[發(fā)明專利]一種柔性fNIRS檢測器件及其制備方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202210161975.7
• 申請日: 2022-02-22
• 公開（公告）號: CN114533054A
• 公開（公告）日: 2022-05-27
• 發(fā)明（設計）人: 紀華偉;徐澤;王明雨;呂博;吳欣;倪敬
• 申請（專利權）人: 杭州電子科技大學
• 主分類號: A61B5/1455
• 分類號: A61B5/1455;A61B5/00;G03F7/00
• 代理公司: 浙江千克知識產權代理有限公司 33246
• 代理人: 黎雙華

一種柔性fNIRS檢測器件，包括第一柔性材料層和設置于第一柔性材料層上的柔性電路，第二柔性材料層包裹于柔性電路上；所述柔性電路上設有元器件，元器件通過光刻鍵合設置于柔性電路上；與現(xiàn)有技術相比，通過采用柔性材質的檢測器件，可以適應即使嬰幼兒頭部較小的彎曲半徑，輕、薄使人們在佩戴時無異物感，較低的彈性模量可以與皮膚共形貼合，最大程度地發(fā)揮光源和探測器的性能。對芯片進行減薄，可以使芯片與皮膚貼合時具有更小的間隙，同時采用光刻的方法代替?zhèn)鹘y(tǒng)的金絲鍵合，避免了金絲鍵合后在與皮膚的接觸中容易失效的問題。

技術領域

本發(fā)明涉及功能性近紅外光譜技術領域，具體涉及一種柔性fNIRS檢測器件及其制備方法。

背景技術

功能性近紅外光譜技術(functional near - infrared spectroscopy , fNIRS)利用血液的主要成分對600-900nm近紅外光良好的散射性，從而獲得大腦活動時氧合血紅蛋白和脫氧血紅蛋白的變化情況。

目前該技術開始運用于自然情境下的高級認知、發(fā)展心理學、異常心理學等多個領域的研究。該技術具有造價較低、便攜性好,無噪音、無創(chuàng)性和對實驗過程中被試動作不會過份敏感等優(yōu)點,但也存在空間分辨率不高和校正算法有待進一步完善等方面的不足。未來fNIRS的研究可以與fMRI等其他成像技術進行結合,開展嬰幼兒和特殊人群的認知神經科學研究以及自然情境下大腦認知的神經機制研究。

fNIRS主要是利用人體組織在近紅外波段存在低吸收、高散射的特性。光源發(fā)射入射光，通過探測器接收。出射光攜帶了大腦皮層HBO₂和HB濃度信息。由于神經血管耦合機制的存在，大腦的神經活動會引起局部的HBO₂濃度的上升和HB濃度的下降。因此可以通過HBO₂和HB的濃度變化，反映出大腦的功能活動，實現(xiàn)腦功能成像。fNIRS成像系統(tǒng)使用時一般是用采集帽戴在頭部，但是其光源和探測器并不能很好地與皮膚耦合，會有一部分光散失，對信號的準確性有很大的干擾，目前對柔性fNIRS檢測器件的研究較少，因此急需設計一種制備工藝簡單，成本合理，能適應人類頭部彎曲的柔性檢測器件。金絲鍵合是實現(xiàn)芯片與電路電氣互連的關鍵技術，金絲鍵合直接影響到電路的可靠性和穩(wěn)定性，對電路的穩(wěn)定性具有很大的影響。但在柔性電路中，金絲球焊無法直接打到柔性基底上完成鍵合。同時本器件的制作中，存在金絲的第一焊點與第二焊點不在同一水平面上，易造成金絲的斷裂失效。

發(fā)明內容

本發(fā)明是為了克服上述現(xiàn)有技術中的缺陷，提供一種很好地適應人頭部的彎曲變化，實現(xiàn)檢測元件與頭部的良好耦合的柔性fNIRS檢測器件及其制備方法。

為了實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用以下技術方案：一種柔性fNIRS檢測器件，包括第一柔性材料層和設置于第一柔性材料層上的柔性電路，第二柔性材料層包裹于柔性電路上；所述柔性電路上設有元器件，元器件通過光刻鍵合設置于柔性電路上。

一種柔性fNIRS檢測器件的制備方法，包括以下步驟：

步驟A：柔性材料層制備，在潔凈的硅片上依次旋涂犧牲層以及襯底材料層，并按梯度熱烘固化形成第一柔性材料層；

步驟B：柔性電路制備，利用磁控濺射在已旋涂完柔性襯體的硅片上濺射鉻和金，通過正膠光刻形成柔性電路；

步驟C：通過機械，化學的方式對芯片減薄，再濺射一層鈦、鉻、金使其底部形成歐姆接觸，使用導電銀漿將芯片粘附到柔性電路上；

步驟D：光刻鍵合：在元器件表面旋涂一層光刻膠，曝光鍵合線部分，顯影后在其表面濺射Cr，AU，通過抬離形成鍵合線；

步驟E：形成第二柔性材料層，所述第二柔性材料層設置在所述柔性電路上以包裹所述元器件，并暴露出柔性電路接口的部分。

作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方案，所述硅片在加工前，采用氧氣進行等離子清洗，將硅片表面形成粗糙面。

作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方案，所述犧牲層為聚甲基丙烯酸甲酯，襯底材料層為聚酰亞胺或聚對二甲苯或聚二甲基硅氧烷。