气体传感器、阵列及其制造方法技术

本发明专利技术涉及气体传感器、阵列及其制造方法。一种用于制造气体传感器的方法，其包括将处理电路(36)集成至气体传感器芯片(3)，将加热器(34)集成至气体传感器芯片以及向气体传感器芯片(3)施加敏感材料以构建对气体敏感的层(31)的步骤。将多个气体传感器芯片(3)安装到载体(2)上，其中，公共载体(2)包括若干接触垫组(200)。每个接触垫组(200)对多个气体传感器芯片(3)中的一个电接触，其中，每个组(200)中的接触垫(22‑27)中的一个是电源接触垫(25)，从而向对应的气体传感器芯片(3)的处理电路(36)提供电流。通过电互连器(251)对一组电接触垫(250)电互连。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及气体传感器、气体传感器阵列及其制造方法。
技术介绍
越来越多的气体传感器倾向于被集成到半导体芯片当中。这样的气体传感器的敏感层可以是由对一种或多种被分析物敏感的材料构成的。这样的材料被施加至半导体芯片之后往往需要退火。常规的退火步骤，例如，使半导体芯片暴露至炉子当中产生的热，可能不适于所有的气体传感器，例如，如果气体传感器包括对热敏感的部分，例如，封装，那么这样的步骤就不适用。因此，希望获得一种处理这些特殊情况的气体传感器以及气体传感器制造方法。
技术实现思路
因此，本专利技术所要解决的问题是提供一种气体传感器及其制造方法，其允许局部地向气体传感器芯片的敏感层施加热量。这一问题是通过一种包括权利要求1的步骤的方法解决的，其包括将处理电路集成到气体传感器芯片内或者使处理电路与气体传感器芯片集成的步骤。由此，优选通过CMOS制造技术将处理电路直接集成到气体传感器芯片内，或者将处理电路与气体传感器芯片一起布置到衬底上。所述方法还包括将加热器集成到气体传感器芯片内的步骤。气体传感器芯片可以包括半导体衬底和布置在半导体衬底上的层堆叠。所述方法还包括向气体传感器芯片施加敏感材料以构建对气体敏感的层的步骤。可以通过无接触配发，例如，通过喷墨打印施加敏感材料。可以将处理电路配置为对来自敏感材料的信号进行预处理，以及对加热器加以控制。可以通过蚀刻，例如，干法蚀刻或湿法蚀刻在加热器下面制造气体传感器芯片内的凹陷，或者可以通过从气体传感器芯片的背面去除材料，例如，通过去除体块衬底材料而制造所述凹陷。处于所述凹陷之上的气体传感器芯片的剩余材料可以形成膜，所述膜可以包括(例如)CMOS层和/或体块衬底材料的部分。这样的凹陷可以起到使所述膜与气体传感器芯片的其余部分热隔离的作用，所述其余部分优选承载着处理电路。假设敏感层将被施加至所述膜，并且加热器存在于所述膜的上面或内部，那么加热器产生的热只在有限的程度上散逸到气体传感器芯片的其余部分内。另一步骤包括将气体传感器芯片安装到载体上的步骤，该载体是被配置为接纳多个气体传感器芯片的公共载体。例如，可以将所述公共载体设计为球栅阵列(BGA)或者导电引线框架，可以将导电引线框架理解为通过(例如)对金属板进行冲压或蚀刻而由金属构成的引线导电结构。在将多个气体传感器制作到单个载体上时，例如，对于气体传感器阵列而言，载体优选包括每气体传感器芯片一个的管芯垫，并将该气体传感器芯片安装到管芯垫上，将该管芯垫理解为载体的平坦部分。气体传感器的阵列包括多个气体传感器芯片。所述管芯垫优选由导电和导热材料(例如，金属)构成，就像整个载体一样。在一个例子中，可以将气体传感器芯片附接至管芯垫，从而使气体传感器芯片的衬底可以通过管芯垫接地。管芯垫可以具有近似等于气体传感器芯片的覆盖面积的覆盖面积。在将气体传感器芯片安装到管芯垫上之后，气体传感器芯片的优选的凹陷部分和管芯垫可以在优选膜下面形成腔室。在操作过程中，加热器在优选膜内产生的热量可以被经由腔室内的气体传导至起着热沉的作用的管芯垫。载体还可以包括连接至接触垫的支撑引线的第一子集以及连接至管芯垫的支撑引线第二子集。在将其他芯片布置到同一气体传感器(例如，ASIC等)内的情况下，可以按照每气体传感器一个的方式提供多个管芯垫。在另一实施例中，将其他芯片与所述的表示一个气体传感器芯片的气体传感器芯片布置到同一管芯垫上。所述载体包括接触垫的组。每个接触垫的组由此电接触多个气体传感器芯片中的一个。每个气体传感器的每个接触垫的组中的接触垫中的一个是电源接触垫，以用于向对应的气体传感器芯片的处理电路提供电流。可以设想在气体传感器芯片仍然存在于公共载体上的时候对气体传感器芯片的敏感层退火，而不是单独向每个敏感层施加热量。因此，通过电互连使电源接触垫的组电互连。这样的电源接触垫的组可以包括两个或更多电源接触垫。