本發(fā)明涉及氣體傳感器、氣體傳感器陣列及其制造方法。

背景技術(shù)：

越來越多的氣體傳感器傾向于被集成到半導(dǎo)體芯片當(dāng)中。這樣的氣體傳感器的敏感層可以是由對(duì)一種或多種被分析物敏感的材料構(gòu)成的。這樣的材料被施加至半導(dǎo)體芯片之后往往需要退火。常規(guī)的退火步驟，例如，使半導(dǎo)體芯片暴露至爐子當(dāng)中產(chǎn)生的熱，可能不適于所有的氣體傳感器，例如，如果氣體傳感器包括對(duì)熱敏感的部分，例如，封裝，那么這樣的步驟就不適用。

因此，希望獲得一種處理這些特殊情況的氣體傳感器以及氣體傳感器制造方法。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

因此，本發(fā)明所要解決的問題是提供一種氣體傳感器及其制造方法，其允許局部地向氣體傳感器芯片的敏感層施加熱量。

這一問題是通過一種包括權(quán)利要求1的步驟的方法解決的，其包括將處理電路集成到氣體傳感器芯片內(nèi)或者使處理電路與氣體傳感器芯片集成的步驟。由此，優(yōu)選通過CMOS制造技術(shù)將處理電路直接集成到氣體傳感器芯片內(nèi)，或者將處理電路與氣體傳感器芯片一起布置到襯底上。所述方法還包括將加熱器集成到氣體傳感器芯片內(nèi)的步驟。氣體傳感器芯片可以包括半導(dǎo)體襯底和布置在半導(dǎo)體襯底上的層堆疊。所述方法還包括向氣體傳感器芯片施加敏感材料以構(gòu)建對(duì)氣體敏感的層的步驟?？梢酝ㄟ^無接觸配發(fā)，例如，通過噴墨打印施加敏感材料。可以將處理電路配置為對(duì)來自敏感材料的信號(hào)進(jìn)行預(yù)處理，以及對(duì)加熱器加以控制?？梢酝ㄟ^蝕刻，例如，干法蝕刻或濕法蝕刻在加熱器下面制造氣體傳感器芯片內(nèi)的凹陷，或者可以通過從氣體傳感器芯片的背面去除材料，例如，通過去除體塊襯底材料而制造所述凹陷。處于所述凹陷之上的氣體傳感器芯片的剩余材料可以形成膜，所述膜可以包括(例如)CMOS層和/或體塊襯底材料的部分。這樣的凹陷可以起到使所述膜與氣體傳感器芯片的其余部分熱隔離的作用，所述其余部分優(yōu)選承載著處理電路。假設(shè)敏感層將被施加至所述膜，并且加熱器存在于所述膜的上面或內(nèi)部，那么加熱器產(chǎn)生的熱只在有限的程度上散逸到氣體傳感器芯片的其余部分內(nèi)。

另一步驟包括將氣體傳感器芯片安裝到載體上的步驟，該載體是被配置為接納多個(gè)氣體傳感器芯片的公共載體。例如，可以將所述公共載體設(shè)計(jì)為球柵陣列(BGA)或者導(dǎo)電引線框架，可以將導(dǎo)電引線框架理解為通過(例如)對(duì)金屬板進(jìn)行沖壓或蝕刻而由金屬構(gòu)成的引線導(dǎo)電結(jié)構(gòu)。在將多個(gè)氣體傳感器制作到單個(gè)載體上時(shí)，例如，對(duì)于氣體傳感器陣列而言，載體優(yōu)選包括每氣體傳感器芯片一個(gè)的管芯墊，并將該氣體傳感器芯片安裝到管芯墊上，將該管芯墊理解為載體的平坦部分。氣體傳感器的陣列包括多個(gè)氣體傳感器芯片。所述管芯墊優(yōu)選由導(dǎo)電和導(dǎo)熱材料(例如，金屬)構(gòu)成，就像整個(gè)載體一樣。在一個(gè)例子中，可以將氣體傳感器芯片附接至管芯墊，從而使氣體傳感器芯片的襯底可以通過管芯墊接地。管芯墊可以具有近似等于氣體傳感器芯片的覆蓋面積的覆蓋面積。在將氣體傳感器芯片安裝到管芯墊上之后，氣體傳感器芯片的優(yōu)選的凹陷部分和管芯墊可以在優(yōu)選膜下面形成腔室。在操作過程中，加熱器在優(yōu)選膜內(nèi)產(chǎn)生的熱量可以被經(jīng)由腔室內(nèi)的氣體傳導(dǎo)至起著熱沉的作用的管芯墊。載體還可以包括連接至接觸墊的支撐引線的第一子集以及連接至管芯墊的支撐引線第二子集。在將其他芯片布置到同一氣體傳感器(例如，ASIC等)內(nèi)的情況下，可以按照每氣體傳感器一個(gè)的方式提供多個(gè)管芯墊。在另一實(shí)施例中，將其他芯片與所述的表示一個(gè)氣體傳感器芯片的氣體傳感器芯片布置到同一管芯墊上。

