压电封装集成的化学物种敏感的谐振装置制造方法及图纸

本发明专利技术的实施例包括一种化学物种敏感的装置，所述化学物种敏感的装置包括用来接收输入信号的输入换能器、耦合至输入换能器并且被安置在有机衬底的腔附近的基础结构、附着于基础结构的化学敏感的功能化材料以及用来生成输出信号的输出换能器。针对化学感测功能性，期望的化学物种附着于引起基础结构的质量的变化的化学敏感的功能化材料并且这个质量的变化引起化学物种敏感的装置的机械谐振频率的变化。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】压电封装集成的化学物种敏感的谐振装置
本专利技术的实施例通常涉及封装集成的声换能器装置。尤其是，本专利技术的实施例涉及压电封装集成的化学物种敏感的谐振装置。
技术介绍
随着计算技术变得更加普遍存在，存在有对于低成本、普及的感测的增长的需求。尤其是，化学感测是使人有浓厚兴趣的领域。当前的化学传感器常常是庞大的并且始终是必须被附着于片上系统（SOC）封装或系统板以及被确定路线到SOC的外部部件。附图说明图1说明了根据实施例的具有封装集成的压电换能器装置的微电子装置100的视图。图2说明了根据实施例的具有封装集成的压电的化学物种敏感的谐振装置的封装衬底的顶视图。图3说明了根据实施例的具有封装集成的压电的化学物种敏感的谐振装置的封装衬底的侧视图。图4说明了根据实施例的具有封装集成的压电的化学物种敏感的谐振装置的封装衬底的侧视图。图5说明了根据实施例的具有封装集成的压电的化学物种敏感的谐振装置的封装衬底的顶视图。图6说明了根据实施例的具有封装集成的压电的化学物种敏感的谐振装置的封装衬底的顶视图。图7说明了依照一个实施例的具有封装集成的压电的化学物种敏感的谐振装置的封装衬底的侧视图（图6的横截面视图AA）。图8说明了根据实施例的具有封装集成的压电的化学物种敏感的谐振装置的封装衬底的侧视图。图9说明了根据实施例的具有封装集成的压电的化学物种敏感的谐振装置的封装衬底的顶视图。图10说明了依照一个实施例的计算装置1500。具体实施方式本文中描述的是压电封装集成的化学物种敏感的谐振装置。在下面的描述中，将会使用本领域技术人员通常采用的术语来描述说明的实现的各种方面以将它们的工作的实质传达给本领域其他技术人员。然而，对于本领域技术人员来说将会显而易见的是，可以只利用所描述的方面中的一些方面来实施本专利技术。出于解释的目的，阐述了具体数字、材料和配置以便提供说明的实现的透彻理解。然而，对于本领域技术人员来说将会显而易见的是，可以在没有具体细节的情况下实施本专利技术。在其他实例中，忽略或简化了众所周知的特征以便不会模糊说明的实现。将会顺序地以最有助于理解本专利技术的方式将各种操作描述为多个分立的操作。然而，描述的顺序不应当被解释为暗示了这些操作是必然顺序相关的。尤其是，无需以呈现的顺序执行这些操作。本设计提供了作为传统上被用来在CPU或其他管芯与板之间路由信号的有机封装衬底的一部分来制造的薄的、低成本的、小形状因子化学物种敏感的谐振装置。利用衬底制造技术来制作化学物种敏感的谐振装置。这些化学物种敏感的谐振装置包括自由移动并且被机械耦合至压电材料的悬浮的基础结构（例如隔膜）。常规的连续化学感测技术通常使用PID（光致电离检测器）、MOS（金属氧化物半导体）传感器或石英晶体。在更加昂贵的硅衬底上制作或者单独封装采用这些方案的所有传感器装置。使用封装集成的谐振传感器的优势包括显著更小的形状因子以及与封装的直接集成而无需分立的部件的装配。而且，使用平面级处理的低成本封装衬底中的制作导致比起现有的化学传感器来显著的成本节约。另外，当与PID传感器相比较时，使用封装集成的谐振传感器的优势包括低得多的浓度检测极限（例如十亿分之1-10）和非常高的选择性（例如针对氧气、氮气、期望的化学物种等的选择性），这已知是通常遭受不良选择性的PID传感器所关心的。