连通的输入叉指换能器空腔(6)、输出叉指换能器空腔(7)和敏感膜空腔(8)；
所述的微流体芯片(12)与乐甫波传感器的接触部分的表面上、位于敏感膜(3)的上、下两侧还设置有若干微通道(2)，该微通道(2)的一端连通敏感膜空腔(8)，另一端连通微流体芯片(12)上设置的用于待测物进、出入的通孔(1)。
2、根据权利要求1所述的乐甫波传感器的封装结构，其特征在于：所述的微流体芯片(12)可采用刚性材料，由刚性有机聚合物材料和弹性材料制成；所述微流体芯片的材料可以采单晶硅、石英、玻璃、聚甲基丙烯酸甲酯和聚二甲基硅氧烷。
3、根据权利要求1所述的乐甫波传感器的封装结构，其特征在于：所述输入叉指换能器(10)和输出叉指换能器(11)被波导层(4)覆盖或被暴露在波导层(4)之外。
4、根据权利要求1所述的乐甫波传感器的封装结构，其特征在于：所述的乐甫波传感器的敏感膜(3)铺设在空腔(8)的底部。
5、根据权利要求1所述的乐甫波传感器的封装结构，其特征在于：所述的微通道(2)采用分岔式结构，其连通通孔(1)的一端为一支微通道，微通道(2)连通敏感膜空腔(8)的另一端为均匀分布的多支微通道。
6、根据权利要求1所述的乐甫波传感器的封装结构，其特征在于：所述的通孔(1)为两个或两个以上，分布于敏感膜(3)的上、下两侧。
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