本發(fā)明涉及qcm傳感器技術領域，尤其是涉及一種單片陣列式石英晶體微天平傳感器及其制作方法。

背景技術：

石英晶體微天平傳感器(qcm)，是20世紀60年代建立起來的一種新型傳感器測量技術。qcm傳感器利用石英振子的頻率變化與晶體表面的質(zhì)量變化成比例(質(zhì)量負荷效應)的原理，相比于其他傳感器，可以進行納克量級的質(zhì)量檢測，具有靈敏度高、選擇性好、成本低、裝置簡單、易于實現(xiàn)現(xiàn)場連續(xù)檢測等優(yōu)點，受到了各國科學家的重視，可以應用于環(huán)境污染監(jiān)測傳感器、液體污染監(jiān)測傳感器、氣體傳感器、免疫傳感器，dna生物傳感器、癌細胞監(jiān)測傳感器、藥物分析等領域。

目前國內(nèi)外的qcm傳感器普遍存在著功能單一，成本高。還沒有一片可以同時測量不同氣體或化學物質(zhì)的單片式qcm。無法適應qcm傳感器智能化、功能多樣化、集成化的使用要求。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明針對現(xiàn)有技術的不足，所要解決的技術問題是提供一種單片陣列式石英晶體微天平傳感器，通過在一片石英水晶上集成多單元qcm，這些qcm單元組合成矩陣，擁有各自的振蕩電路，構成獨立的取向性各異的采集單元，可以同時測量多種氣體或化學物質(zhì)或生物細胞等，解決了qcm的功能單一問題，同時也具備成本低，集成度高，功能多樣化的優(yōu)點。

同時，本發(fā)明還提供了單片陣列式石英晶體微天平傳感器的制作方法，采用傳統(tǒng)的機械加工方法和光刻加工方法。

本發(fā)明是通過以下技術方案使上述技術問題得以解決。

一種單片陣列式石英晶體微天平傳感器，在一片石英晶片上呈矩陣式集成若干qcm單元，各qcm單元涂覆與測量相對應的敏感材料形成功能各異的qcm單元，配合低噪聲振蕩電路，形成各自的頻率信號輸出，各qcm單元設有退耦間隙用于隔離qcm單元之間的振動耦合，使qcm單元之間振動互不干擾各自獨立工作。

作為優(yōu)選，退耦間隙為在qcm單元振動區(qū)邊緣開設的狹縫。

作為優(yōu)選，所述狹縫對qcm單元振動區(qū)形成包圍。

作為優(yōu)選，所述狹縫為兩條且呈[]型對稱間隔布置。

作為優(yōu)選，所述狹縫呈u形。

作為優(yōu)選，所述狹縫的寬度和晶片厚度相同。

單片陣列式石英晶體微天平傳感器制作方法，采用機械加工方法，包括如下步驟：

1)選用at切晶片，通過粗、中、細三道雙面平面研磨至需要的頻率；

2)對晶片表面進行化學拋光或物理拋光；

3)制作噴砂夾具；

4)將晶片放入噴砂夾具進入噴砂機，通過噴砂加工各qcm單元，在qcm單元振動區(qū)邊緣開設狹縫；

5)采用磁控濺射在qcm單元鍍覆金屬電極和引線；

6)分別在各qcm單元的電極區(qū)涂覆相應被測物質(zhì)的敏感材料。

單片陣列式石英晶體微天平傳感器制作方法，采用光刻加工方法，包括如下步驟：

1)選用at切晶片，通過粗、中、細三道雙面平面研磨至需要的頻率；

2)對晶片表面進行物理拋光；

3)制作光刻掩膜板；

4)采用光刻加工狹縫；

5)在晶片的正反兩面被鍍金屬電極；

6)分別在各qcm單元的電極區(qū)涂覆相應被測物質(zhì)的敏感材料。

總而言之，本發(fā)明的單片陣列式石英晶體微天平傳感器達到了在一片石英晶片上同時測量不同的氣體或化學物質(zhì)等功能，實現(xiàn)了qcm的多功能和高集成度，可更大限度滿足使用要求，制作工藝技術成熟可靠，成本低，與現(xiàn)有技術比較具有明顯優(yōu)勢和市場競爭力。本發(fā)明的單片陣列式石英晶體微天平傳感器可廣泛使用在環(huán)境污染監(jiān)測、液體污染監(jiān)測、氣體檢測分析、免疫細胞檢測，dna檢測、癌細胞檢測、藥物分析等領域。

