CN101213448A - 在液体中使用的封装半导体传感器芯片 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种封装半导体传感器芯片，其中使传感电路(17)处在与封装体(13)大致相同的水平面上或在封装体(13)的水平面之上。由此，当将传感器侵入在流体中，特别是侵入在液体中时，为了检测流体中的分析物，基本上半导体传感器芯片的整个顶表面将与流体接触且因此可以优化检测结果。

Description

在液体中使用的封装半导体传感器芯片
本发明涉及封装半导体传感器芯片以及制造这种封装半导体传感器芯片的方法，更为具体地，本发明提供具有改善的检测精确度的封装半导体传感器芯片。该封装半导体传感器芯片可以用作在分子诊断中使用的生物传感器或化学传感器。
传感器广泛应用于测量物理属性或物理事件。它们输出作为电、光或数字信号的测量的功能性读数。所述信号是能够通过其它器件被转换成信息的数据。传感器的一个具体例子为生物传感器。生物传感器是检测在诸如血液、血清、血浆、唾液、组织提取物、组织间隙液、细胞培养提取物、食物或饲料提取物、饮用水……的液体中是否存在诸如蛋白质、病毒、细菌、细胞成分、细胞膜、孢子、DNA、RNA等目标分子(即定性测量)或测量所述目标分子的特定量(即定量测量)的器件。目标分子也被称为“分析物”。在几乎所有的情况下，生物传感器使用包含特定识别元件的表面用于俘获分析物。因此，可以通过将特定分子附着于其来改变传感器件的表面，所述特定分子适合于结合存在于液体中的目标分子。
生物传感器变得越来越重要。对于一次性使用的具有电互连的生物传感器而言，低成本封装是非常重要的。一个测量原则是计算附着于生物传感器上的预定位置处的标记分子。例如，可以用磁性粒子或磁珠来标记分子，并且可以用磁阻传感器检测这些磁性粒子或磁珠。可以利用常规的硅晶片技术制造这种传感器。
大多数现有技术中的封装半导体传感器芯片具有如下缺陷：在封装体和传感器芯片表面之间存在‘壁’，其减少传感器芯片的效率。在图1中示出一个例子。传感器芯片1通过引线接合附着到封装体2，引线接合是用于互连的标准技术。然而，该技术增加了传感器表面的厚度，这会导致该封装体的缺点，因为传感器芯片1的顶表面3离封装体2的顶表面4有一定的距离以致于分析物必须‘潜’向传感器2，即需要沿着角引导作为流体的分析物(由图1中的箭头5所示)，并且所述分析物将遇到不规则的结构。这意味着需要大的流体样本、低或缓慢流动的区域、以及由于附着到壁6而可能出现的材料损失。可选择的利用贯穿传感器衬底的金属化通孔或狭缝的技术是昂贵的。
本发明的目的是提供一种改进的封装半导体传感器芯片以及制造这种封装半导体传感器芯片的方法。本发明的优点是其提供一种具有改善的检测精确度的封装半导体传感器芯片。本发明的另一优点是提供一种对于制造和/或充分使用全部的应用分析物是便宜的封装半导体。封装半导体传感器芯片可以用作在分子诊断中使用的生物传感器或化学传感器。
通过根据本发明的器件和方法可以实现上述目的。
在所附的独立和从属权利要求中阐明本发明的具体和优选方案。适合地而又不仅仅如在权利要求中所清楚阐明的那样，从属权利要求的特征可以与独立权利要求的特征以及与其它从属权利要求的特征结合。
本发明涉及半导体的领域，例如基于硅的传感器件，其中电路和传感元件的所有接触都位于顶表面上。
在本发明的第一个方案中，提供一种封装半导体传感器芯片。该封装半导体传感器芯片包括：
设有传感电路并具有顶表面的半导体传感器芯片，以及
具有顶表面的封装体，
其中半导体传感器芯片的顶表面在封装体的顶表面之上或者处在与封装体的顶表面大致相同的水平面上。
封装半导体的优点是，为了执行测量，可以通过少量流体来使用传感器，因为在封装体的顶表面与传感器的顶表面之间基本上不存在壁，部分流体会粘到其上，因此该部分对于测量而言是被浪费掉了。此外，与现有技术的传感器芯片相比，根据本发明的封装半导体传感器芯片具有改良的检测精确度。
