一種用于牙齦血流監(jiān)測的反射式光電傳感器及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種種用于牙齦血流監(jiān)測的反射式光電傳感器以及該反射式光電傳感器的制備方法。本發(fā)明通過改變發(fā)光二極管與光電接收芯片的排布，使得光電接收面積增大，從而將反射方式采集的信號(hào)在測量精度、抗干擾、穩(wěn)定性等方面性能提高。本發(fā)明還通過涂抹二氧化硅和氮化硅能夠避免由于傳感器漏電問題導(dǎo)致使用者受到傷害。采用環(huán)形電極，可以根據(jù)印制電路板電極引出位置選擇相應(yīng)的正電極和負(fù)電極的引出位置，避免了以往僅僅設(shè)定幾個(gè)點(diǎn)的正電極和負(fù)電極帶來的布局局限性。
【專利說明】一種用于牙齦血流監(jiān)測的反射式光電傳感器及其制備方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及反射式光電傳感器，具體涉及一種用于牙齦血流監(jiān)測的反射式光電傳感器以及該反射式光電傳感器的制備方法。

【背景技術(shù)】
[0002]由于腫瘤切除、外傷或長期缺牙造成的口腔牙列及軟組織缺損的病例一直處于上升趨勢。由于各種原因造成的軟組織量不足時(shí)，為了恢復(fù)軟組織外形、保證種植體周圍組織健康及美學(xué)效果，常常需要游離軟組織移植物。因此需要對口腔軟組織術(shù)后牙齦血流狀態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)測，準(zhǔn)確及時(shí)掌握游離軟組織移植物的生長情況，進(jìn)而采取相應(yīng)醫(yī)療手段。
[0003]然而，由于牙齦組織血流觀察方法十分有限。目前所采用的無創(chuàng)觀察活體組織血流狀況的方法有:激光多普勒成像術(shù)、激光掃描共聚焦顯微鏡技術(shù)、光學(xué)相干體層攝影術(shù)、正焦偏振光譜成像技術(shù)等。但這些技術(shù)均適用于較厚的透明組織，且體積龐大，不適用于牙齦這類較薄且為半透明的組織，而且由于口腔的限制，需采用體積較小的傳感器，以便于放置于口腔內(nèi)部。
[0004]目前，本 申請人:提出了用于牙齦監(jiān)測的一種基于光電容積脈搏波描記技術(shù)，通常情況下，光電容積脈搏波描記技術(shù)中的光電傳感器的排布方式有兩種，分別是反射式和透射式。然而，由于透射式光電傳感器的光電信號(hào)直接進(jìn)入人體組織內(nèi)部，反射回來的光電信號(hào)量極少，光電接收部分沒辦法感測，故主要用于指甲式、耳夾式血氧探頭，用來實(shí)時(shí)測量人體血氧和脈率指標(biāo)。而對于牙齦這類皮下組織厚度小，同時(shí)薄薄的皮下組織下面就是骨骼，骨骼可以將光電信號(hào)反射回來的情況下，通常會(huì)選用反射式光電傳感器。
[0005]目前市面上有許多反射式光電傳感器，如:韓國APMKorea公司生產(chǎn)的DCM02，DCM03，DCM05系列；日本無線株式會(huì)社開發(fā)了反射式光電傳感器NJL5501R，NJL5303R ;這類傳感器不僅有如上所說的體積大，不適用于較薄的半透明組織的缺陷，而且這類反射式光電傳感器的排布方式一般如圖1所不，發(fā)射部分和接收部分分開排布，但是這種排布方式會(huì)導(dǎo)致光電接收管的接收面積小，進(jìn)而導(dǎo)致反射方式采集的光電容積脈搏波描記信號(hào)在測量精度、抗干擾、穩(wěn)定性等方面性能不夠。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]有鑒于此，本發(fā)明提供了一種用于牙齦血流監(jiān)測的反射式光電傳感器以及該反射式光電傳感器的制備方法，能夠有效地增大接收管的接收面積，從而提高測量精度、抗干擾、穩(wěn)定性等方面性能。
