CN104600149B - 一种光探测植入式传感器及其制作方法及其控制系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种光探测植入式传感器及其制作方法及其控制系统，所述传感器包括：发光器件，所述发光器件用于向人体组织内发射设定强度的探测光线；感光器件，所述感光器件用于获取经过人体组织反射后的探测光线的光强信息；其中，所述发光器件与所述感光器件形成在同一衬底的正面。所述传感器的发光器件与感光器件采用同一衬底制备，提高了传感器的集成度，降低了体积。本申请所述制作方法能够制备所述传感器，制作工艺简单，所述控制系统采用所述传感器，控制方法简单，植入创伤小。

Description

一种光探测植入式传感器及其制作方法及其控制系统
技术领域
本发明涉及医疗器械技术领域，更具体地说，涉及一种光探测植入式传感器及其制作方法及其控制系统。
背景技术
采用由发光器件以及感光器件组成的植入式传感器，可以对多种人体组织特征参数进行测量和采集。由于特定的人体组织对光线的反射以及散射为定值，因此，当发光器件发射设定的探测信号时，可以根据感光器件获取的反射信号的强度对人体多种人体组织特征参数进行测量和采集。
现有的光探测植入式传感器其发光器件与感光器件是独立的半导体器件，需要在不同的衬底上分别形成所述发光器件以及感光器件，制作工艺复杂，成本高。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供一种光探测植入式传感器及其制作方法及其控制系统。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种光探测植入式传感器，所述传感器用于植入人体组织内，所述传感器包括：
发光器件，所述发光器件用于向人体组织内发射设定强度的探测光线；
感光器件，所述感光器件用于获取经过人体组织反射后的探测光线的光强信息；
其中，所述发光器件与所述感光器件形成在同一衬底的正面。
优选的，在上述传感器中，所述衬底为蓝宝石衬底。
优选的，在上述传感器中，所述发光器件为背发光LED，所述背发光LED发射的探测光线穿过所述蓝宝石衬底，通过所述蓝宝石衬底的背面出射；
所述感光器件为PIN型光敏二极管。
优选的，在上述传感器中，还包括：
生物兼容性材料外壳；
其中，所述发光器件与所述感光器件倒装焊互联后采用所述生物兼容性材料外壳进行封装。
优选的，在上述传感器中，所述生物兼容性材料外壳为聚二甲基硅氧烷外壳，或二萘嵌苯外壳，或聚酰亚胺外壳，或聚对二甲苯外壳。
优选的，在上述传感器中，所述传感器包括：
一个发光器件以及多个感光器件；
其中，所述发光器件设置在所述衬底正面的中间，所述感光器件均匀分布在所述发光器件四周。
本发明还提供了一种光探测植入式传感器的制作方法，该制作方法包括：
提供一衬底；
在所述衬底正面形成发光器件以及感光器件。
优选的，在上述制作方法中，所述衬底为蓝宝石衬底，所述衬底为蓝宝石衬底，所述发光器件为背发光LED，所述感光器件为PIN型光敏二极管，所述在所述衬底正面形成发光器件以及感光器件包括：
在所述蓝宝石衬底正面外延一层硅层；
对所述硅层进行刻蚀，形成多个硅岛，所述硅岛均匀分布在所述衬底中心的四周；
在所述硅岛表面形成外包二氧化硅层；
在所述中心位置依次形成所述背发光LED的结核缓冲层、N型半导体层、多量子阱层、P型半导体层以及反射层；
在所述硅岛内形成所述PIN型光敏二极管的PIN结；
形成所述PIN型光敏二极管的引出电极以及所述背发光LED的引出电极。
优选的，在上述制作方法中，还包括：
将所述发光器件以及所述感光器件进行倒装焊互联后采用生物兼容性材料外壳进行封装。
本发明还提供了一种光探测植入式传感器的控制系统，包括：
传感器，所述传感器为上述实施方式所述的光探测植入式传感器；
与所述传感器通信连接的处理器；
其中，所述处理器用于将所述感光器件获取光强信息与预设的标准值比较，根据比较结果判断植入所述传感器的人体组织对所述探测光线的反射是否正常。
