[發(fā)明專利]化學傳感器及用于制造該化學傳感器的方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410079450.4
• 申請日: 2014-01-29
• 公開（公告）號: CN103969311A
• 公開（公告）日: 2014-08-06
• 發(fā)明（設計）人: F·邁爾;M·萊希納;C·庫爾敏;R·胡梅爾;羅伯特·蘇尼爾
• 申請（專利權）人: 盛思銳股份公司
• 主分類號: G01N27/333
• 分類號: G01N27/333
• 代理公司: 中國國際貿易促進委員會專利商標事務所 11038
• 代理人: 宋超

技術領域

本發(fā)明涉及一種化學傳感器及制造該化學傳感器的方法。所述化學傳感器尤其可以是一種氣體傳感器。

背景技術

在例如GB2464016B中公開的化學傳感器包括具有前表面和后表面的半導體基板。傳感元件形成在所述前表面上，其具有氣體敏感層和用于加熱所述氣體敏感層從而促進與所述氣體敏感層的氣體反應的加熱器。所述氣體敏感層位于用來提供電輸出的電極之間，所述電輸出指示與所述氣體敏感層的所述氣體反應。孔形成在基板層的所述后表面中從而形成包含所述傳感元件的膜。這種化學傳感器可以用于測量流體的性質并因而測量組成所述流體的分析物的性質，其中所述化學傳感器通過移動電子設備(例如智能電話)的外殼中的開口／端口暴露于所述流體。所述性質可以是例如周圍空氣中二氧化碳或臭氧的量。流體可以是氣體或液體。

為了將所述化學傳感器連接到用于進一步處理所述傳感元件的電輸出的電路板，其中所述傳感元件可暴露于待測流體，典型地，采用結合線來將所述傳感元件的電極電連接到所述電路板的接觸片上。所述結合線通常被可澆注化合物以頂部包封的形式密封以進行保護。然而，頂部包封需要空間，而空間尤其在移動電子設備(例如智能電話)中是有限的。此外，提供所述頂部包封可能會損害所述氣體敏感層的功能，因為所述頂部包封典型地分別接近于所述傳感元件和所述膜。

發(fā)明內容

本發(fā)明的一個目的是提供一種可以避免上述缺點的化學傳感器。本發(fā)明的另一個目的是提供一種制造所述化學傳感器的方法。

為了實現這些以及隨著描述繼續(xù)會變得更加明顯的進一步的目的，提供了一種化學傳感器，其包括基板層，傳感層和處理層。所述基板層具有前表面和后表面，所述傳感層布置在所述基板層的所述前表面上。所述基板層在所述后表面上具有孔從而形成包含所述傳感層的傳感元件的膜。

所述基板層在所述后表面進一步包含接觸片和從所述前表面延伸到所述后表面、用于將所述傳感元件與所述接觸片進行電連接的通孔。所述接觸片可以電連接到電路板。所述通孔尤其是所謂的硅通孔(through-silicon via)(參見http：∥en.wikipedia.org/wiki/Through-silicon_via)，所述基板層的材料是硅。

所述處理層設置在所述傳感層的頂部，所述處理層包圍所述傳感元件從而在所述傳感元件上方提供使流體到達所述傳感元件的腔。所述處理層用于保護所述傳感元件。所述處理層的厚度大于所述基板層的厚度。所述處理層優(yōu)選由晶片材料組成，其相對較硬。優(yōu)選地，所述處理層由硅或玻璃制成。

例如“頂部上”、“前”、“后”、“底部”、“上方”、“下方”或類似的表達參考如圖1中所描述的本發(fā)明的化學傳感器。

通過使用通孔來代替用于將所述傳感元件與所述電路板通過所述接觸片進行電連接的被頂部包封包圍的結合線，節(jié)省了寶貴的空間，從而可以使化學傳感器更小，尤其是在水平方向上。可以有利地避免分別由于在所述傳感層的頂部提供結合線(例如通過澆注化合物)所引起的所述傳感元件和所述膜的可能損害。此外，由于沒有頂部包封，可以減少在所述傳感元件上方的死空間從而縮短所述化學傳感器的響應時間。通過所述通孔所提供的電連接也不暴露于腐蝕，因為它們并不暴露于應通過所述化學傳感器分析的所述流體。

所述處理層允許所述化學傳感器的安全機械處理，例如當抓住所述化學傳感器或通過抽吸來保持／移動所述化學傳感器時，而保護所述傳感元件不受外界影響。因此，所述處理層用作保護罩以及過濾層，從所述傳感元件過濾可能的外部干擾影響。為了這個目的，所述處理層的厚度優(yōu)選為至少為整個化學傳感器的厚度的50％。通過所述通孔，可以實現比使用結合線更短的電連接。因此，可以減小所述基板層的厚度從而使其比所述處理層的厚度小。為了處理(例如為了在電路板上安裝)，可以使用較厚的處理層而不是基板層。

需要強調的是，根據本發(fā)明的化學傳感器，即以TsV-封裝(也稱為芯片尺寸封裝)的形式的化學傳感器并不比傳統的未封裝的傳感器模具／芯片需要更大的空間／體積，尤其是更大的表面面積/占地面積，因此形成了最有空間效率的封裝方式。

本發(fā)明進一步涉及一種制造所述傳感器的方法。在第一步，包含所述傳感元件的傳感層形成在大塊基板上，例如第一晶片，尤其是硅晶片。然后，處理層形成在所述傳感層的頂部從而包圍所述傳感元件。所述處理層可以采用第二晶片形成，同樣優(yōu)選為硅晶片。