用于低密度材料的芯片级感测装置制造方法及图纸

一种针对各种应用的在芯片级上高效地且经济地生产的电化学传感器装置被公开。在一些方面，所述装置是在晶圆技术上或者使用晶圆技术制作的，由此传感器室是通过所述晶圆创建的，并且气体端口允许传感器的工作电极检测某些气体。通过使用晶圆技术，大规模生产是可能的，其中单个传感器是从一个或更多个共用晶圆生产的。集成电路在晶圆中或晶圆上被以集成的方式制作以使得晶圆为集成电路系统和互连部分提供基板、而且还提供其中设置气体传感器的室的限定。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于低密度材料的芯片级感测装置相关申请本申请要求于2018年01月22日提交的、题目为“用于低密度材料的芯片级感测装置(Chip-ScaleSensingDeviceforLowDensityMaterial)”的美国临时申请号62/620,372、以及于2018年01月23日提交的、题目为“用于低密度材料的低阻抗传感器(LowImpedanceSensorforLowDensityMaterial)”的临时申请序列号62/620,963的权益和优先权，这两篇申请特此通过引用并入。
本专利技术涉及通过与芯片级封装中的感测电路集成的电化学电池来感测或识别低密度材料(例如，气体)的传感器装置的设计和制造。背景考虑到由于工业化和自然资源以及数量急剧增加的家庭和城市污染源而造成的地球大气的改变，对于准确的且连续的空气质量监视的需要已经成为确定源和警告消费者即将发生的危险的必要条件。使得进行实时的监视和暴露评定成为现实的是能够提供可以被集成到最广泛的范围的平台和应用中的低成本、小的形状因数和低功率装置的能力。存在感测不同的低密度材料(诸如气体)的多种方法。常见方法包括非色散红外光谱法(NDIR)、使用金属氧化物传感器、使用化敏电阻器、以及使用电化学传感器。本专利技术有关电化学传感器。常规的电化学传感器的一个缺点是其大小(例如，电解质的体积和电极的大小)相对较大，使得它在经受目标气体时要花很长的时间稳定下来。此外，因为对于气体做出响应的电流的改变很小，所以信噪比低，并且由于通向传感器外部的处理电路系统的金属痕迹，存在损耗和RF耦合，这进一步降低了信噪比。另外，电化学电池本体通常是不能经受高于150℃的温度的聚合物，并且电解质包括不能经受高于大约100℃的温度的酸的水溶液。这通过使焊料回流(通常在180-260℃下)来防止电触点被焊接到印刷电路板，并且防止一些热固性导电粘合剂(诸如含银的环氧树脂、或各向异性的导电膜或膏)(通常在120-150℃下被固化)的使用。存在感测不同的低密度材料(诸如气体)的多种方法。常见方法包括非色散红外光谱法(NDIR)、使用金属氧化物传感器、使用化敏电阻器、以及使用电化学传感器。一些电化学传感器对于本领域技术人员也是已知的。在本申请中，我们描述这样的集成电化学系统的通过应用晶圆级封装、面板级封装和芯片级封装技术的进一步微型化。本公开提供了若干个设计、特征、新颖的装置和用于制造和使用这些设计、特征和装置的方法。概述以下描述和附图详细地阐述了本公开的某些说明性实施，这些实施指示可以实现本公开的各种原理的几种示例性方式。然而，说明性示例不是本公开的许多可能的实施方案的穷举。当结合附图考虑本公开时，本公开的其他的目的、优点和新颖的特征将在本公开的以下详细描述中被阐述。一个或更多个实施方案针对一种芯片级电化学感测装置，芯片级电化学感测装置包括：基底晶圆，基底晶圆具有面向外的侧面和面向内的侧面，所述面向内的侧面部分地限定传感器室，所述基底晶圆进一步具有穿过所述基底晶圆并且在其面向内的侧面和面向外的侧面之间延伸的多个通孔；在所述通孔的第一通孔处，包括气体端口，气体端口允许基底晶圆的所述面向外的侧面和所述面向内的侧面之间的气体连通，特别是允许基底晶圆的面向外的侧面上的气体通过所述气体端口通孔传递到所述传感器室中；电化学传感器，电化学传感器对所述气体的性质做出响应，被设置在所述传感器室中；电化学传感器包括第一电极和第二电极，其中第一电极和第二电极通过电解质耦合，并且其中第一电极被暴露于通过所述气体端口进入传感器室的所述气体；所述通孔中的第二通孔包括导电通孔，导电通孔将电化学传感器的所述第一电极电耦合到所述基底晶圆的面向外的侧面上的第一电触点；所述通孔中的第三通孔包括导电通孔，导电通孔将电化学传感器的所述第二电极电耦合到所述基底晶圆的面向外的侧面上的第二电触点；以及至少一电连接组，至少一电连接组与所述装置来回传载电信号；以及在基底晶圆和盖帽晶圆中的任何一个上或基底晶圆和盖帽晶圆中的任何一个中构造的集成电路，所述集成电路被电耦合到所述电连接组。其他实施方案针对一种制造制品，制造制品包括：共用的基底晶圆和共用的盖帽晶圆，多个集成电路被封装到共用的基底晶圆和共用的盖帽晶圆中，并且多个电化学传感器装置被创建到共用的基底晶圆和共用的盖帽晶圆上；所述多个传感器装置中的每个包括设置在各自的传感器室内的多个电极，传感器室至少部分地由基底晶圆和盖帽晶圆以及分隔所述盖帽晶圆和所述基底晶圆的侧壁限定；所述多个传感器装置中的每个进一步包括电解质材料，电解质材料接触所述传感器装置的各自的多个传感器电极中的每个；并且其中每个传感器装置的至少一个传感器电极包括工作电极，工作电极通过所述基底晶圆和所述盖帽晶圆中的一个中的相应的气体端口通孔与所述装置的外部环境气体连通，以便在工作电极和外部环境之间提供气体耦合，同时与同一传感器装置内的其他电极气体隔离。