本申请提供的光探测植入式传感器包括：发光器件，所述发光器件用于向人体组织内发射设定强度的探测光线；感光器件，所述感光器件用于获取经过人体组织反射后的探测光线的光强信息；其中，所述发光器件与所述感光器件形成在同一衬底的正面。所述传感器的发光器件与感光器件采用同一衬底制备，提高了传感器的集成度，降低了体积。本申请所述制作方法能够制备所述传感器，制作工艺简单，所述控制系统采用所述传感器，控制方法简单，植入创伤小。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1为一种分离结构的光探测植入式传感器封装前的结构示意图；
图2为一种分离结构的光探测植入式传感器封装后的结构示意图；
图3为本申请实施例提供的一种光探测植入式传感器的俯视图；
图4为本申请实施例提供的一种光探测植入式传感器的剖面图；
图5为本申请实施例所述光探测植入式传感器封装后的结构示意图；
图6-图13为本申请实施例提供的一种光探测植入式传感器的制作流程图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
参考图1和图2，图1为一种分离结构的光探测植入式传感器封装前的结构示意图，图2为一种分离结构的光探测植入式传感器封装后的结构示意图，所述分离结构的光探测植入式传感器包括：发光器件A1以及感光器件A2。所述发光器件A1通过粘结剂A5固定在所述感光器件A2的凹槽A3内。所述感光器件A2在所述凹槽A3的周围设置有多个感光单元。所述发光器件A1与所述感光D单元通过焊线A8互联以后，与柔性线路板A6的电极A7连接。所述感光器件A2通过粘结剂固定在所述柔性线路板A6上。电路互联后的所述发光器件A1、感光器件A2以及柔性线路板A6采用生物兼容性材料A4封装。
在上述光探测植入式传感器中，由于所述发光器件A1与所述感光器件A2为独立的半导体器件，二者在制备时需要在不同的衬底上制作，制作工艺复杂，且成本较高。而且在不同衬底上分别制作所述发光器件A1以及感光器件A2，且需要粘结剂粘结固定，两个衬底以及粘结剂的使用导致传感器的集成度低，体积较大。且焊线A8的会遮挡反射发光器件A1发射的探测光信号，影响发光器件A1光的出射效率。
为解决上述问题，本申请实施例提供了一种光探测植入式传感器，参考图3和图4，图3为本申请实施例提供的一种光探测植入式传感器的俯视图，图4为本申请实施例提供的一种光探测植入式传感器的剖面图，所述光探测植入式传感器A包括：发光器件C以及感光器件B。其中，所述发光器件C用于向人体组织内发射设定强度的探测光线；所述感光器件B用于获取经过人体组织反射后的探测光线的光强信息；所述发光器件C与所述感光器件B形成在同一衬底的正面。
所述衬底为蓝宝石衬底22。由于蓝宝石衬底具有较高透光率，所以在本实施例中，所述发光器件C为背发光LED，所述背发光LED发射的探测光线穿过所述蓝宝石衬底，通过所述蓝宝石衬底的背面出射，这样发光器件表面的互联电极以及互联焊线不会影响发光器件C的光出射效率。所述背发光LED包括：P型层26、P型层引出电极12、N型层10、N型层引出电极11以及反射层9。其中，所述P型层26可以为注镁AlGaN，所述N型层10可以为硅掺杂GaN。为了提高所述为背发光LED的发光效率，在所述N型层10与所述蓝宝石衬底22之间设置有结核缓冲层25，所述结核缓冲层25可以为GaN层；在所述P型层26与所述N型层10之间设置有多量子阱层27，所述多量子阱层27为InGaN和GaN多层交替叠加结构；在所述P型层26与所述P型层引出电极12之间设置有GaN层作为所述反射层9。其中，所述反射层9通过反射作用使得光线从蓝宝石衬底22出射，实现背发光。
所述感光器件B为PIN型光敏二极管，所述PIN型光敏二极管制作工艺简单，体积小，便于所述传感器的集成。所述PIN型光敏二极管包括：P型重掺杂区域4、N型轻掺杂区域5以及N型重掺杂区域3。所述P型重掺杂区域4、N型轻掺杂区域5以及N型重掺杂区域3构成PIN结。所述P型重掺杂区域4设置有P引出电极7，所述N型重掺杂区域3设置有N引出电极6，所述N型轻掺杂区域5设置有金属遮光层13。所述N型轻掺杂区域5、P型重掺杂区域4以及N型重掺杂区域3表面覆盖有外包二氧化硅层24，所述P引出电极7通过设置在所述外包二氧化硅层24表面的对应窗口与P型重掺杂区域4连接，所述N引出电极6通过设置在所述外包二氧化硅层24表面的对应窗口与N型重掺杂区域3连接。