[0007]—種用于牙齦血流監(jiān)測的反射式光電傳感器，包括發(fā)光二極管、光電接收芯片和印制電路板；其中，光電接收芯片中心開設(shè)窗口 ；光電接收芯片焊接在印制電路板上，發(fā)光二極管置于光電接收芯片中心開設(shè)的窗口處且焊接在電路板上；
[0008]優(yōu)選地，所述發(fā)光二極管個(gè)數(shù)為兩個(gè)，分別發(fā)射紅光和紅外光。
[0009]優(yōu)選地，所述光電接收芯片為光電接收二極管芯片或光電接收三極管芯片。
[0010]優(yōu)選地，所述光電接收芯片的外形采用圓形或橢圓形。
[0011]特別地，所述反射式光電傳感器采用三段式封裝方式，即:四周采用塑料或陶瓷材料封裝，光電接收芯片的一面采用透明材料封裝，印制電路板的一面采用對人體無害、能快速凝固的醫(yī)用凝膠。
[0012]特別地，所述光電接收二極管芯片包括硅片，硅片上表面依次連接硼離子層、第一二氧化娃層和氮化娃層，氮化娃層作為光電接收二極管芯片的接收面；娃片下表面嵌有電極并覆蓋第二二氧化硅層，第二二氧化硅層上具有鏤空孔，鏤空孔位置與電極位置對應(yīng)，鏤空孔處連接金電極。
[0013]特別地，所述電極包括磷離子形成的正電極和硼離子形成的負(fù)電極；正電極和負(fù)電極的圖形均為環(huán)形，且內(nèi)外嵌套、交替排列。
[0014]一種用于牙齦血流監(jiān)測的反射式光電傳感器的制備方法，反射式光電傳感器包括發(fā)光二極管、光電接收二極管芯片和印制電路板；其制備工藝具體步驟為:
[0015]步驟一、采用離子注入工藝在硅片下表面注入電極元素，形成電極；在硅片上表面涂抹一層硼離子；
[0016]步驟二、采用硅熱氧化工藝，在涂有硼離子的硅片上表面形成一層二氧化硅薄膜，稱為第一二氧化硅薄膜，在硅片下表面形成一層二氧化硅薄膜，稱為第二二氧化硅薄膜；采用LPVCD工藝,在第一二氧化娃薄膜上表面沉積一層氮化娃薄膜,作為光電接收二極管芯片的接收面；
[0017]步驟三、在第二二氧化硅薄膜的下表面蒸發(fā)一層鋁作為犧牲層，并采用光刻工藝，使用反應(yīng)離子刻蝕機(jī)形成電極處將第二二氧化硅薄膜刻蝕出鏤空孔；采用lift - off和蒸金工藝，從刻蝕出的鏤空孔處弓丨出金電極，從而形成光電接收二極管芯片；
[0018]步驟四、采用深刻蝕工藝，將制作好的光電接收二極管芯片中心刻蝕出窗口 ；
[0019]步驟五、將光電接收二極管芯片通過引出的金電極焊接在印制電路板上，將發(fā)光二極管置于光電接收二極管芯片中心開設(shè)的窗口內(nèi)部，并焊接在印制電路板上。
[0020]特別地，所述在硅片下表面注入電極元素為:注入磷離子用于形成正電極，并注入硼離子用于形成負(fù)電極。
[0021]特別地，所述正電極和負(fù)電極的圖形均為環(huán)形，且內(nèi)外嵌套、交替排列。
[0022]有益效果:
[0023]1、本發(fā)明通過改變發(fā)光二極管與光電接收芯片的排布，即:通過將光電芯片中心開設(shè)窗口，發(fā)光二極管置于光電接收芯片中心開設(shè)的窗口的形式，使得光電接收面積增大，從而將反射方式采集的信號(hào)在測量精度、抗干擾、穩(wěn)定性等方面性能提高。
[0024]2、本發(fā)明通過涂抹二氧化硅和氮化硅能夠?qū)⒊t外光、綠光和紅光以外的如白光濾除，故適用于較薄的半透明組織；且二氧化硅和氮化硅具有良好的絕緣性，可避免由于傳感器漏電問題導(dǎo)致使用者受到傷害。
[0025]3、傳統(tǒng)光電接收芯片的外形采用長方形設(shè)計(jì)，但由于長方形自身具有棱角，如果放置于口腔中則會(huì)對牙齦造成損害。本發(fā)明采用圓形或橢圓形設(shè)計(jì)，這樣則避免由于棱角對牙銀的損害。
