用于电子微流体设备的系统级封装台技术方案

本发明专利技术涉及一种集成电子微流体设备，包括在第一（１２２）支撑体上的半导体衬底（１０６），在半导体衬底的第一半导体衬底侧上的电子电路（１０２，１０４），和与外部设备的信号接口结构。在第一半导体衬底侧上设置信号接口结构并配置其从电子电路接收电信号。微流体结构（１２６）形成在半导体衬底中，且被配置成以限制流体并允许流体仅在与第一半导体衬底侧相对且背离第一支撑体的第二半导体衬底侧上流入或流出微流体结构。该电子微流体设备形成了用于形成各种系统级封装应用的柔性平台。其实现了电接口和湿化学接口之间的完全分离。制造本发明专利技术设备所要求的方法还允许简单形成热隔离微流体结构。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种集成电子微流体设备。还涉及一种包括集成电子 微流体设备的组合件。本专利技术还涉及一种用于制造集成电子微流体设 备的方法和用于制造组合件的方法。专利技术背景在小尺寸上进行化学和生物分析的微流体设备已得到发展。这已 导致微流体芯片实验室设备，其包括集成在同一衬底上的流体组件和 电驱动电路或传感器组件。这种小型化设备从而形成化学反应器。它 们能够混合试剂、热循环、或包括检测反应产物的其它功能。这种设备例如从US6， 057， 149得知。这种集成电子微流体设备的问题在于湿化学接口和电接口非常接 近。这具有使电触点暴露给化学品的危险，并因此毁坏或破坏设备。
技术实现思路
因此，本专利技术的目的在于提供一种集成电子微流体设备和包含这 种集成电子微流体设备的组合件，其在化学接口和电接口之间提供较 好的隔离。本专利技术的另一目的在于提供一种制造集成电子微流体设备的方法 和制造包含这种集成电子微流体设备的组合件的方法，其使得化学和 电接口能够较好的隔离。根据本专利技术的第一方面，提供了一种集成电子微流体设备，包括在第一支撑体上的半导体村底； 在半导体衬底上的电子电路；信号接口结构，其设置在面向第一支撑体的第一半导体衬底侧上且 其与电子电路连接并被配置为与电子电路和与外部通信信道交换输入和 输出信号；半导体衬底中的微流体结构，该结构被配置为限定流体并允许流体仅在第二半导体衬底侧上流入或流出微流体结构，第二半导体衬底侧与 笫一半导体村底侧相对且背离第一支撑体。在本专利技术的集成电子微流体设备中，功能电子和微流体设备部分 集中在半导体衬底中。 一方面，半导体衬底包含一个或多个电子电路 和到一个或多个外部设备的信号接口结构。该电子电路构成例如晶体 管、二极管、电阻器、电容器、电感器等电路元件的网络，以提供像 例如驱动半导体村底中的加热结构、或将模拟传感器信号转换成数字 信号等的特定功能。信号接口结构构成半导体衬底上的电子电路和外 部设备之间的接口。电信号，例如电流或电压会在电子电路和信号接 口结构之间通信。同样地，信号接口结构从电子电路接收电信号。与 外部设备通信还可以使用电信号，或其它类型的信号，如电磁信号， 例如无线电频率或光频的电磁信号。任选地，当然，也可以配置所述 接口结构以允许从外部设备发出且定向到电子电路的通信。然而，例 如在传感器应用中，通常满足与外部设备"单向"通信信号。另一方面，半导体衬底还包含微流体结构。微流体结构在本领域 中同样是公知的，如上所述，其可用于许多不同的目的，例如检测流 体中的分子，加热流体，提供一种或多种流体的化学反应，或简单存 储或传送流体。该微流体结构形成在半导体衬底中并限制流体。即， 微流体结构提供了用于容纳、保持或传送流体(气体或液体)的体积。 因此该流体限制可用于引导流体或限制流体以某些方向和在某些点之 外传播。通常，为了将流体限制在半导体衬底中的所希望的体积内部， 微流体结构具有流体不能渗漏的壁。当然，如特定应用所希望的，能在平行或垂直于半导体衬底主表 面的几个方向上提供流体限制。然而，根据本专利技术，至少一个微流体 结构被配置为允许流体仅在与第一半导体面相对且背离第一支撑体的 第二半导体衬底侧上流入和流出微流体结构。在半导体衬底的相对面上， 一方面提供电子电路和信号接口结构， 另一方面提供微流体结构。因此，在半导体衬底的相对面上向半导体 衬底提供流体的、特别是湿的接口和电接口。因此本专利技术的集成电子 微流体设备确保了在设备的电子部分和微流体部分之间完全分离。因 此该结构特征表明本专利技术的总体概念，也就是到外部设备的化学接口 和电接口严格局部分离。