将所述发光器件C与所述感光器件B倒装焊互联后采用所述生物兼容性材料外壳60进行封装。具体的，参考图5，图5为本申请实施例所述光探测植入式传感器封装后的结构示意图，在发光器件C以及感光器件B的各引出电极设置导电聚合物凸点40，将各导电聚合物凸点40直接与柔性线路板E焊接，实现倒装焊互联，互联之后，采用生物兼容性材料外壳60进行封装。所述生物兼容性材料可以是PDMS(聚二甲基硅氧烷)，或Perylene(二萘嵌苯)，或polyimide(聚酰亚胺)、或聚对二甲苯等材料，所述材料均具有较好的生物兼容性，且透光性以及防水性较好。
所述传感器A包括：一个发光器件C以及多个感光器件B。其中，所述发光器件设置在所述衬底正面的中间，所述感光器件B均匀分布在所述发光器件A四周。
本申请实施例所述光探测植入式传感器采用倒装焊互联，采用背发光的发光器件，探测光信号的发射与接收均是通过衬底背面透明的衬底能够更加有利于探测信号的发射和接收，而且无需焊线，避免了焊线对光探测信号的遮挡与反射。同时，由于是背发光，也避免了引出电极等金属层对探测光信号的遮挡。相同的功率，发射的光信号更强，便于进行信号的采集与测量。且所述传感器的发光器件以及感光器件采用同一衬底制备，不但降低了制作工艺难度，而且集成度更高，体积更小。
本申请的另一实施例还提供了一种光探测植入式传感器的制作方法，所述制作方法包括：
步骤S11：提供一衬。
本实施例采用具有较高透明度的蓝宝石作为所述衬底。
步骤S12：在所述衬底上形成发光器件以及感光器件。
在同一衬底上形成所述发光器件以及感光器件，提高了集成度，使得体积更小，而且相对度单独制备发光器件与感光器件，降低了制作工艺难度。
在本实施例中，所述发光器件为背发光LED，所述感光器件为PIN型光敏二极管。此时，所述步骤S12包括：
步骤S121：参考图6，在蓝宝石衬底22正面外延一层硅层21。
所述硅层21为N型轻掺杂的硅。
步骤S122：参考图7，对所述硅层21进行刻蚀，形成多个硅岛23，所述硅岛23均匀分布在所述衬底中心的四周。
所述硅岛23用于形成所述感光器件，根据发光器件的设计要求设置所述硅岛23的个数以及位置。
步骤S123：参考图8，在所述硅岛23表面形成外包二氧化硅层24。
可以通过高温氧化工艺对所述硅岛23进行高温氧化，在其表面形成所述外包二氧化硅层24。
步骤S124：参考图9，在所述中心位置依次形成所述背发光LED的结核缓冲层25、N型半导体层10、多量子阱层27、P型半导体层26以及反射层9。
在所述蓝宝石衬底22的中心位置形成所述PIN型光敏二极管的多层结构D，所述多层结构D包括：结核缓冲层25、N型半导体层10、多量子阱层27、P型半导体层26以及反射层9
步骤S125：参考图10，在所述硅岛23内形成所述PIN型光敏二极管的PIN结。
可以在所述外包二氧化硅层24表面设定区域形成离子注入窗口30，通过对设定的离子注入窗口30进行离子注入形成P型重掺杂区域4与N型重掺杂区域3，由于所述硅岛为N型轻掺杂的硅，所以所述P型重掺杂区域4与N型重掺杂区域3之间的区域为N型轻掺杂区域5，从而构成PIN型光敏二极管的PIN结。
步骤S126：参考图11，形成所述PIN型光敏二极管的引出电极以及所述背发光LED的引出电极。
可以通过金属溅射与刻蚀工艺分别形成所述PIN型光敏二极管以及所述背发光LED的引出电极。各引出电极的结构可参见图4，在此不再赘述。
在完成上述过程后，所述制作方法还包括：
步骤S13：将所述发光器件以及所述感光器件进行倒装焊互联后采用生物兼容性材料外壳进行封装。
所述步骤S13包括：
步骤S131：参考图12，在所述PIN型光敏二极管以及所述背发光LED的引出电极表面形成导电聚合物凸点40。
步骤S132：参考图13，将各导电聚合物凸点40直接与柔性线路板E焊接，实现倒装焊互联。
各导电聚合物凸点40通过与柔性线路板E上的设定电路图案的金属电极走线52在设定温度下焊接实现电路互联。
步骤S133：互联之后，采用生物兼容性材料外壳60进行封装。
最终封装完成的传感器结构可以参见图5所示。
本申请实施例所述的制作方法，将光探测植入式传感器的发光器件与感光器件在同一衬底上制备，且采用背发光的光源器件，并采用倒装焊互联，使得探测光信号的发射与接收均是通过高透光性的衬底，提高了光信号的发射与接收效率，相对于发光器件与感光器件均采用独立衬底的制作方法，降低了工艺难度，降低了制作成本。
