[发明专利]化学传感器及用于制造该化学传感器的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种化学传感器及制造该化学传感器的方法。所述化学传感器尤其可以是一种气体传感器。

背景技术

在例如GB2464016B中公开的化学传感器包括具有前表面和后表面的半导体基板。传感元件形成在所述前表面上，其具有气体敏感层和用于加热所述气体敏感层从而促进与所述气体敏感层的气体反应的加热器。所述气体敏感层位于用来提供电输出的电极之间，所述电输出指示与所述气体敏感层的所述气体反应。孔形成在基板层的所述后表面中从而形成包含所述传感元件的膜。这种化学传感器可以用于测量流体的性质并因而测量组成所述流体的分析物的性质，其中所述化学传感器通过移动电子设备(例如智能电话)的外壳中的开口／端口暴露于所述流体。所述性质可以是例如周围空气中二氧化碳或臭氧的量。流体可以是气体或液体。

为了将所述化学传感器连接到用于进一步处理所述传感元件的电输出的电路板，其中所述传感元件可暴露于待测流体，典型地，采用结合线来将所述传感元件的电极电连接到所述电路板的接触片上。所述结合线通常被可浇注化合物以顶部包封的形式密封以进行保护。然而，顶部包封需要空间，而空间尤其在移动电子设备(例如智能电话)中是有限的。此外，提供所述顶部包封可能会损害所述气体敏感层的功能，因为所述顶部包封典型地分别接近于所述传感元件和所述膜。

发明内容

本发明的一个目的是提供一种可以避免上述缺点的化学传感器。本发明的另一个目的是提供一种制造所述化学传感器的方法。

为了实现这些以及随着描述继续会变得更加明显的进一步的目的，提供了一种化学传感器，其包括基板层，传感层和处理层。所述基板层具有前表面和后表面，所述传感层布置在所述基板层的所述前表面上。所述基板层在所述后表面上具有孔从而形成包含所述传感层的传感元件的膜。

所述基板层在所述后表面进一步包含接触片和从所述前表面延伸到所述后表面、用于将所述传感元件与所述接触片进行电连接的通孔。所述接触片可以电连接到电路板。所述通孔尤其是所谓的硅通孔(through-silicon via)(参见http：∥en.wikipedia.org/wiki/Through-silicon_via)，所述基板层的材料是硅。

所述处理层设置在所述传感层的顶部，所述处理层包围所述传感元件从而在所述传感元件上方提供使流体到达所述传感元件的腔。所述处理层用于保护所述传感元件。所述处理层的厚度大于所述基板层的厚度。所述处理层优选由晶片材料组成，其相对较硬。优选地，所述处理层由硅或玻璃制成。

例如“顶部上”、“前”、“后”、“底部”、“上方”、“下方”或类似的表达参考如图1中所描述的本发明的化学传感器。

通过使用通孔来代替用于将所述传感元件与所述电路板通过所述接触片进行电连接的被顶部包封包围的结合线，节省了宝贵的空间，从而可以使化学传感器更小，尤其是在水平方向上。可以有利地避免分别由于在所述传感层的顶部提供结合线(例如通过浇注化合物)所引起的所述传感元件和所述膜的可能损害。此外，由于没有顶部包封，可以减少在所述传感元件上方的死空间从而缩短所述化学传感器的响应时间。通过所述通孔所提供的电连接也不暴露于腐蚀，因为它们并不暴露于应通过所述化学传感器分析的所述流体。

所述处理层允许所述化学传感器的安全机械处理，例如当抓住所述化学传感器或通过抽吸来保持／移动所述化学传感器时，而保护所述传感元件不受外界影响。因此，所述处理层用作保护罩以及过滤层，从所述传感元件过滤可能的外部干扰影响。为了这个目的，所述处理层的厚度优选为至少为整个化学传感器的厚度的50％。通过所述通孔，可以实现比使用结合线更短的电连接。因此，可以减小所述基板层的厚度从而使其比所述处理层的厚度小。为了处理(例如为了在电路板上安装)，可以使用较厚的处理层而不是基板层。

需要强调的是，根据本发明的化学传感器，即以TsV-封装(也称为芯片尺寸封装)的形式的化学传感器并不比传统的未封装的传感器模具／芯片需要更大的空间／体积，尤其是更大的表面面积/占地面积，因此形成了最有空间效率的封装方式。

本发明进一步涉及一种制造所述传感器的方法。在第一步，包含所述传感元件的传感层形成在大块基板上，例如第一晶片，尤其是硅晶片。然后，处理层形成在所述传感层的顶部从而包围所述传感元件。所述处理层可以采用第二晶片形成，同样优选为硅晶片。