然而注意，该设备当然能另外包括希望的组合的电化学接口。例如， 在半导体衬底中形成反应室的微流体结构中，在流体和电接触元件之间 能够制造装置用于直接的电流接触。第一支撑体的功能在于支撑半导体衬底。因此，其一定要足够坚硬 以便提供支撑且足够稳定以便使其经得住在制造和操作条件(例如，暴 露到化学药品、高温、或辐射)期间的处理条件。同样，其可以由各种 材料例如玻璃、塑胶、环氧树脂等制成，且可以制成不同的外形，例如 盘、立方体或柱，这取决于各个微流体应用。此外，半导体衬底的"电 侧，，面向第一支撑体，这也具有防止流体进入电路和信号接口结构的优 势。本专利技术的电子微流体设备形成系统级封装(SiP)台，其可以用作 供许多专门设备应用的主要部分。SiP设备是由以工业标准集成电路封装的封装形式进行组合的子系统组成的功能系统。微流体设备的许多结构在本领域中是已知的，且在优选实施例的 上下文中将更加详细地描述某些结构。同时在后面还将会更加详细地 描述，本专利技术的电子微流体设备还形成了易于被集成为电路板上的组 合件的模块。在下文，将描述本专利技术第一方面的电子微流体设备的优选实施例。 可以组合这些实施例，除非由各个上下文明确规定或显而易见是仅仅 能够择一选择的。本专利技术的电子微流体设备优选基于衬底转移技术(STT)，其允许即使在薄的半导体衬底中形成微流体结构，在处理和随后的操作期间 也不会损坏设备。在Ronald Dekker， Substrate transfer technology, Delft University of Technology, 2004中提出了 STT的观点，作为参考将其全部合并在这里。半导体衬底的优选材料是硅。下面将在其它优选实施例的上下文中 进一步说明选择该材料的优势。电子微流体设备的优选实施例还包括在第二半导体衬底侧上的第二支撑体。该第二支撑体具有允许流体流入和流出微流体设备的通路。该第二支撑体进一步稳定了该设备并密封了不应该暴露到外界或流体 的部分第二半导体衬底侧。根据另一优选实施例，信号接口结构包括至少一个T型内部接触元件。该内部接触元件具有对应于字母"T，，的水平和垂直线条的两个 部分。对应于垂直T线条的部分也称为衬底部分。其布置在半导体衬 底上且与电子电路连接。对应于水平T线条的内部接触元件的另一部 分设在衬底叠层的斜侧面上。因为该部分形成了连接外接触元件的电 隔离导线，所以其也称为侧面部分。因此，内部接触元件的衬底部分 和侧面部分将半导体衬底上的电子电路与外部接触元件相连接。内部 接触元件的这两部分密封以防止流体进入。由于由第一支撑体、半导 体衬底、和第二支撑体形成的衬底叠层的夹层结构，因此衬底部分被 密封。侧面部分的电隔离密封了在斜侧面上的内部接触元件。该实施例的i殳备结构与从WO 95/19645得知的已知的ShellCase 封装概念一致，作为参考将其全部合并在这里。本实施例将该封装概 念的应用扩展到电子微流体设备。支撑体优选采用支撑板形式。如果使用导电支撑体，则必须注意在 支撑板和半导体衬底之间设置电绝缘，以避免设在半导体衬底上的电子 电路之间的不希望的短路。同样，应使支撑板与设在电子微流体设备上 的任何电接触元件隔离，以便避免设备适当功能所需的不同接触结构之 间的短路。在使用T型内部接触元件的实施例的进一步改进中，邻接半导体 衬底布置T型内部接触元件的第二部分。半导体衬底包括第一电隔离 沟槽，其被布置和配置为使一侧上的T型内部接触元件的第二部分与 笫一电隔离沟槽相对側上的半导体衬底部分隔离。隔离沟槽优选通过 半导体衬底本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种集成电子微流体设备，包括　在第一（１２２）支撑体上的半导体衬底（１０６）；　在所述半导体衬底的第一半导体衬底侧上的电子电路（１０２，１０４）；　用于外部设备的信号接口结构，所述信号接口结构设置在第一半导体衬底侧上并被配 置为从所述电子电路接收电信号；和　在所述半导体衬底中形成的微流体结构（１２６，３６４，３６６，３７２，３８２），所述微流体结构被配置为限制流体并允许流体仅在与第一半导体衬底侧相对且背离第一支撑体的第二半导体衬底侧上流入或流出所述微流体 结构。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：R德克，RHW皮南伯格，NJA范韦恩，
申请(专利权)人：皇家飞利浦电子股份有限公司，
类型：发明
国别省市：NL[荷兰]