又一实施方案针对一种用于制作芯片级电化学传感器装置的方法，方法包括：形成包括基底晶圆和盖帽晶圆的多个晶圆，盖帽晶圆和基底晶圆中的每个具有面向内的侧面和面向外的侧面；在所述盖帽晶圆和所述基底晶圆中的一个或更多个中形成通孔，包括允许气体从所述装置的外部到其中的内部空间的运动的至少一个气体端口通孔；在由所述盖帽晶圆和所述基底晶圆限定的传感器室中形成包括工作电极的多个电化学传感器电极，所述工作电极被设置在传感器室的通过所述气体端口通孔与装置的外部气体连通的一部分中；将电解质放置为与传感器室内的所述多个传感器电极中的每个接触；隔离包括所述工作电极的所述传感器室内的体积以防止或减小传感器室的包含工作电极的所述部分和传感器室的其他部分之间的气体移动；以及在所述盖帽晶圆和所述基底晶圆中形成电连接以便使多个电极相互电连接并且与外部连接点电连接。还有的其他的实施方案针对一种芯片级气体传感器，芯片级气体传感器包括：盖帽晶圆；基底晶圆；间隔件晶圆，间隔件晶圆被设置在盖帽晶圆和基底晶圆之间，并且与盖帽晶圆和基底晶圆一起限定传感器室；在所述传感器室内的固体或半固体电解质；在所述传感器室内的多个传感器电极，所述传感器电极中的每个与固体或半固体电解质接触；在所述盖帽晶圆和所述基底晶圆中的任何一个中的气体端口通孔；耦合到所述电解质的气体阻隔衬垫；以及集成到所述盖帽晶圆或基底晶圆中的任何一个中的专用集成电路(ASIC)。气体端口通孔可以具有应用于其的气体过滤器，气体过滤器过滤、阻隔或以其他方式影响移动通过气体端口的气体。因此，在各种方面，针对各种应用的在芯片级上高效地且经济地生产的电化学传感器装置被公开。在一些方面，装置是在晶圆技术上或者使用晶圆技术制作的，由此传感器室是通过所述晶圆创建的，并且气体端口允许传感器的工作电极检测某些气体。通过使用晶圆技术，大规模生产是可能的，其中单个的传感器是从一个或更多个共用晶圆生产的。集成电路在晶圆中或晶圆上被以集成的方式制作以使得晶圆为集成电路系统和互连部分提供基板、而且还提供其中设置气体传感器的室的限定。附图的简要说明为了更本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种芯片级电化学感测装置，所述芯片级电化学感测装置包括：/n基底晶圆，所述基底晶圆具有面向外的侧面和面向内的侧面，所述面向内的侧面部分地限定传感器室，所述基底晶圆进一步具有穿过所述基底晶圆并且在所述基底晶圆的所述面向内的侧面和所述面向外的侧面之间延伸的多个通孔；/n在所述通孔的第一通孔处，包括气体端口，所述气体端口允许所述基底晶圆的所述面向外的侧面和所述面向内的侧面之间的气体连通，并且特别允许所述基底晶圆的所述面向外的侧面上的气体通过所述气体端口通孔传递到所述传感器室中；/n电化学传感器，所述电化学传感器对所述气体的性质做出响应，被设置在所述传感器室中；/n所述电化学传感器包括第一电极和第二电极，其中所述第一电极和所述第二电极通过电解质耦合，并且其中所述第一电极被暴露于通过所述气体端口进入所述传感器室的所述气体；/n所述通孔中的第二通孔包括导电通孔，所述导电通孔将所述电化学传感器的所述第一电极电耦合到所述基底晶圆的所述面向外的侧面上的第一电触点；/n所述通孔中的第三通孔包括导电通孔，所述导电通孔将所述电化学传感器的所述第二电极电耦合到所述基底晶圆的面向外的侧面上的第二电触点；/n至少一电连接组，所述至少一电连接组与所述装置来回传载电信号；以及/n集成电路，所述集成电路被构造在所述基底晶圆和盖帽晶圆中的任何一个上或所述基底晶圆和盖帽晶圆中的任何一个中，所述集成电路被电耦合到所述电连接组。/n...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20180122 US 62/620,372;20180123 US 62/620,9631.一种芯片级电化学感测装置，所述芯片级电化学感测装置包括：
基底晶圆，所述基底晶圆具有面向外的侧面和面向内的侧面，所述面向内的侧面部分地限定传感器室，所述基底晶圆进一步具有穿过所述基底晶圆并且在所述基底晶圆的所述面向内的侧面和所述面向外的侧面之间延伸的多个通孔；
在所述通孔的第一通孔处，包括气体端口，所述气体端口允许所述基底晶圆的所述面向外的侧面和所述面向内的侧面之间的气体连通，并且特别允许所述基底晶圆的所述面向外的侧面上的气体通过所述气体端口通孔传递到所述传感器室中；
电化学传感器，所述电化学传感器对所述气体的性质做出响应，被设置在所述传感器室中；
所述电化学传感器包括第一电极和第二电极，其中所述第一电极和所述第二电极通过电解质耦合，并且其中所述第一电极被暴露于通过所述气体端口进入所述传感器室的所述气体；
所述通孔中的第二通孔包括导电通孔，所述导电通孔将所述电化学传感器的所述第一电极电耦合到所述基底晶圆的所述面向外的侧面上的第一电触点；
所述通孔中的第三通孔包括导电通孔，所述导电通孔将所述电化学传感器的所述第二电极电耦合到所述基底晶圆的面向外的侧面上的第二电触点；
至少一电连接组，所述至少一电连接组与所述装置来回传载电信号；以及
集成电路，所述集成电路被构造在所述基底晶圆和盖帽晶圆中的任何一个上或所述基底晶圆和盖帽晶圆中的任何一个中，所述集成电路被电耦合到所述电连接组。