所述載體包括接觸墊的組。每個(gè)接觸墊的組由此電接觸多個(gè)氣體傳感器芯片中的一個(gè)。每個(gè)氣體傳感器的每個(gè)接觸墊的組中的接觸墊中的一個(gè)是電源接觸墊，以用于向?qū)?yīng)的氣體傳感器芯片的處理電路提供電流?？梢栽O(shè)想在氣體傳感器芯片仍然存在于公共載體上的時(shí)候?qū)怏w傳感器芯片的敏感層退火，而不是單獨(dú)向每個(gè)敏感層施加熱量。因此，通過電互連使電源接觸墊的組電互連。這樣的電源接觸墊的組可以包括兩個(gè)或更多電源接觸墊。所述方法包括向該組中的電源接觸墊的至少一個(gè)施加電流，并經(jīng)由互連器向該組的所有電源接觸墊施加電流，從而從所述電源接觸墊的每個(gè)向?qū)?yīng)的處理電路提供電流的步驟。響應(yīng)于施加所述電流，通過對(duì)應(yīng)的處理電路控制集成到對(duì)應(yīng)的氣體傳感器芯片內(nèi)的電源控制器。響應(yīng)于控制所述電源控制器，啟用通往加熱器的電源電流。加熱器由此在將敏感材料施加至氣體傳感器芯片之后對(duì)所述材料退火。通過互連器，將電流施加至該組的所有電源接觸墊，并由此實(shí)現(xiàn)向?qū)?yīng)的處理電路的電流供應(yīng)。優(yōu)選地，每個(gè)組中的接觸墊中的至少一個(gè)是連接至加熱器的加熱器接觸墊。在通過處理電路控制對(duì)應(yīng)的電源控制器的同時(shí)，通過向加熱器接觸墊施加加熱器電流而對(duì)加熱器加熱。通過使該組的電源接觸墊互連，向每個(gè)處理電路提供電流，因此能夠由對(duì)應(yīng)的處理電路通過電源控制器控制通往對(duì)應(yīng)的加熱器接觸墊的加熱器電流。因此，該組的電源接觸墊的互連能夠?qū)崿F(xiàn)同時(shí)對(duì)該組的對(duì)應(yīng)氣體傳感器芯片的敏感材料進(jìn)行退火。

在優(yōu)選實(shí)施例中，所述氣體傳感器包括一次性可編程(OTP)芯片上存儲(chǔ)器，以用于存儲(chǔ)加熱規(guī)程。因此，響應(yīng)于對(duì)處理電路供應(yīng)電流，根據(jù)所述加熱規(guī)程對(duì)對(duì)應(yīng)的電源控制器加以控制。優(yōu)選地，存儲(chǔ)在所述的一次性可編程芯片上存儲(chǔ)器內(nèi)的標(biāo)志指示氣體傳感器芯片的狀態(tài)，尤其是敏感材料的狀態(tài)，例如，是否受到了退火。

在優(yōu)選實(shí)施例中，使加熱器接觸墊和電源接觸墊相互隔開，例如，將它們布置到氣體傳感器的背面的不同邊緣上，并通過處理電路使它們電隔離，其中，所述電源接觸墊起著電源引腳的作用，從而為加熱器以外的氣體傳感器芯片的操作提供電力。通過這種方式，從不同端引入氣體傳感器芯片及其環(huán)境的任何發(fā)熱，所述熱量不會(huì)像各接觸墊相鄰時(shí)那樣在熱點(diǎn)內(nèi)累積。

在優(yōu)選實(shí)施例中，該電源接觸墊的組包括對(duì)應(yīng)的相鄰氣體傳感器芯片的電源接觸墊。這意味著，將為其加熱器同時(shí)提供電流的氣體傳感器芯片相鄰布置到載體上。相鄰意味著沿任何方向?qū)⑺鼈儾贾脼橐粋€(gè)挨一個(gè)。

在另一優(yōu)選實(shí)施例中，該電源接觸墊的組對(duì)應(yīng)于按行對(duì)齊的氣體傳感器芯片。這意味著，使為其加熱器同時(shí)提供電流的氣體傳感器芯片按行布置。由此帶來的優(yōu)點(diǎn)是，如果通過互連器對(duì)載體的按行對(duì)齊的氣體傳感器芯片的所有電源接觸墊進(jìn)行互連，那么只需要采用一個(gè)電探頭向第一電源接觸墊施加電流，就能夠同時(shí)向該行內(nèi)的所有電源接觸墊提供電流。優(yōu)選地，所述互連器是通過引線接合技術(shù)制造的。