根据本发明的实施例，封装体的顶表面与半导体传感器芯片的顶表面之间的距离在0到50μm之间。根据本发明的具体实施例，封装体的顶表面与半导体传感器芯片之间的距离小于30μm，优选地小于20μm，更为优选地小于10μm，且最为优选地小于5μm，即在0到5μm之间。
根据本发明的实施例中，封装半导体传感器芯片还可以包括用于形成至半导体传感器芯片的电连接的引线指或互连。引线指可以具有5到15μm之间的厚度且具有50到100μm之间的宽度。根据本发明的实施例，还被称为导电引线或互连的引线指可以尽可能地薄以便引线指和传感器芯片之间的高度差尽可能地小。
根据本发明的实施例，封装半导体传感器芯片可以具有凹陷的边缘。当根据该实施例的封装半导体传感器芯片浸入在流体中时，所述流体例如为液体或气体，在使用时，基本上半导体传感器芯片的整个顶表面将与流体接触，并且不会发生要被检测的材料在半导体传感器的壁上的损耗，因为相对于现有技术的封装传感器芯片，从引线指向下到半导体传感器芯片基本上不存在壁。
根据本发明的一个实施例，引线指可以设有电绝缘涂层，例如有机或无机层，以便与包括至少一种要被检测的分析物的流体电绝缘，这是因为流体通常可以是导电的。
根据本发明的实施例，可以通过将封装传感器芯片浸入在流体中来将包括至少一种要被检测的分析物的流体施加到封装半导体传感器芯片。在另一个实施例中，可以通过将流体喷射在封装半导体传感器芯片上来施加流体。此外，在本发明的其它实施例中，还可以以其它任何适当的方式，例如在液态情况下可以通过微量吸管，将流体施加到封装半导体传感器芯片。
在可选实施例中，包括至少一种要被检测的分析物的流体可以包含在与传感器封装体分离的含流体元件中。在该情况下，包括要被检测的分析物的流体包含在一次性“生物”部件中，该部件与可再利用的传感器头分离且可以施加到可再利用的传感器头。例如，含流体元件可以是阱或具有非常薄的底部或壁的横向流动器件。可以将传感器封装体按压到含流体元件的底部或壁上，以允许检测存在于流体中的分析物。
此外，根据本发明实施例，封装半导体传感器芯片还可以包括由生物相容材料构成的涂层，即其可以由适合于生物测量的材料制成。生物相容材料例如可以由适用于结合生物材料的材料制成，该材料例如为聚苯乙烯、尼龙、或硝化纤维。根据本发明的另一个实施例，涂层可以由显示出低生物性结合或低特异性结合的材料例如聚乙二醇形成，或由现有技术中公知的具有低非特异性结合的其它任何材料形成。在后一种情况下，涂层首先需要被生物激活，以便在传感器芯片附近将生物受体分子耦合到该涂层。
可以以不同的方式将涂层施加到封装体。例如，可以从溶液中施加材料，例如通过接触印刷、不接触印刷、喷射或旋涂来进行。还可以通过将箔层叠到封装体上，例如通过将薄箔附着到封装体上(例如通过使用胶或通过热处理来进行)，来施加涂层材料。还可以将混合材料施加到封装体，例如承载诸如适用于结合生物材料的硝化纤维的材料的塑料薄片。根据本发明的实施例，涂层可以具有0.1到30μm之间的厚度。
根据本发明的第一方案的封装半导体传感器芯片例如可以为生物传感器或化学传感器。
在本发明的第二方案中，提供用于制造封装半导体传感器芯片的方法。该方法包括：
提供设有传感电路且具有第一顶表面的半导体传感器芯片，
提供具有第二顶表面的临时基板，该第二顶表面包括至少一个引线指，
将传感器芯片附着到临时基板，第一顶表面面向第二顶表面，
向传感器芯片提供封装体，以及
除去所述临时基板，
其中执行将半导体传感器芯片附着到临时基板，使得半导体传感器芯片的顶表面在封装体的顶表面之上或者处在与封装体的顶表面大致相同的水平面上。
根据本发明的第二方案的方法的优点是，其导致可以利用少量流体来使用的封装半导体传感器件，因为在封装体的顶表面与传感器芯片的顶表面之间基本上不存在壁，部分流体会粘到其上，因此该部分对于测量而言是被浪费掉了。此外，该方法导致相对于现有技术的传感器芯片具有改善的检测精确度的封装半导体传感器芯片。