2.如权利要求1所述的装置，所述装置进一步包括装置封装，所述装置封装包括电化学传感器和所述集成电路。


3.如权利要求1所述的装置，所述传感器室至少部分地由所述晶圆的所述面向内的侧面中的凹部限定。


4.如权利要求1所述的装置，所述传感器室至少部分地由设置在所述基底晶圆的所述面向内的侧面上方的盖帽晶圆限定。


5.如权利要求4所述的装置，所述盖帽晶圆中具有部分地限定所述传感器室的凹部。


6.如权利要求4所述的装置，所述盖帽晶圆包括以下中的任何一个：晶圆级半导电面板、裸片级面板、玻璃面板、陶瓷面板、聚合物面板和印刷电路板(PCB)面板。


7.如权利要求1所述的装置，其中所述第一电极和所述第二电极被设置在所述电解质和所述基底晶圆的所述面向内的侧面之间。


8.如权利要求1所述的装置，所述装置进一步包括垂直地设置在所述电解质和所述基底晶圆的所述面向内的侧面之间的气体密封件，所述气体使所述传感器室的一部分与另一部分隔离，所述气体密封件还被围绕所述第一电极和所述气体端口侧向地设置。


9.如权利要求1所述的装置，所述装置进一步包括气体可渗透过滤器，所述气体可渗透过滤器对通过所述气体端口的气体进行过滤。


10.如权利要求9所述的装置，所述过滤器在其可渗透性上是大小选择性的。


11.如权利要求9所述的装置，所述过滤器包括疏水材料和疏油材料中的至少一个。


12.如权利要求9所述的装置，所述过滤器包括密封的侧壁。


13.如权利要求1所述的装置，所述第一电触点和所述第二电触点包括焊接突起，所述焊接突起将所述传感器装置电耦合到包括所述传感器装置的系统中的外部电路系统。


14.如权利要求4所述的装置，所述基底晶圆和所述盖帽晶圆中的任何一个包括硅晶圆。


15.如权利要求4所述的装置，所述基底晶圆和所述盖帽晶圆中的任何一个包括陶瓷晶圆。


16.如权利要求4所述的装置，所述基底晶圆和所述盖帽晶圆中的任何一个包括印刷电路板(PCB)。


17.一种制造制品，所述制造制品包括：
共用的基底晶圆和共用的盖帽晶圆，一个或更多...

【专利技术属性】
技术研发人员：J·C·巴特，J·C·程，R·I·奥尔森，
申请(专利权)人：英赛特系统股份有限公司，
类型：发明
国别省市：美国;US