所述敏感層可以由對(duì)一種或多種被分析物敏感的材料構(gòu)成。所述敏感層可以包括多個(gè)被布置為彼此相鄰并且相互隔開的獨(dú)立層部分，以構(gòu)建包括傳感器單元的組的傳感器陣列，其中，可以將傳感器單元理解為可以單獨(dú)讀取的氣體傳感器的實(shí)體。優(yōu)選地，在傳感器陣列的實(shí)施例中，所述層部分中的每者或者至少一些適于感測(cè)分析物，尤其適于感測(cè)不同分析物。分析物可以包括(例如)H2O、CO2、NOX、乙醇、CO、臭氧、氨氣、甲醛或二甲苯中的一者或多者，但不限于此。具體地，所述敏感層可以含有金屬氧化物材料，尤其是半導(dǎo)體金屬氧化物材料，具體地可以在每個(gè)層部分含有具有不同成分的金屬氧化物材料。金屬氧化物材料一般可以包括氧化錫、氧化鋅、氧化鈦、氧化鎢、氧化銦和氧化鎵中的一者或多者?？梢圆捎眠@樣的金屬氧化物檢測(cè)諸如VOC、一氧化碳、二氧化氮、甲烷、氨氣或硫化氫的分析物。金屬氧化物傳感器基于這樣的原理，即，氣態(tài)分析物在敏感層的升高的溫度下與金屬氧化物層相互作用，所述升高的溫度處于100℃以上的范圍內(nèi)，尤其是處于250℃和350℃之間。由于催化反應(yīng)的原因，敏感層的導(dǎo)電率可以發(fā)生變化，可以對(duì)所述變化加以測(cè)量。因而，出于在敏感層的高溫下將分析物的化學(xué)性質(zhì)轉(zhuǎn)化為電阻的原因，還將這樣的化學(xué)傳感器稱為高溫化學(xué)電阻器。優(yōu)選地，利用這樣的氣體傳感器，可以對(duì)氣體進(jìn)行研究，所述研究至少關(guān)于是否存在該氣體傳感器敏感的對(duì)象分析物。因而，可以利用所述敏感層對(duì)提供給氣體傳感器的氣體加以分析，以判斷在所提供的氣體當(dāng)中是否存在該敏感層敏感的化學(xué)物質(zhì)或混合物以及存在哪些敏感化學(xué)物質(zhì)或混合物。在所提供的氣體中檢測(cè)到的分析物的組合可能表現(xiàn)出某種氣味或者某種氣體。氣體傳感器的設(shè)計(jì)的主題總是有關(guān)于氣體傳感器對(duì)多少種不同的分析物敏感，并且/或者氣體傳感器對(duì)分析物的多少種不同特性敏感。在另一實(shí)施例中，敏感材料可以包括聚合物，在一個(gè)實(shí)施例中，所述聚合物可以對(duì)H2O敏感，因而所述傳感器可以是濕度傳感器?？梢詫?duì)這樣的聚合物的電容或電阻加以測(cè)量，從而導(dǎo)出有關(guān)可以與所述敏感層相互作用的氣體的信息?？梢栽趯怏w傳感器芯片安裝到載體上之前或之后施加所述敏感材料。

在本發(fā)明的另一實(shí)施例中，可以在將氣體傳感器芯片安裝到公共載體之后，并且在施加敏感材料之前或之后，將模制混合物施加至所述載體的每個(gè)氣體傳感器芯片。所述模制混合物可以至少部分地包封所述氣體傳感器芯片。可以使氣體傳感器芯片的部分保持不被覆蓋。模制混合物內(nèi)的開口優(yōu)選提供通往氣體傳感器芯片的未被覆蓋的區(qū)域的至少部分的通道。在模制混合物之后施加敏感材料的情況下，可以通過這一開口將敏感材料施加到氣體傳感器芯片的未被覆蓋的部分上。如果模制過程或者其他處理步驟影響所述敏感材料，那么這一制造步驟順序尤為優(yōu)選。模制混合物內(nèi)的開口允許所要測(cè)量的氣體觸及氣體傳感器芯片上的共同形成氣體傳感器芯片的敏感層。同時(shí)，所述開口允許穿過其構(gòu)建所述敏感層。不要求通過靈敏材料填充整個(gè)的未被模制混合物覆蓋的部分。優(yōu)選不向所述優(yōu)選膜施加模制混合物，從而使之不與這一受熱部分接觸。可以向這一部分的某一區(qū)段施加敏感材料?？梢詫怏w傳感器芯片接合至管芯墊，并且可以采用模制混合物對(duì)這樣的器件進(jìn)行模制，所述模制混合物不僅起著對(duì)氣體傳感器芯片的局部包封的作用，還起著對(duì)接觸墊和管芯墊進(jìn)行機(jī)械固定的作用。

上文說明的向氣體傳感器芯片中的至少一個(gè)施加模具的步驟還在器件操縱方面提供了好處。在可以通過不同工具和/或在與將氣體傳感器芯片安裝到載體上的地點(diǎn)不同的地點(diǎn)上執(zhí)行敏感材料的配發(fā)的情況下，優(yōu)選通過拾取器將器件從一個(gè)位置轉(zhuǎn)移到另一個(gè)位置。