本申请另一实施例还提供了一种光探测植入式传感器的控制系统，该控制系统包括：传感器，所述传感器上述实施例所述的光探测植入式传感器；与所述传感器通信连接的处理器。所述通信连接可以是有线连接或是无线连接。
其中，所述处理器用于将所述感光器件获取光强信息与预设的标准值比较，根据比较结果判断植入所述传感器的人体组织对所述探测光线的反射是否正常。
所述控制系统可以用于膀胱体积的测量，当所述控制系统用于膀胱体积的测量可以将所述传感器植入膀胱壁内，所述处理器可以植入所述膀胱壁内或是位于人体外部，当所述处理器位于人体外部时，其与所述传感器优选采用无线通信连接。膀胱体积越大，膀胱壁越薄，对探测光信号的反射越小，感光器件接收的光强信息越小，处理器可以将感光器件获取的光强信息与预设标准值比较判断膀胱壁对探测光线的反射情况，进而判断膀胱体积大小。
所述控制系统还可以用于检测肿瘤，人体正常组织对探测光信号的反射率一定，如果存在肿瘤，将会使得感光器件接收的光强信息与预设标准值不一样，从而判定人体组织存在病变。
本申请实施例所述控制系统的用途包括但局限于上述应用，如还可用于学氧含量检测以及血糖含量检测等等。所述控制系统采用上述实施例所述的传感器，控制方法简单，植入创伤小。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (9)

1.一种光探测植入式传感器，其特征在于，所述传感器用于植入人体组织内，所述传感器包括：
发光器件，所述发光器件用于向人体组织内发射设定强度的探测光线；
感光器件，所述感光器件用于获取经过人体组织反射后的探测光线的光强信息；
其中，所述传感器的发光器件以及感光器件采用同一衬底制备，所述发光器件与所述感光器件形成在所述同一衬底的正面；
所述衬底为蓝宝石衬底；
所述发光器件为背发光LED，所述背发光LED发射的探测光线穿过所述蓝宝石衬底，通过所述蓝宝石衬底的背面出射；
并且，所述发光器件与所述感光器件倒装焊互联。
2.根据权利要求1所述的光探测植入式传感器，其特征在于，所述感光器件为PIN型光敏二极管。
3.根据权利要求1所述的光探测植入式传感器，其特征在于，还包括：
生物兼容性材料外壳；
其中，所述发光器件与所述感光器件倒装焊互联后采用所述生物兼容性材料外壳进行封装。
4.根据权利要求3述的光探测植入式传感器，其特征在于，所述生物兼容性材料外壳为聚二甲基硅氧烷外壳，或二萘嵌苯外壳，或聚酰亚胺外壳，或聚对二甲苯外壳。
5.根据权利要求1所述的光探测植入式传感器，其特征在于，所述传感器包括：
一个发光器件以及多个感光器件；
其中，所述发光器件设置在所述衬底正面的中间，所述感光器件均匀分布在所述发光器件四周。
6.一种光探测植入式传感器的制作方法，其特征在于，包括：
提供一衬底；
在所述衬底正面形成发光器件以及感光器件；
其中，所述传感器的发光器件以及感光器件采用同一衬底制备，所述衬底为蓝宝石衬底，所述发光器件为背发光LED，所述背发光LED发射的探测光线穿过所述蓝宝石衬底，通过所述蓝宝石衬底的背面出射；并且，所述发光器件与所述感光器件倒装焊互联。
7.根据权利要求6所述的制作方法，其特征在于，所述感光器件为PIN型光敏二极管，所述在所述衬底正面形成发光器件以及感光器件包括：
在所述蓝宝石衬底正面外延一层硅层；
对所述硅层进行刻蚀，形成多个硅岛，所述硅岛均匀分布在所述衬底中心的四周；
在所述硅岛表面形成外包二氧化硅层；
在所述中心位置依次形成所述背发光LED的结核缓冲层、N型半导体层、多量子阱层、P型半导体层以及反射层；
在所述硅岛内形成所述PIN型光敏二极管的PIN结；
形成所述PIN型光敏二极管的引出电极以及所述背发光LED的引出电极。
8.根据权利要求7所述的制作方法，其特征在于，还包括：
将所述发光器件以及所述感光器件进行倒装焊互联后采用生物兼容性材料外壳进行封装。
9.一种光探测植入式传感器的控制系统，其特征在于，包括：
传感器，所述传感器为权利要求1-5任一项所述的光探测植入式传感器；
与所述传感器通信连接的处理器；
其中，所述处理器用于将所述感光器件获取光强信息与预设的标准值比较，根据比较结果判断植入所述传感器的人体组织对所述探测光线的反射是否正常。
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