根据本发明的实施例，可以通过焊接工艺、超声波键合或胶合中的一种来执行将半导体传感器芯片附着到临时基板上的步骤。根据本发明的实施例，通过焊接工艺将半导体传感器芯片附着到临时基板上。该焊接方法可以包括：
在半导体传感器芯片的基板的上表面处设置焊球，
将传感器芯片附着到临时基板，以及
熔化所述焊球。
根据本发明的实施例，可以通过利用适当的蚀刻溶剂的湿法蚀刻来执行除去临时基板的步骤。
根据本发明的实施例，该方法还可以包括在封装半导体传感器芯片的顶部上设置由生物相容材料构成的涂层。涂层的厚度可以在0.1到30μm之间。生物相容材料例如可以为适用于结合生物材料的材料，例如聚苯乙烯、尼龙或硝化纤维。根据本发明的另一个实施例，涂层可以由显示出低生物或特定结合的材料例如聚乙二醇形成，或由现有技术中公知的具有低非特定结合的其它任何材料形成。在后一种情况下，涂层首先需要被生物激活，以便在传感器芯片附近将生物受体分子耦合到该涂层。
可以以不同的方式将由生物相容材料构成的涂层施加到封装体。例如，可以从溶液中施加材料，例如通过接触印刷、不接触印刷、喷射或旋涂来进行。还可以通过将箔层叠到封装体上，例如通过将薄箔附着到封装体上(例如通过使用胶或通过热处理来进行)，来施加涂层材料。还可以将混合材料施加到封装体，例如承载诸如适用于结合生物材料的硝化纤维的材料的塑料薄片。
根据本发明的实施例，该方法还包括：
提供具有基板顶表面的基板，并且在所述基板顶表面上包括至少两个传感电路以形成不同的传感器芯片，
在所述至少两个传感电路之间设置凹槽，
将焊球设置到基板顶表面上，以及
在将所述传感器芯片附着到临时基板之前将基板分离成多个传感器芯片。
在本发明的第三方案中，可以在分子诊断学中使用根据本发明的第一方案的封装传感器。
通过以下结合附图进行的详细说明，本发明的上述和其它特性、特征以及优点将变得显而易见，其中所述附图以举例的方式示出本发明的原理。该说明仅为示例性的，而非限制本发明的范围。以下所引用的参考图是指附图。
图1示出根据现有技术的封装生物传感器；
图2示出根据本发明第一实施例的封装半导体传感器芯片；
图3至6示出根据图2的封装半导体传感器芯片的制造中的连续步骤；
图7示出根据本发明第二实施例的封装半导体传感器芯片；
图8至10示出具有凹陷边缘的半导体传感器芯片的制造中的连续步骤；
图11至14示出根据图7的封装半导体传感器芯片的制造中的连续步骤；
图15示出根据本发明第三实施例的封装半导体传感器芯片。
在不同的图中，相同的参考标记表示相同或相似的元件。
将关于具体实施例和参考特定的附图来对本发明进行说明，但本发明不限于此，而仅受权利要求书的限制。不应将权利要求中的任何参考标记解释为限制范围。所述附图仅为示意性的而非限制性的。在附图中，为了示例性的目的，一些元件的尺寸可以放大且未按比例绘制。其中当涉及单数名词例如“一”、“一个”“这个”时使用不定或定冠词，这包括该名词的复数，除非特别陈述另外的情况。
此外，说明书和权利要求书中的术语第一、第二、第三等用于相似元件之间的区分，而不必用于描述次序或时间顺序。应该理解的是，所使用的术语在适当的情形下是可互换的，且本文中所描述的本发明的实施例能够按照除本文所述或所示顺序之外的其它顺序来操作。
此外，说明书和权利要求书中的术语顶部、底部、之上、之下等用于说明的目的，而不必用于描述相对位置。应该理解的是，所使用的术语在适当的情形下是可互换的，且本文中所描述的本发明的实施例能够按照除本文所述或所示方向之外的其它方向来操作。
值得注意的是，权利要求书中使用的术语“包括”不应该被解释为限于其后所列的手段，其不排斥其它元件或步骤。因此应该将其解释为指定如所提及的所述特征、整体、步骤或部件的存在，而不排除一个或多个其它特征、整体、步骤或部件、或其组合的存在或添加。因此，不应该将措辞“包括装置A和B的器件”的范围限于仅由部件A和B组成的器件。这意味着对于本发明，器件的相关部件仅为A和B。