[0026]4、本發(fā)明中采用環(huán)形電極，即:正電極和負(fù)電極的圖形均為環(huán)形，且內(nèi)外嵌套，交替排列。這種排布方式能夠在選擇電極引出位置時(shí)有更強(qiáng)的靈活性，正電極和負(fù)電極成圈出現(xiàn)，可以根據(jù)印制電路板電極引出位置選擇相應(yīng)的正電極和負(fù)電極的引出位置，避免了以往僅僅設(shè)定幾個(gè)點(diǎn)的正電極和負(fù)電極帶來的布局局限性。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0027]圖1為現(xiàn)有技術(shù)中光電傳感器的排布方式示意圖。
[0028]圖2為本發(fā)明牙齦血流監(jiān)測反射式光電傳感器示意圖。
[0029]圖3為本發(fā)明光電接收二極管芯片的工藝流程圖。
[0030]圖4為本發(fā)明光電接收二極管芯片的下表面電極的排布方式與金電極布局示意圖(去除第二二氧化硅層)。
[0031]其中，1-發(fā)光二極管，2-光電接收芯片，3-印制電路板。

【具體實(shí)施方式】
[0032]下面結(jié)合附圖并舉實(shí)施例，對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)描述。
[0033]如圖1所示，本發(fā)明提供了一種用于牙齦血流監(jiān)測的反射式光電傳感器，包括發(fā)光二極管、光電接收芯片和印制電路板。其中，光電接收芯片中心開設(shè)窗口 ；光電接收芯片焊接在印制電路板上，發(fā)光二極管置于光電接收芯片中心開設(shè)的窗口處且焊接在電路板上。
[0034]可見，本發(fā)明通過改變發(fā)光二極管與光電接收芯片的排布，即:通過將光電芯片中心開設(shè)窗口，發(fā)光二極管置于光電接收芯片中心開設(shè)的窗口的形式，使得光電接收面積增大，從而將反射方式采集的信號(hào)在測量精度、抗干擾、穩(wěn)定性等方面性能提高。
[0035]光電接收芯片可以是圓形、橢圓形、長方形、正方形等形狀中的一種。由于本實(shí)施例以牙齦組織為例，為適用于牙齦組織，避免制作出的所述反射式光電傳感器的棱角對牙齦的損害，本實(shí)施例采用橢圓形光電接收芯片。
[0036]為防止唾液噴濺在傳感器內(nèi)，反射式光電傳感器采用三段式封裝方式，即四周采用塑料或陶瓷等材料封裝，光電接收芯片的一面采用透明材料封裝，印制電路板的一面采用對人體無害、能快速凝固的醫(yī)用凝膠。
[0037]其中，所述發(fā)光二極管采用可發(fā)出紅光的二極管和可發(fā)出紅外光的二極管組合使用，通過細(xì)胞反射能力的對比能夠很好的測量出血流參數(shù)。而綠光的反射效果相對于紅光和紅外光更強(qiáng)，因此也可以單獨(dú)采用發(fā)射綠光的發(fā)光二極管。為了得到更加精確的測量結(jié)果，所述每種發(fā)光二極管個(gè)數(shù)可以為兩個(gè)或兩個(gè)以上，但是考慮到該傳感器是用于牙齦部位的血流監(jiān)測，要求體積要盡可能的小，且牙齦下部就是骨骼，自身反射性能就很好，所以一般來說，對用于牙齦血流監(jiān)測的傳感器來說，采用紅光和紅外光共兩個(gè)發(fā)光二極管足以。
[0038]當(dāng)信號(hào)響應(yīng)較小且要求精準(zhǔn)度時(shí)，光電接收芯片可采用光電接收三極管芯片。但在通常情況下采用光電接收二極管芯片即可滿足要求。本發(fā)明進(jìn)一步提供了一種用于反射式光電傳感器的光電接收二極管芯片。該芯片中具有二氧化硅層和氮化硅層，能夠?qū)⒊t外光、綠光和紅光以外的如白光濾除，故適用于較薄的半透明組織；且二氧化硅和氮化硅具有良好的絕緣性，可避免由于傳感器漏電問題導(dǎo)致使用者受到傷害。利用它能夠在人體正?；顒?dòng)時(shí)采用紅外光譜技術(shù)對組織血流形態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測。