優(yōu)選將模制混合物配置為至少部分地包圍和/或包封氣體傳感器芯片，所述模制混合物優(yōu)選是具有填充顆粒的環(huán)氧樹脂，所述填充顆?？梢允?例如)玻璃，尤其是SiO₂，并且可以在施加敏感材料之前將所述模制混合物施加至氣體傳感器芯片。在制造多個(gè)氣體傳感器的情況下，在共同的制造步驟中將模制混合物施加到公共載體上的所有氣體傳感器芯片上，由此生成跨公共載體的連續(xù)模制混合物，包括對(duì)其他芯片(如果有的話)的包封。

為了制造具有開口的模制混合物，在模制過程中采用的模具可以具有突起。在這種情況下，可以保護(hù)氣體傳感器芯片在模制過程中免受機(jī)械沖擊，并且可以通過優(yōu)選具有彈性的層對(duì)指定的敏感層的區(qū)域進(jìn)行密封，所述彈性層被布置到所述區(qū)域內(nèi)的氣體傳感器芯片的上面和/或被布置到所述模具的所述突起或其部分處。在模制之后，可以再次去除所述層。在不同的實(shí)施例中，可以將密封框架淀積到預(yù)計(jì)將所述敏感層布置到的區(qū)域的周圍。之后，可以在模制過程中使得用于制造所述開口的模具的突起座落到應(yīng)力釋放框架上。在模制之后未必要去除所述密封框架。所述密封框架可以由彈性材料構(gòu)成。在另一實(shí)施例中，可以將壁元件布置到氣體傳感器芯片的上面，從而環(huán)繞預(yù)計(jì)將所述敏感層布置到的區(qū)域。例如，可以將這樣的壁元件接合至氣體傳感器芯片，或者可以通過光刻步驟制造這樣的壁元件，所述壁元件可以具有與模制混合物不同的材料，并且可以充當(dāng)防止模制混合物進(jìn)入指定給敏感層的區(qū)域的屏障。在這一實(shí)施例中，所述模具未必一定需要突起，其甚至可以是平坦的，并且在模制過程中直接座落在所述壁元件上，例如，座落在其密封層上。可以在模制之后將所述壁元件去除，但是假設(shè)模制混合物在所述壁處停止，那么其將繼續(xù)在模制混合物中定義所述開口。所述壁優(yōu)選具有與所述模制混合物不同的材料。

優(yōu)選將模制混合物內(nèi)的開口布置到氣體傳感器的正面，同時(shí)將接觸墊和管芯墊布置到其背面。這樣可以提供適于布置到便攜式電子裝置，例如，移動(dòng)電話、平板電腦等當(dāng)中的緊湊、小巧的封裝。

在優(yōu)選實(shí)施例中，氣體傳感器具有長(zhǎng)度l乘以寬度w的覆蓋面積，所述覆蓋面積是以mm²計(jì)的。具體而言，長(zhǎng)方體氣體傳感器具有l(wèi)×w mm2的覆蓋面積，其中，l∈[2.3，2.6]mm，w∈[2.3，2.6]mm。優(yōu)選地，開口的直徑d小于2mm，尤其是d∈[1.4，1.6]mm。

在優(yōu)選實(shí)施例中，在將所述氣體傳感器芯片或每個(gè)氣體傳感器芯片都安裝到包括接觸墊的載體上之后并且在施加敏感層或模制混合物之前，將所述或每個(gè)氣體傳感器芯片電連接至所分配的接觸墊，所述電連接可以是直接連接或者可以經(jīng)由獨(dú)立的ASIC，優(yōu)選利用引線接合。

在另選的實(shí)施例中，所述載體可以是印刷電路板，其中，所述接觸墊是由所述印刷電路板正面的金屬化形成的，并且所述接觸墊是由印刷電路板背面的金屬化形成的，其額外需要貫穿所述印刷電路板的通孔，以連接所述接觸墊?？梢圆捎闷渌d體，例如，陶瓷襯底或玻璃襯底來替代印刷電路板。

在第一優(yōu)選截?cái)嗖襟E中，在對(duì)敏感材料退火之前和/或在施加模具之后截?cái)噙B接至接觸墊的支撐引線的第一子集。由此，可以將接觸墊與載體隔離。氣體傳感器芯片仍然通過支撐引線的第二子集固定至載體。在另一實(shí)施例中，支撐引線的第一子集可以是絕緣的，因而沒有必要在對(duì)敏感材料退火之前將其截?cái)唷?/p>

在對(duì)仍然通過公共載體機(jī)械耦合的氣體傳感器芯片的敏感材料退火之后，可以同時(shí)對(duì)它們進(jìn)行測(cè)試和/或校準(zhǔn)，例如，通過向各接觸墊施加探頭。