本发明提供一种封装半导体传感器芯片，其中半导体传感器芯片的顶表面在封装体的顶表面之上或处于与封装体的顶表面大致相同的平面上。这具有可以使用少量的流体来用于将要进行的测量的优点，因为在封装体的顶表面与传感器芯片的顶表面之间基本上不存在壁，部分流体会粘到其上，因此该部分对于测量而言是被浪费掉了。此外，相对于现有技术的传感器芯片，根据本发明的封装半导体传感器芯片具有改善的检测精确度。
封装半导体传感器芯片可以用于检测存在于诸如血液、血清、血浆、唾液、组织提取液、组织间隙液、细胞培养提取液、食物或饲料提取液、饮用水……的流体中的至少一种分析物，例如蛋白质、病毒、细菌、细胞成分、细胞膜、孢子、DNA、RNA……。流体可以是液体或气体，还可以是包括至少一种要被检测的发光粒子的真空。
可以将封装半导体传感器芯片浸入在包含要被检测的分析物的流体中。然而，对于特殊的应用，不需要将封装半导体传感器芯片浸入在流体中，而可以例如将流体喷射在封装半导体传感器芯片上。此外，还可以以其它任何适当的方式，例如在液体的情况下通过微量吸管，将流体施加到封装半导体传感器芯片。
或者，包括至少一种要被检测的分析物的流体包含在含流体元件中，该元件与封装半导体传感器芯片分离。在该情况下，包括要被检测的分析物的流体包含在一次性“生物”部件中，该部件与可再利用的传感器头分离且可以施加到可再利用的传感器头。例如，含流体元件可以是阱或具有非常薄的底部或壁的横向流动器件。可以将传感器封装体按压到含流体元件的底部或壁上，以允许检测存在于流体中的分析物。
在图2中，示意性示出根据本发明第一实施例的封装半导体传感器芯片10。封装半导体传感器芯片10包括封装体13，其顶表面在封装半导体传感器芯片11的顶表面之下。封装体13的顶表面与传感器芯片11的顶表面之间的距离可以在0到50μm之间。在本发明的实施例中，半导体传感器芯片11的顶表面可以处于与封装体13的顶表面大致相同的水平面上。
优选地，半导体传感器芯片11可以包括硅，但也可以包括GaAs或其它任何适当的半导体材料。例如，半导体传感器芯片11为1.4mm×1.5mm。必须理解的是，这仅仅是一个例子，而且根据本发明可以使用具有不同尺寸的半导体传感器芯片11。
根据本发明的实施例，可以将半导体传感器芯片11连接到例如以引线框架状的互连箔的形式所提供的引线框架上。采用“引线框架”意味着引出指12，其为导电指，例如金属指，旨在通过指键合(fingerbonding)连接到半导体传感器芯片11，例如通过对诸如金属带的导电带进行冲压或光加工来制造诸如金属指的导电指。
在根据本发明实施例的封装半导体传感器芯片10中，互连或导电引线12位于与传感器芯片11的顶表面大致相同的水平面上或者甚至在传感器芯片11的顶表面的水平面之下。这与现有技术的封装半导体传感器芯片相反，其中通过需要在传感器芯片表面之上有预定高度的引线键合来形成到外界的导电互连，以致于包括这种引线键合的封装体的顶表面位于传感器芯片的顶表面之上的位置处。
图3至图6示出用于制造图2所示的封装半导体传感器芯片10的连续工艺步骤。为了简洁，在这些附图中仅示出一个器件的横截面。然而，实际上，本发明还可以应用于半导体传感器芯片11的阵列。
在图3所示的第一步骤中，提供临时基板14，其可以是诸如铜基板的金属基板，或其它任何适当的基板。临时基板14可以具有与易于操纵标准设备有关的厚度，并且该厚度优选在50到100μm之间。
临时基板14包括隔离物15，例如密封环，以及导电引线或引线指12。例如，隔离物15，例如密封环，可以包括光可限定的聚合物，例如苯并环丁烯(BCB)或SU-8。隔离物15的高度可以在5到15μm之间。隔离物15的作用是在进一步的封装步骤(见下文)期间利用封装材料来密封传感电路。