所述方法包括向该组中的电源接触垫的至少一个施加电流，并经由互连器向该组的所有电源接触垫施加电流，从而从所述电源接触垫的每个向对应的处理电路提供电流的步骤。响应于施加所述电流，通过对应的处理电路控制集成到对应的气体传感器芯片内的电源控制器。响应于控制所述电源控制器，启用通往加热器的电源电流。加热器由此在将敏感材料施加至气体传感器芯片之后对所述材料退火。通过互连器，将电流施加至该组的所有电源接触垫，并由此实现向对应的处理电路的电流供应。优选地，每个组中的接触垫中的至少一个是连接至加热器的加热器接触垫。在通过处理电路控制对应的电源控制器的同时，通过向加热器接触垫施加加热器电流而对加热器加热。通过使该组的电源接触垫互连，向每个处理电路提供电流，因此能够由对应的处理电路通过电源控制器控制通往对应的加热器接触垫的加热器电流。因此，该组的电源接触垫的互连能够实现同时对该组的对应气体传感器芯片的敏感材料进行退火。在优选实施例中，所述气体传感器包括一次性可编程(OTP)芯片上存储器，以用于存储加热规程。因此，响应于对处理电路供应电流，根据所述加热规程对对应的电源控制器加以控制。优选地，存储在所述的一次性可编程芯片上存储器内的标志指示气体传感器芯片的状态，尤其是敏感材料的状态，例如，是否受到了退火。在优选实施例中，使加热器接触垫和电源接触垫相互隔开，例如，将它们布置到气体传感器的背面的不同边缘上，并通过处理电路使它们电隔离，其中，所述电源接触垫起着电源引脚的作用，从而为加热器以外的气体传感器芯片的操作提供电力。通过这种方式，从不同端引入气体传感器芯片及其环境的任何发热，所述热量不会像各接触垫相邻时那样在热点内累积。在优选实施例中，该电源接触垫的组包括对应的相邻气体传感器芯片的电源接触垫。这意味着，将为其加热器同时提供电流的气体传感器芯片相邻布置到载体上。相邻意味着沿任何方向将它们布置为一个挨一个。在另一优选实施例中，该电源接触垫的组对应于按行对齐的气体传感器芯片。这意味着，使为其加热器同时提供电流的气体传感器芯片按行布置。由此带来的优点是，如果通过互连器对载体的按行对齐的气体传感器芯片的所有电源接触垫进行互连，那么只需要采用一个电探头向第一电源接触垫施加电流，就能够同时向该行内的所有电源接触垫提供电流。优选地，所述互连器是通过引线接合技术制造的。所述敏感层可以由对一种或多种被分析物敏感的材料构成。所述敏感层可以包括多个被布置为彼此相邻并且相互隔开的独立层部分，以构建包括传感器单元的组的传感器阵列，其中，可以将传感器单元理解为可以单独读取的气体传感器的实体。优选地，在传感器阵列的实施例中，所述层部分中的每者或者至少一些适于感测分析物，尤其适于感测不同分析物。分析物可以包括(例如)H2O、CO2、NOX、乙醇、CO、臭氧、氨气、甲醛或二甲苯中的一者或多者，但不限于此。具体地，所述敏感层可以含有金属氧化物材料，尤其是半导体金属氧化物材料，具体地可以在每个层部分含有具有不同成分的金属氧化物材料。金属氧化物材料一般可以包括氧化锡、氧化锌、氧化钛、氧化钨、氧化铟和氧化镓中的一者或多者。可以采用这样的金属氧化物检测诸如VOC、一氧化碳、二氧化氮、甲烷、氨气或硫化氢的分析物。金属氧化物传感器基于这样的原理，即，气态分析物在敏感层的升高的温度下与金属氧化物层相互作用，所述升高的温度处于1本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于制造气体传感器的方法，包括如下步骤：‑将处理电路(36)集成到气体传感器芯片(3)内或者使处理电路(36)与气体传感器芯片(3)集成，‑将加热器(34)集成到气体传感器芯片(3)内，‑将敏感材料施加至气体传感器芯片，以构建对气体敏感的层，‑将气体传感器芯片(3)安装到载体(2)上，所述载体(2)是被配置为接纳多个气体传感器芯片(3)的公共载体(2)，其中所述公共载体(2)包括接触垫(22‑27)的组(200)，其中每个接触垫的组(200)与多个气体传感器芯片(3)中的一个气体传感器芯片电接触，其中每个组(200)中的接触垫(22‑27)中的一个接触垫是电源接触垫(25)，以用于将电流提供给对应的气体传感器芯片(3)的处理电路(36)，‑通过电互连器(251)使电源接触垫(250)的组电互连，‑向所述组(250)中的电源接触垫(25)中的至少一个电源接触垫施加电流，并且通过互连器(251)向所述组(250)中的所有电源接触垫(25)施加电流，以用于向对应的处理电路(36)施加电流，‑响应于施加所述电流，通过对应的处理电路(36)对集成到对应的气体传感器芯片内的电源控制器加以控制，以及‑响应于控制所述电源控制器，实现对加热器(34)的电流供应，以用于对对应的敏感层(31)退火。...

