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一种单片阵列式石英晶体微天平传感器及其制作方法

阅读:1024发布:2020-05-29

专利汇可以提供一种单片阵列式石英晶体微天平传感器及其制作方法专利检索,专利查询,专利分析的服务。并且本 发明 公开了一种单片阵列式 石英 晶体微天平 传感器 及其制作方法,在一片石英晶片上呈矩阵式集成若干QCM单元,各QCM单元涂覆与测量相对应的敏感材料形成功能各异的QCM单元,配合低噪声振荡 电路 ,形成各自的 频率 信号 输出,各QCM单元设有退耦间隙用于隔离QCM单元之间的振动耦合,使QCM单元之间振动互不干扰各自独立工作。通过在一片石英 水 晶上集成多单元QCM,这些QCM单元组合成矩阵,拥有各自的振荡电路,构成独立的取向性各异的采集单元,可以同时测量多种气体或化学物质或 生物 细胞等,解决了QCM的功能单一问题,同时也具备成本低,集成度高,功能多样化的优点。,下面是一种单片阵列式石英晶体微天平传感器及其制作方法专利的具体信息内容。

1.一种单片阵列式石英晶体微天平传感器,其特征是:在一片石英晶片上呈矩阵式集成若干QCM单元,各QCM单元涂覆与测量相对应的敏感材料形成功能各异的QCM单元,配合低噪声振荡电路,形成各自的频率信号输出,各QCM单元设有退耦间隙用于隔离QCM单元之间的振动耦合,使QCM单元之间振动互不干扰各自独立工作。
2.根据权利要求1所述的单片阵列式石英晶体微天平传感器,其特征是:退耦间隙为在QCM单元振动区边缘开设的狭缝。
3.根据权利要求2所述的单片阵列式石英晶体微天平传感器,其特征是:所述狭缝对QCM单元振动区形成包围。
4.根据权利要求3所述的单片阵列式石英晶体微天平传感器,其特征是:所述狭缝为两条且呈[]型对称间隔布置。
5.根据权利要求3所述的单片阵列式石英晶体微天平传感器,其特征是:所述狭缝呈U形。
6.根据权利要求2所述的单片阵列式石英晶体微天平传感器,其特征是:所述狭缝的宽度和晶片厚度相同。
7.单片阵列式石英晶体微天平传感器制作方法,其特征是:采用机械加工方法,包括如下步骤:
1)选用AT切晶片,通过粗、中、细三道双面平面研磨至需要的频率;
2)对晶片表面进行化学抛光或物理抛光;
3)制作喷砂夹具;
4)将晶片放入喷砂夹具进入喷砂机,通过喷砂加工各QCM单元,在QCM单元振动区边缘开设狭缝;
5)采用磁控溅射在QCM单元覆金属电极和引线;
6)分别在各QCM单元的电极区涂覆相应被测物质的敏感材料。
8.单片阵列式石英晶体微天平传感器制作方法,其特征是:采用光刻加工方法,包括如下步骤:1)选用AT切晶片,通过粗、中、细三道双面平面研磨至需要的频率;
2)对晶片表面进行物理抛光;
3)制作光刻掩膜板;
4)采用光刻加工狭缝;
5)在晶片的正反两面被镀金属电极;
6)分别在各QCM单元的电极区涂覆相应被测物质的敏感材料。

说明书全文

一种单片阵列式石英晶体微天平传感器及其制作方法

技术领域

[0001] 本发明涉及QCM传感器技术领域,尤其是涉及一种单片阵列式石英晶体微天平传感器及其制作方法。

背景技术

[0002] 石英晶体微天平传感器(QCM),是20世纪60年代建立起来的一种新型传感器测量技术。QCM传感器利用石英振子的频率变化与晶体表面的质量化成比例(质量负荷效应)的原理,相比于其他传感器,可以进行纳克量级的质量检测,具有灵敏度高、选择性好、成本低、装置简单、易于实现现场连续检测等优点,受到了各国科学家的重视,可以应用于环境污染监测传感器、液体污染监测传感器、气体传感器、免疫传感器,DNA生物传感器、癌细胞监测传感器、药物分析等领域。
[0003] 目前国内外的QCM传感器普遍存在着功能单一,成本高。还没有一片可以同时测量不同气体或化学物质的单片式QCM。无法适应QCM传感器智能化、功能多样化、集成化的使用要求。