导电引线12可以具有5到15μm之间的厚度，例如10μm，以及50到100μm之间的宽度，例如75μm。根据本发明的实施例，导电引线12也被称为互连，可以尽可能地薄以便导电引线12与传感器芯片11的顶表面之间的高度差尽可能地小(见后)。
根据实施例，当引线指12直接与包括要被检测的分析物的流体直接接触时，引线指12可以设有电绝缘涂层，例如其可以为有机层(例如由诸如polysterene、环氧树脂的光刻胶、或可以旋涂到基板上的其它任何适当的材料构成的旋涂层)或无机层(例如诸如SiO2的氧化物或诸如Si3N4的氮化物)，以便将它们与样品流体电绝缘，因为这种流体通常可以导电。
接下来，根据所述实施例，通过使用倒装片技术将半导体传感器芯片11附着到临时基板14。半导体传感器芯片11包括基板16和传感电路17。例如通过焊接、超声波键合或粘合将半导体传感器芯片11附着到临时基板14。超声波键合是在没有加热的情况下使用超声波能量和压力形成键合的键合技术。在图4所示的例子中，通过焊接将半导体传感器芯片11附着到临时基板14。因此，在半导体传感器芯片基板16的上表面19上，即在半导体传感器芯片基板16包括传感电路17的一侧上，设置焊球18。然后将半导体传感器芯片11设置到临时基板14上，其顶表面20朝向临时基板14。将半导体传感器芯片11设置成使得焊球18与临时基板14上的导电引线12接触且然后熔化焊球18以在导电引线12与焊球18之间形成物理和电连接。该步骤在图4中示出。
在将半导体传感器芯片11附着到临时基板14之后，提供传感器芯片封装体13。根据本发明的实施例，这可以通过成型例如通过包覆成型(overmoulding)来进行。包覆成型工艺通常包括两个主要种类，即镶嵌成型和多注射成型。在镶嵌成型工艺中，将可以为塑料或金属的一个或多个子部件放置或嵌入在模具中。这可以手工或自动进行。熔化的聚合物，例如热塑性弹性体(TPE)、热塑性聚氨酯(TPU)、加强工程热塑性塑料(RETP)或其它任何适当的聚合物，然后被注入到相同的空腔中形成封装体。多注射成型要求使用多个注射单位，每一个都独立地将期望的塑料材料注射到更为复杂的模具设计中形成多部件组件。例如，成型材料可以是热固性环氧树脂化合物。成型温度通常可以为160℃且成型压力通常为50Bar。
在图6所示的下一个步骤中，除去临时基板14。这可以通过本领域技术人员公知的技术来进行，例如通过使用适当的蚀刻溶液的湿法选择性蚀刻来进行。例如，在临时基板14由铜形成的情况下，可以通过使用酸性溶剂，优选为氯化铁溶液，来执行湿法蚀刻，因为在氯化铁与铜的反应中不产生明显的烟或气体。这样，获得根据本发明第一实施例的在封装体13的顶部上具有引线指12的封装半导体传感器芯片10。
在根据第一实施例的封装半导体传感器芯片11中，传感器芯片11的顶表面20上的互连的总厚度可以在0到50μm之间，且优选地小于30μm，优选地小于20μm，更为优选地小于10μm，且最为优选地小于5μm，并且因此半导体传感器芯片11的顶表面与封装体13的顶表面之间的距离也可以在0到50μm之间，且优选地小于30μm，优选地小于20μm，更为优选地小于10μm，且最为优选地小于5μm。关于互连的总厚度，在给定的例子中，是指导电引线12的厚度与焊球18的厚度之和。这意味着传感电路17和导电引线12大体上处在同一平面内。因此，可以通过导电引线12的厚度来控制传感器芯片11的顶表面20与封装体13的顶表面之间的距离。
在上文中，通过提供和熔化焊球18来说明将临时基板14附着到半导体传感器芯片11。然而，在根据本发明的其它实施例中，代替焊球18，还可以使用焊接材料的薄层，金突起或胶来将临时基板14附着到半导体传感器芯片11。在使用焊接材料的薄层、金突起或具有导电粘合剂的胶的情况下，关于互连的总厚度是指导电引线12的厚度与用于将半导体传感器芯片11附着到临时基板14的材料的厚度之和。