在優(yōu)選的第二截?cái)嗖襟E中，接下來可以對(duì)支撐引線的第二子集、互連器和模制混合物(如果存在的話)實(shí)施截?cái)?，從而將氣體傳感器分開。所述截?cái)喟ㄊ垢髦我€機(jī)械中斷。優(yōu)選從所提出的器件的背面對(duì)該支撐引線的子集本身實(shí)施所述第一截?cái)嗖襟E和/或第二截?cái)嗖襟E，在所述位置上載體的各個(gè)部分通常是可觸及的。優(yōu)選地，每個(gè)管芯墊具有矩形形狀，每個(gè)矩形形狀具有四個(gè)邊，其中，將接觸墊布置到對(duì)應(yīng)的管芯墊的相對(duì)的邊上。連接每個(gè)管芯墊的第二子集的支撐引線反而至少?gòu)牧硗鈨蓷l邊中的一個(gè)背離管芯墊。這樣能夠?qū)崿F(xiàn)通過單個(gè)截?cái)嗖襟E，例如，通過單個(gè)鋸切步驟來截?cái)嘟佑|墊，或者分別截?cái)嗖贾迷趯?duì)應(yīng)的管芯墊的一個(gè)邊緣處的支撐引線的第一子集。在第一截?cái)嗖襟E中，優(yōu)選還不截?cái)噙B接連接管芯墊的第二組支撐引線。如果向氣體傳感器芯片應(yīng)用模具，那么將在劃片過程中保護(hù)可通過開口觸及的敏感層。

在一個(gè)實(shí)施例中，可以將劃片膠帶附著到所提出的器件的正面上，由此覆蓋模制混合物內(nèi)的開口。之后，從背面將所述器件劃片成各個(gè)氣體傳感器芯片。

在優(yōu)選實(shí)施例中，例如，可以通過(例如)蝕刻來標(biāo)記出所要截?cái)嗟奈恢谩?/p>

在截?cái)嘀?，將各個(gè)氣體傳感器的一個(gè)或多個(gè)被截?cái)嗟幕ミB器通過一端唯獨(dú)地連接至對(duì)應(yīng)的電源接觸墊。優(yōu)選地，每個(gè)截?cái)嗟幕ミB器的另一端不再受到連接，并且通過絕緣層或者通過將其固定至芯片上的絕緣區(qū)域而對(duì)其絕緣。

在一個(gè)實(shí)施例中，氣體傳感器具有六個(gè)接觸墊。如上文所指出的，接觸墊中的第一個(gè)起著用于向處理電路提供電流的引腳的作用。接觸墊中的另一個(gè)可以充當(dāng)用于為加熱器的工作供電的加熱器電源引腳。接觸墊中的第三個(gè)可以充當(dāng)接地引腳。接觸墊中的第四個(gè)可以充當(dāng)至少用于從氣體傳感器芯片接收根據(jù)通信協(xié)議傳達(dá)的測(cè)量數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)引腳。接觸墊中的第五個(gè)為用于操作通信協(xié)議，例如，I2C協(xié)議的起著時(shí)鐘引腳的作用。接觸墊中的第六個(gè)起著用于對(duì)氣體傳感器芯片編程的可編程引腳的作用。

優(yōu)選地，在氣體傳感器的背面將六個(gè)接觸墊布置為兩行，每行三個(gè)，將管芯墊布置到兩行(每行三個(gè))接觸墊之間。這樣做能夠?qū)崿F(xiàn)密集布置，尤其是在管芯墊具有矩形形狀的情況下。

在優(yōu)選實(shí)施例中，氣體傳感器的正面包括至少一個(gè)標(biāo)記。在氣體傳感器的覆蓋區(qū)域具有矩形形狀的情況下，將每個(gè)標(biāo)記布置到所述正面的拐角內(nèi)。優(yōu)選地，將單個(gè)標(biāo)記施加到所述拐角中的一個(gè)上，以定義氣體傳感器的取向。

所提出的氣體傳感器在其各種實(shí)施例中不僅外形小巧，同時(shí)還減少了有可能影響測(cè)量的滲氣，所述氣體傳感器確保了穩(wěn)定/“干凈”的電源VDD，與此同時(shí)通過加熱器接觸墊向加熱器提供高電流，而不干擾對(duì)氣體傳感器的除了加熱器以外的所有功能的供電。僅局部地施加對(duì)敏感層的加熱，在該位置上，可以實(shí)現(xiàn)超過200℃，有時(shí)甚至還要高得多的溫度。相反，在具有加熱器和敏感層的優(yōu)選膜之外，溫度可以不超過(例如)85℃，以避免對(duì)傳感器信號(hào)的處理造成影響。優(yōu)選將對(duì)應(yīng)的處理電路布置到所述膜之外，所述處理電路優(yōu)選向接觸墊中的一個(gè)提供數(shù)字信號(hào)。優(yōu)選地，最終能夠?qū)⑺岢龅臍怏w傳感器SMD安裝到外部支撐上。