对于受控的室内环境来说，可以基于知道哪种化学物种将会存在于这个环境中来设计传感器。当与MOS传感器相比较时，使用封装集成的谐振传感器的额外优势具有更好的敏感性和获得感兴趣的浓度中的线性响应的能力。与电磁换能比较，集成的压电设计通过消除对于将部件（诸如永久磁铁）装配到衬底的需要来允许更紧凑的形状因子。可以作为衬底制作过程的一部分来制造本设计，而无对于购置和装配分立的部件的需要。因此它使能需要化学物种的感测的系统的大批量制造能力（以及因此更低的成本）。与基于硅的MEMS过程相比，使用有机平面级（例如，~0.5米×0.5米大小的平面）大批量制造（HVM）过程的封装衬底技术具有显著的成本优势，因为它允许使用不太昂贵的材料的更多装置的批量制作。然而，高质量压电薄膜的沉积已经在传统上被限于无机衬底（诸如硅和其他陶瓷）（由于它们的抵抗用于使那些薄膜结晶所需要的高温的能力导致的）。通过新的过程来使能本设计以允许高质量压电薄膜的沉积和结晶而不会降解有机衬底。在一个示例中，本设计包括封装集成的结构以充当化学物种敏感的谐振装置。作为封装层的一部分来制造那些结构并且通过移除那些结构周围的介电材料来使那些结构自由振动或移动。结构包括被逐层地沉积并且图案化进封装的压电叠层。本设计包括根据悬浮的和振动的结构的原理在封装中创建化学物种敏感的谐振装置。封装中的介电材料的蚀刻发生以创建腔。在封装制作过程期间，压电材料沉积（例如0.5至1微米沉积厚度）和结晶也发生在封装衬底中。在封装制作过程期间，在比通常被用于压电材料退火更低的衬底温度范围（例如多达260℃）的退火操作允许压电材料（例如锆钛酸铅（PZT）、铌酸钾钠（KNN）、氮化铝（AlN）、氧化锌（ZnO）等）的结晶发生而不会将热降解或损害给予衬底层。在一个示例中，激光脉冲的退火相对于压电材料局部地发生而不会损坏包括有机层的封装衬底（例如有机衬底）的其他层。现在参见图1，根据实施例示出了具有封装集成的压电装置的微电子装置100的视图。在一个示例中，微电子装置100包括利用焊球191-192、195-196而被耦合至或者附着于封装衬底120的多个装置190和194（例如管芯、芯片、CPU、硅管芯或芯片、无线电收发器等）。使用例如焊球111至115来将封装衬底120耦合至或者附着于印刷电路板（PCB110）。封装衬底120（例如有机衬底）包括有机介电层128和导电层121-127。有机材料可以包括任何类型的有机材料，诸如阻燃剂4（FR4）、树脂填充的聚合物、预浸料（例如预浸渍的、利用树脂粘合剂浸渍的纤维编织）、聚合物、二氧化硅填充的聚合物等。可以在封装衬底处理期间（例如在平面级）形成封装衬底120。为了更低的成本，形成的平面可以是大的（例如具有大约0.5米乘以0.5米或者大于0.5米等的平面内（x、y）尺寸）。通过从封装衬底120移除一层或多层（例如有机层、介电层等）而在封装衬底120内形成腔142。在一个示例中，利用导电结构132和136（例如悬臂、梁、迹线）以及压电材料134形成压电输入换能器装置130。三个结构132、134和136形成叠层。导电结构132可以充当第二电极并且导电基础结构136的区域135可以充当压电振动输入装置的第一电极。利用导电结构146和136（例如悬臂、梁、迹线）以及压电材料144形成压电输出换能器装置140。三个结构146、144和136形成叠层。导电结构146可以充当第二电极并且导电基础结构136的区域137可以充当压电振动输出装置的第一电极。腔142可以是充气的。基础结构136（例如隔膜136）在垂直方向上（例如沿着z轴）自由振动。它通过充当机械锚以及到封装的其余部分的电连接两者的封装通路126和127而被锚定在腔边缘上。针对化学感测，利用化学选择接收器层148（例如功能化材料）来使基础结构功能化。