由于以上所述，在根据本发明第一实施例的封装半导体传感器芯片10中，半导体传感器芯片11的顶表面20基本上与封装体13的顶表面处于相同的水平面。互连或引线12基本上与半导体传感器芯片11的顶表面20处于相同的水平面。这意味着，在使用中，当将封装半导体传感器芯片11浸入在流体中时，该流体例如为液体或气体，基本上半导体传感器芯片11的整个顶表面20将与流体接触，并且不会发生例如由于粘到半导体传感器的壁上而引起的要被检测的材料的损耗，因为相对于现有技术的封装半导体传感器芯片，根据本发明从封装体13的顶表面向下到半导体传感器芯片11的顶表面20基本上不存在壁。
在本发明的第二实施例中，提供封装半导体传感器芯片10，其中半导体传感器芯片11的顶表面20处于与封装体13的顶表面相同的水平面上或在其之上。半导体传感器芯片11的顶表面20还可以在互连平面之上(参见图7)。
由于该原因，首先提供具有凹陷边缘的半导体传感器芯片11。图8至10示出这种具有凹陷边缘的半导体传感器芯片11的制造中的连续步骤。
在第一步骤中，提供包括至少两个用于形成不同半导体传感器芯片11的传感电路(未在图中示出)的基板21。在下一步骤中，在基板21中提供凹槽22(参见图8)。基板21优选可以包括Si，但也可以包括GaAs或其它任何适当的半导体材料。凹槽22的深度d可以在30到50μm之间并且其宽度w由半导体传感器芯片11与引线12的互连所需的宽度的两倍来确定。宽度w可以为大约300μm。根据本发明的实施例，凹槽22可以在基板21的整个长度上延伸。例如如果在基板21上按阵列设置传感电路，则可以在例如基本上相互垂直的两个方向上设置凹槽，以便准备设置在基板21上的至少两个传感电路之间的分割。
在该第二实施例中，通过凹槽22的深度减去互连引线12的厚度来确定半导体传感器芯片11的表面与引线12之间的距离。
在图9所示的下一步骤中，基板21的顶表面23设有互连突起，在图9给出的例子中，其为焊球18，用于在稍后的阶段将半导体传感器芯片11附着到临时基板14(见后)。在根据本发明的其它实施例中，互连突起还可以是金突起或导电粘合剂。在传感电路的周围，在凹槽中设置互连突起。之后，不同的半导体传感器芯片11彼此分离(参见图10)。这可以通过本领域技术人员公知的常规技术来进行。每一个半导体传感器芯片11包括基板16和传感电路(未在图中示出)。在根据本发明的其它实施例中，可以在半导体芯片11彼此分离之后，换句话说，在切割之后，施加互连突起。然而，这较不是优选的。其原因在于主要是从制造的角度来进行考虑，因为更容易处理较大的晶片。其上必须要处理器件的晶片变得越小，组装变得越复杂。
对根据第二实施例的封装半导体传感器芯片10的进一步处理与针对本发明第一实施例的封装半导体传感器芯片10所讨论的工艺相似。在图11到14中示出连续的工艺步骤。
提供临时基板14，例如，其可以为诸如铜基板底的金属基板，或其它任何适当的基板。临时基板14可以具有50到100μm之间的厚度且包括导电引线12(参见图11)。导电引线12可以具有5到15μm之间的厚度，例如10μm。根据本发明，导电引线12或互连可以尽可能地薄。临时基板14还可以包括处在使传感电路突出的位置处的凹陷区域。为了使附图清楚，这并未在图11至13中示出。当临时基板14具有这种凹陷区域时，半导体传感器芯片11的顶表面20将在封装体13的顶表面之上。当在临时基板14中不存在这种凹陷区域时，半导体传感器芯片11的顶表面20将处于与封装体13的顶表面相同的水平面上。
然后将半导体传感器芯片11设置到临时基板14上，其上表面20朝向临时基板14。接下来，通过利用倒装片技术将半导体传感器芯片11设置到临时基板14上。在给定的例子中，通过焊接在形成具有凹陷边缘的半导体传感器芯片11期间提供的焊球18，将半导体传感器芯片11附着到临时基板14。将半导体传感器芯片11设置成使得焊球18与导电引线12接触且然后熔化焊球18。该步骤在图12中示出。