[0039]結(jié)合圖2的“步驟四”所示，該光電接收二極管芯片包括硅片，硅片上表面依次連接硼離子層、第一二氧化硅層和氮化硅層，氮化硅層作為光電接收二極管芯片的接收面；硅片下表面嵌有電極并覆蓋第二二氧化硅層，第二二氧化硅層上具有鏤空孔，鏤空孔位置與電極位置對應(yīng)，鏤空孔處連接金電極。
[0040]其中，電極包括磷離子形成的正電極和硼離子形成的負(fù)電極。如圖4所示，本實(shí)施例中正電極和負(fù)電極的圖形均為環(huán)形，且內(nèi)外嵌套、交替排列。這種排布方式能夠根據(jù)印制電路板電極引出位置選擇相應(yīng)的正電極和負(fù)電極的位置，避免了以往局限式分布正電極和負(fù)電極的情況。
[0041]如圖3所示，采用上述光電接收二極管芯片的反射式光電傳感器的制備方法包括:
[0042]步驟一、采用離子注入工藝，形成電極。即:按圖4所示，利用離子注入設(shè)備，將磷離子和硼離子分別注入硅片下表面，其中，由磷離子形成的正電極、由硼離子形成的負(fù)電極在注入后的圖形均為環(huán)形，且內(nèi)外嵌套，交替排列。
[0043]步驟二、由于二氧化硅和氮化硅具有良好的濾光性，可將除紅外光、綠光和紅光以外的如白光濾除；且二氧化硅和氮化硅具有良好的絕緣性，可避免由于傳感器漏電問題導(dǎo)致使用者受到傷害；故采用硅熱氧化工藝，即:將硅與如水蒸汽、氧氣這類含氧化物的氣體在900攝氏度至1200攝氏度的條件下在硅片上表面形成一層二氧化硅薄膜，稱為第一二氧化硅薄命，在硅片下表面形成一層二氧化硅薄膜，稱為第二二氧化硅薄膜；采用低壓化學(xué)沉積工藝(LPVCD Low Pressure Chemical Vapor Deposit1n),即:首先對反應(yīng)室抽真空，注入N2，將硅片與氮?dú)庠?7Pa至270Pa的反應(yīng)力下進(jìn)行化學(xué)氣相沉淀，在第一二氧化硅薄膜上表面沉積一層氮化硅薄膜，作為光電接收二極管芯片的接收面。
[0044]步驟三、在第二二氧化硅薄膜的下表面蒸發(fā)一層鋁作為犧牲層，并采用光刻工藝，使用反應(yīng)離子刻蝕機(jī)(RIE Reactive 1n Etching),對RIE中的兩平板電極間施加1MHz至10MHz的高頻電壓，此時(shí)，會(huì)產(chǎn)生數(shù)百微米厚的離子層，將制作的帶有二氧化硅和氮化娃的娃片試樣放入其中，由于二氧化娃表面具有一層招犧牲層，故當(dāng)離子高速撞擊娃片試樣時(shí)則完成化學(xué)反應(yīng)蝕刻，進(jìn)而將第二二氧化硅薄膜刻蝕出鏤空孔，以便引出金電極。采用金屬剝離法(lift - off)和蒸金工藝，將硅片涂膠后曝光顯影，使產(chǎn)生一個(gè)稍微內(nèi)傾的光刻膠剖面，通過蒸發(fā)器將注入硼離子和磷離子從刻蝕出的鏤空孔出引出金電極，從而形成光電接收二極管芯片。
[0045]步驟四、采用深刻蝕工藝，將制作好的光電接收二極管芯片按發(fā)光二極管的大小刻蝕出窗口，以便放置兩個(gè)發(fā)光二極管。
[0046]步驟五、將光電接收二極管芯片通過引出的金電極焊接在印制電路板上，將兩個(gè)發(fā)光二極管置于光電接收二極管芯片中心開設(shè)的窗口內(nèi)部，并焊接在印制電路板上。
[0047]目前國內(nèi)尚未出現(xiàn)此類用于牙齦血流監(jiān)測的反射式光電傳感器。