在從屬權(quán)利要求以及下文的描述當(dāng)中列舉了氣體傳感器的制造的其他有利實(shí)施例。

附圖說明

本發(fā)明的實(shí)施例、各個(gè)方面和優(yōu)點(diǎn)將通過下文對(duì)其作出的詳細(xì)描述而變得清楚。這樣的描述將參考附圖，其中：

圖1在示意圖a)到c)中示出了在根據(jù)本發(fā)明的方法的實(shí)施例中應(yīng)用的制造步驟，

圖2在示意圖a)到c)中示出了在根據(jù)本發(fā)明的方法的實(shí)施例中應(yīng)用的制造步驟，

圖3在示意圖a)到b)中示出了在根據(jù)本發(fā)明的方法的實(shí)施例中應(yīng)用的模制混合物的制造步驟，

圖4示出了在根據(jù)本發(fā)明的方法的實(shí)施例中應(yīng)用的另一制造步驟，以及

圖5在示意圖a)中通過透視圖，在示意圖b)中通過頂視圖，在示意圖c)中通過底視圖，在示意圖d)中通過截面圖示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的氣體傳感器。

具體實(shí)施方式

圖1在示意圖a)到c)中示出了在根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的氣體傳感器的制造方法中應(yīng)用的制造步驟。這些步驟是指以后將被封裝到氣體傳感器內(nèi)的適當(dāng)氣體傳感器芯片的制造。在示意圖1a)中，提供晶片，其含有半導(dǎo)體襯底37和在晶片的正面fs布置在半導(dǎo)體襯底37上的層堆疊38。照此，所述晶片可以是向其內(nèi)制造集成處理電路36以及接觸墊35的標(biāo)準(zhǔn)CMOS晶片。晶片內(nèi)的垂直虛線表示劃片溝槽，稍后將沿所述劃片溝槽將晶片劃成多個(gè)氣體傳感器芯片。除了墊35和數(shù)據(jù)處理電路36之外，可以在晶片的正面fs制造加熱器34，例如，將加熱器34包含到層堆疊38的圖案化金屬層中的一個(gè)內(nèi)。

在制備了根據(jù)示意圖1a)的晶片之后，優(yōu)選將凹陷32制造到晶片的背面bs內(nèi)，具體而言，使凹陷32位于每個(gè)加熱器34的下面。在一個(gè)實(shí)施例中，凹陷32可以是通過向半導(dǎo)體襯底37內(nèi)進(jìn)行蝕刻而制造的。通過這樣做，每個(gè)將來的氣體傳感器芯片可以包括膜39，該膜39可以是由層堆疊38以及(可能的)半導(dǎo)體襯底37的薄部分構(gòu)成的。該優(yōu)選膜39可以起到隔熱作用。

根據(jù)示意圖1c)，之后可以將晶片劃片成各個(gè)氣體傳感器芯片3，每個(gè)氣體傳感器芯片3可以包括處于其正面fs上的膜39，并且包括淀積在優(yōu)選膜39上或者集成到該優(yōu)選膜內(nèi)的加熱器34以及均優(yōu)選布置在優(yōu)選膜39之外的處理電路36和用于氣體傳感器芯片3的電接觸的墊35。

圖2在示意圖a)到c)中示出了在根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的方法中應(yīng)用的制造步驟。

根據(jù)示意圖2a)，提供了圖2a)所示的優(yōu)選具有引線框架4的形式的載體2的剪切圖。引線框架4通常是由導(dǎo)電材料構(gòu)成的網(wǎng)格式結(jié)構(gòu)。各條互連的引線可以是從金屬薄板上蝕刻或者沖壓下來的。假設(shè)已經(jīng)將引線框架4制備成圖2a)所示的形狀，從而實(shí)現(xiàn)在其上制造氣體傳感器陣列的目的。盡管在當(dāng)前例子中，引線框架4只包括三個(gè)用于構(gòu)建氣體傳感器陣列的平臺(tái)，但是應(yīng)當(dāng)理解在實(shí)際制造中，引線框架4可以包含很多額外的平臺(tái)，例如，用于在其上構(gòu)建數(shù)十或者數(shù)百傳感器。因而，引線框架4促成了載體2，該載體2對(duì)于所有希望能夠在共同的制造過程中制造出來的氣體傳感器是共用的。

本引線框架4含有(例如)垂直支撐引線41和水平支撐引線42。垂直支撐引線41含有指狀擴(kuò)展部，該指狀擴(kuò)展部的末尾部分代表未來的氣體傳感器的接觸墊22-27。通過虛線表示這些末尾部分，同時(shí)將這樣的擴(kuò)展部稱為由接觸支撐引線41、411構(gòu)成的第一子集。引線框架4還包括管芯墊21，每個(gè)管芯墊21充當(dāng)在其上安裝氣體傳感器芯片3的平臺(tái)。將由支撐引線42、421構(gòu)成的第二子集連接至管芯墊21。