在将半导体传感器芯片11附着到临时基板14之后，提供传感器芯片封装体13(参见图13)。根据本发明，例如这可以通过包覆成型来实现，如上所述。在根据本发明的其它实施例中，通过利用例如环氧树脂来填充或覆盖半导体传感器芯片11和临时基板14进行提供传感器芯片封装体13。封装体材料例如可以为塑料或金属，例如熔化的聚合物，如热塑性弹性体(TPE)、热塑性聚氨酯(TPU)、加强工程热塑性塑料(RETP)或其它任何适当的聚合物。
在图14所示的下一步骤中，除去临时基板14。这可以通过本领域技术人员公知的技术来进行，例如通过使用适当的蚀刻溶液的湿法选择性蚀刻来进行。例如，在临时基板14由铜形成的情况下，可以通过使用酸性溶剂，优选为氯化铁溶液，来执行湿法蚀刻，因为在氯化铁与铜的反应中不产生明显的烟或气体。这样，获得根据本发明第二实施例的封装半导体传感器芯片10，其中半导体传感器芯片11的顶表面20与封装体13的顶表面处于相同的水平面上(？)，或者半导体传感器芯片11的顶表面20在封装体13的顶表面之上。
根据本发明第二实施例的半导体传感器芯片10意味着，当封装半导体传感器芯片10浸入在流体中时，所述流体例如为液体或气体，在使用时，基本上半导体传感器芯片11的整个顶表面20将与流体接触，并且不会发生要被检测的材料在半导体传感器的壁上的损耗，因为相对于现有技术的封装传感器芯片，从引线向下到半导体传感器芯片11的顶表面20基本上不存在壁。
在本发明的第三实施例中，根据本发明第一或第二实施例的封装半导体传感器芯片10还可以包括生物相容的薄顶部涂层24，即薄顶部涂层24可以由适于生物测量的材料制成，且其可以具有0.1μm到30μm之间的厚度，优选在1μm到10μm之间。生物相容材料例如可以为适合于结合生物材料的材料，例如聚苯乙烯、尼龙、或硝化纤维。根据本发明的其它实施例，涂层可以由显示出低生物或特定结合的材料例如聚乙二醇形成，或由现有技术中公知的具有低非特定结合的其它任何材料形成。在后一种情况下，涂层24首先需要被生物激活，以便在半导体传感器芯片11附近将生物受体分子耦合到涂层24。
可以以不同的方式将涂层24施加到封装体13。例如，可以从溶液中施加材料，例如通过接触印刷、不接触印刷、喷射或旋涂来进行。还可以通过将箔层叠到封装体13上，例如通过将薄箔附着到封装体13上，来施加涂层24的材料。例如，这可以通过使用胶或通过热处理来进行。还可以将混合材料施加到封装体13，例如承载诸如硝化纤维的材料的塑料薄片。
由于根据第一和第二实施例的封装半导体传感器芯片11基本上是平的，而使得可以以良好的完整性、连续性和均匀性来施加生物相容材料。可以通过任何适当沉淀方法，例如印刷、旋涂、喷射或蒸发，来执行生物相容材料的沉积。
该实施例的优点是用于电子部件例如传感电路17的材料与生物材料去耦，即不直接接触，从而这些***可以被独立地优化。
本发明的实施例提供一种用于提供具有至外界环境的互连的封装半导体传感器芯片10的解决方案，其中传感电路17的接触以及其传感元件都位于传感器芯片11的顶表面上。互连可以用于将封装传感器芯片10连接至例如用于从封装半导体芯片10提取测量结果的读取器件。与现有技术中的用于提供互连的方法(例如引线键合或安装)相比，根据本发明的方法不增加半导体传感器芯片的任何高度，因此产生其传感器芯片的顶表面在封装体的顶表面之上或者与封装体的顶表面处于相同的水平面上的封装传感器芯片，通过其使要被检测的材料的损耗最小化，且因此优化检测结果。此外，由于互连并没有引入额外的高度，所以该封装半导体传感器芯片可以用于微流体***，其中仅向传感器提供少量流体，且因此尽可能地使流体的损耗最小化。
根据本发明实施例的封装半导体传感器芯片可以用作生物传感器或化学传感器，并且可以应用于分子诊断。