附圖說明

結合以下附圖旨在便于描述較佳實施例，并不構成對本發(fā)明保護范圍的限制。

圖1是本發(fā)明的一個實施例的結構示意圖；

圖2是圖1中上電極和引線的結構示意圖；

圖3是圖1中下電極和引線的結構示意圖。

圖中：1-晶片，2-qcm單元，3-退耦間隙，4-狹縫，5-下電極和引線，6-上電極和引線，7-敏感層。

具體實施方式

為了方便理解本發(fā)明，下面結合附圖中給出的本發(fā)明的較佳的實施例對本發(fā)明進行詳細的描述。

如圖1所示的本發(fā)明的單片陣列式石英晶體微天平傳感器的一個實施例，在一片石英晶片1上呈矩陣式集成若干qcm單元2，圖中所示共兩排12個qcm單元組合成矩陣。各qcm單元涂覆與測量相對應的敏感材料形成功能各異的qcm單元，作為獨立的取向性各異的qcm單元，擁有各自的振蕩電路，配合低噪聲振蕩電路，形成各自的頻率信號輸出，可以同時測量多種氣體或化學物質(zhì)或生物細胞等，實現(xiàn)高集成度、多功能化。為了有效的防止耦合干擾，各qcm單元設有退耦間隙3用于隔離qcm單元之間的振動耦合，使qcm單元之間振動互不干擾各自獨立工作。

退耦間隙可以為狹縫4，所述狹縫的寬度可以和晶片厚度相同，狹縫的寬度太小了不方便加工，大了浪費材料。采用狹縫進行隔離qcm單元之間振動耦合的構造及加工方法，不限于狹縫的具體尺寸和形狀，也不限于加工狹縫的工藝方法?？刹捎迷趒cm單元振動區(qū)邊緣開設狹縫，如圖1中所示的狹縫的一種實施方式，所述狹縫對qcm單元振動區(qū)形成包圍，所述狹縫為兩條且呈[]型對稱間隔布置，qcm單元的敏感層7被包圍在兩條狹縫內(nèi)，圖2和圖3中示出了qcm單元的上電極和引線6、下電極和引線5，并且，上下電極在間隙處連接。

作為狹縫的另一種實施方式，所述狹縫呈u形，電極可以從u形開口端引出。

本發(fā)明的單片陣列式石英晶體微天平傳感器制作方法，采用機械加工方法，包括如下步驟：

1)選用at切晶片，通過粗、中、細三道雙面平面研磨至需要的頻率；

2)對晶片表面進行化學拋光或物理拋光；

3)制作噴砂夾具；

4)將晶片放入噴砂夾具進入噴砂機，通過噴砂加工各qcm單元，在qcm單元振動區(qū)邊緣開設狹縫；

5)采用磁控濺射在qcm單元鍍覆金屬電極和引線；

6)分別在各qcm單元的電極區(qū)涂覆相應被測物質(zhì)的敏感材料。

本發(fā)明的單片陣列式石英晶體微天平傳感器制作方法，采用光刻加工方法，包括如下步驟：1)選用at切晶片，通過粗、中、細三道雙面平面研磨至需要的頻率；

2)對晶片表面進行物理拋光；

3)制作光刻掩膜板；

4)采用光刻加工狹縫；

5)在晶片的正反兩面被鍍金屬電極；

6)分別在各qcm單元的電極區(qū)涂覆相應被測物質(zhì)的敏感材料。

本發(fā)明所使用的若干技術術語僅僅是為了便于描述，并不構成對本發(fā)明的限制，本發(fā)明不局限于以上所述的較佳的實施方式，基于本技術領域的技術人員所能夠獲知的公知技術或者采用現(xiàn)有技術中所能夠等效替換的各種變形及更改的實施方式，凡是基于本發(fā)明的精神或者技術構思，均應包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。

技術特征：

技術總結
本發(fā)明公開了一種單片陣列式石英晶體微天平傳感器及其制作方法，在一片石英晶片上呈矩陣式集成若干QCM單元，各QCM單元涂覆與測量相對應的敏感材料形成功能各異的QCM單元，配合低噪聲振蕩電路，形成各自的頻率信號輸出，各QCM單元設有退耦間隙用于隔離QCM單元之間的振動耦合，使QCM單元之間振動互不干擾各自獨立工作。通過在一片石英水晶上集成多單元QCM，這些QCM單元組合成矩陣，擁有各自的振蕩電路，構成獨立的取向性各異的采集單元，可以同時測量多種氣體或化學物質(zhì)或生物細胞等，解決了QCM的功能單一問題，同時也具備成本低，集成度高，功能多樣化的優(yōu)點。

技術研發(fā)人員：華永校
受保護的技術使用者：杭州光銘光電科技有限公司
技術研發(fā)日：2017.06.12
技術公布日：2017.11.14