发明内容

[0004] 本发明针对现有技术的不足,所要解决的技术问题是提供一种单片阵列式石英晶体微天平传感器,通过在一片石英晶上集成多单元QCM,这些QCM单元组合成矩阵,拥有各自的振荡电路,构成独立的取向性各异的采集单元,可以同时测量多种气体或化学物质或生物细胞等,解决了QCM的功能单一问题,同时也具备成本低,集成度高,功能多样化的优点。
[0005] 同时,本发明还提供了单片阵列式石英晶体微天平传感器的制作方法,采用传统的机械加工方法和光刻加工方法。
[0006] 本发明是通过以下技术方案使上述技术问题得以解决。
[0007] 一种单片阵列式石英晶体微天平传感器,在一片石英晶片上呈矩阵式集成若干QCM单元,各QCM单元涂覆与测量相对应的敏感材料形成功能各异的QCM单元,配合低噪声振荡电路,形成各自的频率信号输出,各QCM单元设有退耦间隙用于隔离QCM单元之间的振动耦合,使QCM单元之间振动互不干扰各自独立工作。
[0008] 作为优选,退耦间隙为在QCM单元振动区边缘开设的狭缝。
[0009] 作为优选,所述狭缝对QCM单元振动区形成包围。
[0010] 作为优选,所述狭缝为两条且呈[]型对称间隔布置。
[0011] 作为优选,所述狭缝呈U形。
[0012] 作为优选,所述狭缝的宽度和晶片厚度相同。
[0013] 单片阵列式石英晶体微天平传感器制作方法,采用机械加工方法,包括如下步骤:
[0014] 1)选用AT切晶片,通过粗、中、细三道双面平面研磨至需要的频率;
[0015] 2)对晶片表面进行化学抛光或物理抛光;
[0016] 3)制作喷砂夹具;
[0017] 4)将晶片放入喷砂夹具进入喷砂机,通过喷砂加工各QCM单元,在QCM单元振动区边缘开设狭缝;
[0018] 5)采用磁控溅射在QCM单元覆金属电极和引线;
[0019] 6)分别在各QCM单元的电极区涂覆相应被测物质的敏感材料。
[0020] 单片阵列式石英晶体微天平传感器制作方法,采用光刻加工方法,包括如下步骤:
[0021] 1)选用AT切晶片,通过粗、中、细三道双面平面研磨至需要的频率;
[0022] 2)对晶片表面进行物理抛光;
[0023] 3)制作光刻掩膜板;
[0024] 4)采用光刻加工狭缝;
[0025] 5)在晶片的正反两面被镀金属电极;
[0026] 6)分别在各QCM单元的电极区涂覆相应被测物质的敏感材料。
[0027] 总而言之,本发明的单片阵列式石英晶体微天平传感器达到了在一片石英晶片上同时测量不同的气体或化学物质等功能,实现了QCM的多功能和高集成度,可更大限度满足使用要求,制作工艺技术成熟可靠,成本低,与现有技术比较具有明显优势和市场竞争。本发明的单片阵列式石英晶体微天平传感器可广泛使用在环境污染监测、液体污染监测、气体检测分析、免疫细胞检测,DNA检测、癌细胞检测、药物分析等领域。
附图说明
[0028] 结合以下附图旨在便于描述较佳实施例,并不构成对本发明保护范围的限制。
[0029] 图1是本发明的一个实施例的结构示意图;
[0030] 图2是图1中上电极和引线的结构示意图;
[0031] 图3是图1中下电极和引线的结构示意图。
[0032] 图中:1-晶片,2-QCM单元,3-退耦间隙,4-狭缝,5-下电极和引线,6-上电极和引线,7-敏感层。

具体实施方式

[0033] 为了方便理解本发明,下面结合附图中给出的本发明的较佳的实施例对本发明进行详细的描述。
[0034] 如图1所示的本发明的单片阵列式石英晶体微天平传感器的一个实施例,在一片石英晶片1上呈矩阵式集成若干QCM单元2,图中所示共两排12个QCM单元组合成矩阵。各QCM单元涂覆与测量相对应的敏感材料形成功能各异的QCM单元,作为独立的取向性各异的QCM单元,拥有各自的振荡电路,配合低噪声振荡电路,形成各自的频率信号输出,可以同时测量多种气体或化学物质或生物细胞等,实现高集成度、多功能化。为了有效的防止耦合干扰,各QCM单元设有退耦间隙3用于隔离QCM单元之间的振动耦合,使QCM单元之间振动互不干扰各自独立工作。
[0035] 退耦间隙可以为狭缝4,所述狭缝的宽度可以和晶片厚度相同,狭缝的宽度太小了不方便加工,大了浪费材料。采用狭缝进行隔离QCM单元之间振动耦合的构造及加工方法,不限于狭缝的具体尺寸和形状,也不限于加工狭缝的工艺方法。可采用在QCM单元振动区边缘开设狭缝,如图1中所示的狭缝的一种实施方式,所述狭缝对QCM单元振动区形成包围,所述狭缝为两条且呈[]型对称间隔布置,QCM单元的敏感层7被包围在两条狭缝内,图2和图3中示出了QCM单元的上电极和引线6、下电极和引线5,并且,上下电极在间隙处连接。
[0036] 作为狭缝的另一种实施方式,所述狭缝呈U形,电极可以从U形开口端引出。
[0037] 本发明的单片阵列式石英晶体微天平传感器制作方法,采用机械加工方法,包括如下步骤:
[0038] 1)选用AT切晶片,通过粗、中、细三道双面平面研磨至需要的频率;
[0039] 2)对晶片表面进行化学抛光或物理抛光;
[0040] 3)制作喷砂夹具;
[0041] 4)将晶片放入喷砂夹具进入喷砂机,通过喷砂加工各QCM单元,在QCM单元振动区边缘开设狭缝;
[0042] 5)采用磁控溅射在QCM单元镀覆金属电极和引线;
[0043] 6)分别在各QCM单元的电极区涂覆相应被测物质的敏感材料。
[0044] 本发明的单片阵列式石英晶体微天平传感器制作方法,采用光刻加工方法,包括如下步骤:1)选用AT切晶片,通过粗、中、细三道双面平面研磨至需要的频率;
[0045] 2)对晶片表面进行物理抛光;
[0046] 3)制作光刻掩膜板;
[0047] 4)采用光刻加工狭缝;
[0048] 5)在晶片的正反两面被镀金属电极;
[0049] 6)分别在各QCM单元的电极区涂覆相应被测物质的敏感材料。
[0050] 本发明所使用的若干技术术语仅仅是为了便于描述,并不构成对本发明的限制,本发明不局限于以上所述的较佳的实施方式,基于本技术领域的技术人员所能够获知的公知技术或者采用现有技术中所能够等效替换的各种变形及更改的实施方式,凡是基于本发明的精神或者技术构思,均应包含在本发明的保护范围之内。
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