应该理解的是，虽然在本文中对于根据本发明的器件已经讨论了优选实施例、具体结构和配置、以及材料，但是在不脱离本发明的范围和实质精神的情况下，可以作出形式和细节上的各种变化和修改。

Claims (18)

1.一种封装半导体传感器芯片(10)，包括：
设有传感电路(17)并具有顶表面(20)的半导体传感器芯片(11)，以及
具有顶表面的封装体(13)，
其中所述半导体传感器芯片(11)的所述顶表面(20)在所述封装体(13)的所述顶表面之上或者处在与所述封装体的所述顶表面大致相同的水平面上。
2.根据权利要求1所述的封装半导体传感器芯片(10)，其中所述封装体(13)的所述顶表面与所述半导体传感器芯片(1)的所述顶表面(20)之间的距离在0到50μm之间。
3.根据权利要求1所述的封装半导体传感器芯片(10)，还包括用于形成至所述半导体传感器芯片(11)的电连接的引线指(12)。
4.根据权利要求3所述的封装半导体传感器芯片(10)，其中所述引线指(12)具有在5到15μm之间的厚度。
5.根据权利要求1所述的封装半导体传感器芯片(10)，其中所述传感器芯片(11)具有凹陷边缘。
6.根据权利要求1所述的封装半导体传感器芯片(10)，还包括由生物相容材料构成的涂层(24)。
7.根据权利要求6所述的封装半导体传感器芯片(10)，其中所述涂层(24)具有在0.1到30μm之间的厚度。
8.根据权利要求1所述的封装半导体传感器芯片(10)，其中所述传感器芯片为生物传感器。
9.一种用于制造封装半导体传感器芯片(10)的方法，该方法包括：
提供具有传感电路(17)且具有第一顶表面(20)的半导体传感器芯片(11)，
提供具有第二顶表面的临时基板(14)，该第二顶表面包括至少一个引线指(12)，
将所述传感器芯片(11)附着到所述临时基板(14)，所述第一顶表面(20)面向所述第二顶表面，
向所述传感器芯片(11)提供封装体(13)，以及
除去所述临时基板(14)，
其中执行将所述半导体传感器芯片(11)附着到所述临时基板(14)，使得所述半导体传感器芯片(11)的所述顶表面(20)在所述封装体(13)的所述顶表面之上或者处在与所述封装体(13)的所述顶表面大致相同的水平面上。
10.根据权利要求9所述的方法，其中通过焊接工艺、超声波键合或粘合中的一种来执行将所述半导体传感器芯片(11)附着到所述临时基板(14)。
11.根据权利要求10所述的方法，其中通过焊接工艺执行将所述半导体芯片(11)附着到所述临时基板(14)。
12.根据权利要求11所述的方法，其中所述焊接工艺包括：
在所述半导体传感器芯片(11)的基板(16)的上表面(19)处设置焊球(18)，
将所述传感器芯片(11)附着到所述临时基板(14)，以及
熔化所述焊球(18)。
13.根据权利要求9所述的方法，其中通过湿法蚀刻工艺来执行除去所述临时基板(14)。
14.根据权利要求9所述的方法，该方法还包括在所述封装半导体传感器芯片(11)的顶部上设置由生物相容材料构成的涂层(23)。
15.根据权利要求9所述的方法，该方法还包括：
提供具有基板顶表面的基板(21)，并且在所述基板顶表面上包括至少两个传感电路(17)以形成不同的传感器芯片(11)，
在所述至少两个传感电路(17)之间设置凹槽(21)，
将焊球(18)设置到所述基板顶表面上，以及
在将传感器芯片(11)附着到所述临时基板(14)之前将所述基板(21)分离成多个传感器芯片(11)。
16.根据权利要求15所述的方法，该方法还包括在所述封装半导体传感器芯片(11)的顶部上设置由生物相容材料构成的涂层(23)。
17.根据权利要求1所述的封装半导体传感器芯片(10)在分子诊断中的应用。
18.根据权利要求4所述的封装半导体传感器芯片(10)在分子诊断中的应用。
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