[0048]綜上所述，以上僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并非用于限定本發(fā)明的保護(hù)范圍。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種用于牙齦血流監(jiān)測的反射式光電傳感器，其特征在于，包括發(fā)光二極管、光電接收芯片和印制電路板；其中，光電接收芯片中心開設(shè)窗口 ；光電接收芯片焊接在印制電路板上，發(fā)光二極管置于光電接收芯片中心開設(shè)的窗口處且焊接在電路板上。
2.如權(quán)利要求1所述的反射式光電傳感器，其特征在于，所述發(fā)光二極管個(gè)數(shù)為兩個(gè)，分別發(fā)射紅光和紅外光。
3.如權(quán)利要求1所述的反射式光電傳感器，其特征在于，所述光電接收芯片為光電接收二極管芯片或光電接收三極管芯片。
4.如權(quán)利要求1所述的反射式光電傳感器，其特征在于，所述光電接收芯片的外形采用圓形或橢圓形。
5.如權(quán)利要求1所述的反射式光電傳感器，其特征在于，所述反射式光電傳感器采用三段式封裝方式，即:四周采用塑料或陶瓷材料封裝，光電接收芯片的一面采用透明材料封裝，印制電路板的一面采用對人體無害、能快速凝固的醫(yī)用凝膠。
6.如權(quán)利要求3所述的反射式光電傳感器，其特征在于，所述光電接收二極管芯片包括硅片，硅片上表面依次連接硼離子層、第一二氧化硅層和氮化硅層，氮化硅層作為光電接收二極管芯片的接收面；硅片下表面嵌有電極并覆蓋第二二氧化硅層，第二二氧化硅層上具有鏤空孔，鏤空孔位置與電極位置對應(yīng)，鏤空孔處連接金電極。
7.如權(quán)利要求6所述的反射式光電傳感器，其特征在于，所述電極包括磷離子形成的正電極和硼離子形成的負(fù)電極；正電極和負(fù)電極的圖形均為環(huán)形，且內(nèi)外嵌套、交替排列。
8.一種用于牙齦血流監(jiān)測的反射式光電傳感器的制備方法，其特征在于，反射式光電傳感器包括發(fā)光二極管、光電接收二極管芯片和印制電路板；其制備工藝具體步驟為: 步驟一、采用離子注入工藝在硅片下表面注入電極元素，形成電極；在硅片上表面涂抹一層硼離子； 步驟二、采用硅熱氧化工藝，在涂有硼離子的硅片上表面形成一層二氧化硅薄膜，稱為第一二氧化硅薄膜，在硅片下表面形成一層二氧化硅薄膜，稱為第二二氧化硅薄膜；采用LPVCD工藝，在第一二氧化硅薄膜上表面沉積一層氮化硅薄膜，作為光電接收二極管芯片的接收面； 步驟三、在第二二氧化硅薄膜的下表面蒸發(fā)一層鋁作為犧牲層，并采用光刻工藝，使用反應(yīng)離子刻蝕機(jī)形成電極處將第二二氧化硅薄膜刻蝕出鏤空孔；采用lift - off和蒸金工藝，從刻蝕出的鏤空孔處引出金電極，從而形成光電接收二極管芯片； 步驟四、采用深刻蝕工藝，將制作好的光電接收二極管芯片中心刻蝕出窗口 ； 步驟五、將光電接收二極管芯片通過引出的金電極焊接在印制電路板上，將發(fā)光二極管置于光電接收二極管芯片中心開設(shè)的窗口內(nèi)部，并焊接在印制電路板上。
9.如權(quán)利要求8所述的反射式光電傳感器，其特征在于，所述在硅片下表面注入電極元素為:注入磷離子用于形成正電極，并注入硼離子用于形成負(fù)電極。
10.如權(quán)利要求8所述的反射式光電傳感器，其特征在于，所述正電極和負(fù)電極的圖形均為環(huán)形，且內(nèi)外嵌套、交替排列。
【文檔編號(hào)】A61B5/00GK104248421SQ201410495910
【公開日】2014年12月31日 申請日期:2014年9月24日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月24日
【發(fā)明者】方震, 陳帝良, 王鶯, 趙湛, 杜利東, 徐志紅, 孫方敏 申請人:中國科學(xué)院電子學(xué)研究所, 北京大學(xué)口腔醫(yī)學(xué)院