这个层可以是将会以比周围环境中的其他成分更高的百分比本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种化学物种敏感的装置，所述化学物种敏感的装置包括：用来接收输入信号的输入换能器；耦合至所述输入换能器并且被安置在有机衬底的腔附近的基础结构；附着于所述基础结构的化学敏感的功能化材料；以及用来生成输出信号的输出换能器，其中针对化学感测功能性，期望的化学物种附着于引起所述基础结构的质量的变化的所述化学敏感的功能化材料并且这个质量的变化引起所述装置的机械谐振频率的变化。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.06.30 US 15/1999011.一种化学物种敏感的装置，所述化学物种敏感的装置包括：用来接收输入信号的输入换能器；耦合至所述输入换能器并且被安置在有机衬底的腔附近的基础结构；附着于所述基础结构的化学敏感的功能化材料；以及用来生成输出信号的输出换能器，其中针对化学感测功能性，期望的化学物种附着于引起所述基础结构的质量的变化的所述化学敏感的功能化材料并且这个质量的变化引起所述装置的机械谐振频率的变化。2.如权利要求1所述的化学物种敏感的装置，其中所述化学物种敏感的装置与使用平面级处理制作的所述有机衬底集成。3.如权利要求2所述的化学物种敏感的装置，其中所述基础结构被安置在所述有机衬底的所述腔的上方以允许所述基础结构的振动。4.如权利要求1所述的化学物种敏感的装置，其中所述输出换能器的所述输出信号被监视以确定所述装置的所述机械谐振频率的所述变化并且这个所述机械谐振频率的变化与所述装置的环境中的所述期望的化学物种的量相关联。5.如权利要求1所述的化学物种敏感的装置，其中所述输入换能器包括当接收到所述输入信号时变形并且引起所述输入换能器引发所述基础结构中的振动的第一压电材料。6.如权利要求5所述的化学物种敏感的装置，其中所述输出换能器包括当接收到来自所述基础结构的所述振动时变形的第二压电材料并且这引起所述输出换能器的所述输出信号被生成。7.如权利要求1所述的化学物种敏感的装置，其中通过利用不同频率来将输入信号施加到所述输入换能器并且监视所述输出换能器的所述输出信号的幅值来确定所述装置的所述机械谐振频率，其中所述输出信号的最大幅值对应于所述机械谐振频率。8.如权利要求1所述的化学物种敏感的装置，其中所述基础结构包括用来增加所述有机衬底的有机材料的蚀刻速率以用于形成所述腔的多个孔。9.如权利要求1所述的化学物种敏感的装置，其中所述输入换能器被耦合至所述有机衬底的所述腔的第一端附近的所述有机衬底的第一电连接并且所述输出换能器被耦合至所述腔的第二端附近的所述有机衬底的第二电连接。10.如权利要求7所述的化学物种敏感的装置，其中所述基础结构包括用来增加面积以用于安放所述功能化材料的检测质量。11.一种封装衬底，所述封装衬底包括：用来形成所述封装衬底的多个有机介电层和多个导电层；在所述封装衬底中形成的腔；以及集成在所述封装衬底内的压电的化学物种敏感的装置，所述压电的化学物种敏感的装置包括用来接收输入信号的输入换能器、被安置在所述腔附近的悬臂基础结构、附着于所述悬臂基础结构的化学敏感的功能化材料和用来生成输出信号的输出换能器，其中针对化学感测功能性，期望的化学物种附着于引起所述悬臂基础结构的质量的变化的所述化学敏感的功能化材料并且这个质量的变化引起所述压电的化学物种敏感的装置的机械谐振频率的变化。12.如权利要求11所述的封装衬底，其中所述化学物种敏感的装置与使用平面级处理制作的所...

【专利技术属性】
技术研发人员：SN奥斯特，F艾德，GC多贾米斯，TL索纳特，AA埃尔舍比尼，JM斯万，SM利夫，
申请(专利权)人：英特尔公司，
类型：发明
国别省市：美国,US