【技术特征摘要】
2015.07.29 EP 15178758.71.一种用于制造气体传感器的方法，包括如下步骤：-将处理电路(36)集成到气体传感器芯片(3)内或者使处理电路(36)与气体传感器芯片(3)集成，-将加热器(34)集成到气体传感器芯片(3)内，-将敏感材料施加至气体传感器芯片，以构建对气体敏感的层，-将气体传感器芯片(3)安装到载体(2)上，所述载体(2)是被配置为接纳多个气体传感器芯片(3)的公共载体(2)，其中所述公共载体(2)包括接触垫(22-27)的组(200)，其中每个接触垫的组(200)与多个气体传感器芯片(3)中的一个气体传感器芯片电接触，其中每个组(200)中的接触垫(22-27)中的一个接触垫是电源接触垫(25)，以用于将电流提供给对应的气体传感器芯片(3)的处理电路(36)，-通过电互连器(251)使电源接触垫(250)的组电互连，-向所述组(250)中的电源接触垫(25)中的至少一个电源接触垫施加电流，并且通过互连器(251)向所述组(250)中的所有电源接触垫(25)施加电流，以用于向对应的处理电路(36)施加电流，-响应于施加所述电流，通过对应的处理电路(36)对集成到对应的气体传感器芯片内的电源控制器加以控制，以及-响应于控制所述电源控制器，实现对加热器(34)的电流供应，以用于对对应的敏感层(31)退火。2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述电源接触垫(250)的组包括对应的相邻气体传感器芯片(3)的电源接触垫(25)。3.根据前述权利要求的任一项所述的方法，其中，所述电源接触垫(250)的组对应于按行对齐的气体传感器芯片(3)，优选地，其中所述电互连器(251)是通过引线接合来制造的。4.根据前述权利要求的任一项所述的方法，包括-为每个气体传感器芯片(3)施加模制混合物(1)，所述模制混合物至少部分地包封所述气体传感器芯片(3)，由此生成开口(11)，所述开口提供通往气体传感器芯片(3)的未被模制混合物(1)覆盖的部分的通道，-在施加模制混合物(1)之后，为每个气体传感器芯片(3)施加敏感材料，-通过所述开口(11)将所述敏感材料施加到气体传感器芯片(3)的未被覆盖的部分上。5.根据前述权利要求的任一项所述的方法，其中，载体(2)包括管芯垫(21)以用于将气体传感器芯片(3)安装到连接至接触垫(22-27)的支撑引线的第一子集(41，411)以及连接至管芯垫(21)的支撑引线的第二子集(42，421)上，所述方法包括-第一截断步骤，在对敏感层(31)退火之前截断支撑引线的第一子集(41，411)，-第二截断步骤，在对敏感层(31)退火之后截断电互连器(251)和支撑引线的第二子集(42，421)，从而将气体传感器芯片(3)分离，尤其是其中所述第一截断步骤和/或所述第二截断步骤是通过锯切完成的。6.根据权利要求5所述的方法，其中，在施加敏感材料之后，并且/或者在施加模制混合物(1)之后施行第一截断步骤。7.根据权利要求5...

【专利技术属性】
技术研发人员：R·S·瓦纳，Z·摩卡瑞卡，L·布尔奇，J·布西勒，L·施泰因曼，S·福赫尔，M·斯特姆弗立，S·温格尔，C·尚茨，
申请(专利权)人：盛思锐股份公司，
类型：发明
国别省市：瑞士;CH