在下一步驟中，如示意圖2b)中所示，將氣體傳感器芯片3安裝到每個(gè)管芯墊21上。氣體傳感器芯片3可以是根據(jù)圖1制備的氣體傳感器芯片3。將敏感材料施加到氣體傳感器芯片3的正面上?？梢栽趯怏w傳感器芯片3安裝到載體上之前或之后施加所述材料。在將模制混合物施加到氣體傳感器芯片3上的情況下，甚至可以在如圖3b)所示施加模制混合物之后施加敏感材料。可以將每個(gè)氣體傳感器芯片3放置到對(duì)應(yīng)的管芯墊21上，其中，使其背面bs面對(duì)管芯墊21，從而由氣體傳感器芯片3的凹陷部分和管芯墊21構(gòu)建腔室。在下一步驟中，通過接合引線300表示的引線接合將氣體傳感器芯片3電連接至接觸墊22-27。接觸同一氣體傳感器芯片3的接觸墊22-27形成了一組接觸墊200。每組接觸墊200中的接觸墊22-27中的一個(gè)是電源接觸墊25。電源接觸墊25向?qū)?yīng)的氣體傳感器芯片3的處理電路36提供電流。兩個(gè)或更多的電源接觸墊25建立了一組電源接觸墊250。組250的電源接觸墊25通過電互連器互連。為了對(duì)對(duì)應(yīng)的氣體傳感器芯片3的敏感層退火，將電流施加至該組電源接觸墊250中的至少一個(gè)電源接觸墊25，由此通過該互連器向該組250的所有電源接觸墊25施加電流。圖2c)示出了圖2b)的氣體傳感器陣列表面的斜視圖?；ミB器251對(duì)組250的電源接觸墊25互連，其中，互連器251優(yōu)選是引線接合。這樣的引線接合中的一者或多者可以接觸電源接觸墊25中的一個(gè)。優(yōu)選地，如圖2c)所示，利用兩個(gè)引線接合將一些電源接觸墊25連接至該組電源接觸墊250中的對(duì)應(yīng)相鄰氣體傳感器芯片3的電源接觸墊25。

在圖3a所示的方法的優(yōu)選步驟中，在現(xiàn)有的結(jié)構(gòu)的上面施加模制混合物1，從而使模制混合物1包封對(duì)應(yīng)的氣體傳感器芯片3，但不包封住開口11，所述開口11提供通往每個(gè)氣體傳感器芯片3的優(yōu)選為膜39的部分的通道。模制混合物1提供機(jī)械穩(wěn)定性，并且保護(hù)氣體傳感器芯片3。模制混合物1優(yōu)選是由絕緣材料構(gòu)成的，例如，含有諸如玻璃(尤其是SiOn2)的填充顆粒的環(huán)氧樹脂。為了制造模制混合物1，將圖3a)的器件插入到磨具內(nèi)。之后，采用(例如)液態(tài)的模制混合物填充所述磨具。而后，模制混合物1硬化成固態(tài)模制混合物1，例如，圖3a)中所提及的。從這一示意圖可以看出，模制混合物在載體2之上延伸成了避開開口11的連續(xù)模制混合物。

如果根據(jù)圖3a)向氣體傳感器芯片3施加了模制混合物1，那么圖3b)示出了如何通過每個(gè)開口11將敏感材料施加到氣體傳感器芯片3的相應(yīng)部分上以形成敏感層31。對(duì)于采用或不采用模制混合物1的氣體傳感器制造而言，可以將敏感材料無接觸地分配到氣體傳感器芯片3上，例如，利用噴墨打印機(jī)的打印頭，該打印頭將提供具有溶液或懸浮液的形式的敏感材料。

優(yōu)選地，在將敏感材料施加至氣體傳感器芯片3之后，在施加模制混合物1之前或之后，或者在沒有模制混合物1的情況下，執(zhí)行第一截?cái)嗖襟E。在這第一截?cái)嗖襟E中，優(yōu)選從器件的背面截?cái)嘀我€的第一子集，在圖4中示出了所提及的背面?？梢栽诟鶕?jù)示意圖4的底視圖中看到結(jié)果。其中示出了鋸切線9，將沿所述鋸切線截?cái)鄽怏w傳感器陣列的接觸墊22-28的支撐引線41、411的第一子集。可以不提供示意圖4所示的兩條細(xì)鋸切線9，而是提供一條寬鋸切線，從而在單個(gè)鋸切步驟中截?cái)喾峙浣o兩個(gè)不同管芯墊21的接觸墊22-27。連接管芯墊21的第二組支撐引線42、421保持原樣，即，只沿垂直方向鋸切。

在第一截?cái)嗖襟E之后，將電流施加至互連器251、電源接觸墊25和支撐引線42的第二子集，所述支撐引線的第二子集經(jīng)由管芯墊21連接至起著接地引腳的作用的接觸墊23。由此，將電流提供給對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)處理電路36。響應(yīng)于所述電流的施加，通過對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)處理電路36控制集成到對(duì)應(yīng)的氣體傳感器芯片3內(nèi)的對(duì)應(yīng)電源控制器。電源控制器實(shí)現(xiàn)向?qū)?yīng)加熱器34的電流供應(yīng)，從而對(duì)對(duì)應(yīng)的敏感層31退火。之后，可以通過向該組250中的一個(gè)電源接觸墊25施加電流(例如，通過一個(gè)探頭)而同時(shí)對(duì)所有氣體傳感器芯片3上的敏感材料層31退火，所述退火是在所述的所有氣體傳感器芯片3存在于共同載體2上的同時(shí)進(jìn)行的。

在其他步驟中，可以對(duì)處于共同載體2上的氣體傳感器進(jìn)行校準(zhǔn)和/或測(cè)試，例如，通過從背面向接觸墊22-27施加電極。

在最終步驟中，通過第二截?cái)嗖襟E使氣體傳感器相互分離，其中，優(yōu)選從背面截?cái)嘀我€42、421的第二子集、電互連器251和模制混合物1。由此，可以通過將氣體傳感器的正面附著到劃片膠帶上而對(duì)其予以保護(hù)。

圖5示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的包含模制混合物1的個(gè)體氣體傳感器，該氣體傳感器優(yōu)選是根據(jù)制造方法的實(shí)施例，尤其是根據(jù)圖2和圖3所示的制造方法制造的。示意圖5a)通過透視圖示出了具有模制混合物的氣體傳感器的實(shí)施例，示意圖5b)通過頂視圖，示意圖5c)通過底視圖，示意圖5d)通過沿示意圖5a)中的線A-A'的截面圖對(duì)其給出了圖示。

具有模制混合物1的氣體傳感器具有通過模制混合物1界定的長(zhǎng)方體形狀，該長(zhǎng)方體形狀具有正面FS和與正面FS相反的背面BS。模制混合物1內(nèi)的開口11提供了通往氣體傳感器芯片3的敏感層31的通道。在正面FS上的模制混合物1的拐角中的一個(gè)內(nèi)，提供標(biāo)記6，例如，通過激光處理、噴墨打印等。所述標(biāo)記6優(yōu)選起著指示氣體傳感器的取向的作用，但是其也可以替代性地或者額外地指示器件編號(hào)、序號(hào)、制造商等當(dāng)中的一者或多者。在側(cè)壁SW內(nèi)，使接觸墊25、26、27的前端以及支撐引線421的前端從模制混合物1露出?？梢允闺娀ミB器251部分地被所述模具包封，并且連同所述模具一起被截?cái)啵@樣只有一端是可見的，如圖5a)所示。

不過，在不同的實(shí)施例中，接觸墊和/或管芯墊支撐體211中的一者或多者可以不像圖1所示的那樣終止于氣體傳感器的底緣，而是可以從這樣的邊緣升高，例如，就像圖1的右側(cè)的剪切圖所示的那樣，其中，將管芯墊支撐211布置為與所述底緣相距一定距離，例如，處于100μm和200μm之間的距離。

當(dāng)前例子的具有模制混合物1的氣體傳感器具有優(yōu)選處于0.7和0.8mm之間的高度h。開口11具有圓形形狀，并且具有小于2mm的，優(yōu)選處于1.4mm和1.6mm之間的直徑d。氣體傳感器具有l(wèi)×w的覆蓋面積，其中，長(zhǎng)度l和寬度w的每者優(yōu)選處于2.3和2.7mm之間的范圍內(nèi)。敏感層31優(yōu)選具有比開口的直徑d小一點(diǎn)的直徑，從而使氣體傳感器芯片3處于敏感層31之外的一小部分可在頂視圖中看到。

參見圖5c)，氣體傳感器的背面BS示出了六個(gè)接觸墊22-27。接觸墊22-27被布置為兩行，每行三個(gè)接觸墊，所述兩行的每者位于氣體傳感器的兩個(gè)相對(duì)邊緣上。優(yōu)選地，每個(gè)接觸墊具有小于0.5mm×0.5mm的尺寸，并且一行的每?jī)蓚€(gè)接觸引腳之間的間距處于0.8mm的范圍內(nèi)。優(yōu)選地，接觸墊25起著用于向處理電路36提供電流的電源引腳的作用。優(yōu)選地，如果啟用了電源控制器，那么其他接觸墊中的一個(gè)起著用于向加熱器34提供電流的加熱器引腳的作用。另一接觸墊可以充當(dāng)接地引腳。另一接觸墊可以充當(dāng)數(shù)據(jù)引腳，其至少用于接收根據(jù)通信協(xié)議，例如，I2C協(xié)議傳達(dá)的來自氣體傳感器芯片3的測(cè)量數(shù)據(jù)。第四接觸墊可以充當(dāng)用于操作通信協(xié)議，例如，I2C協(xié)議，的時(shí)鐘。接觸墊還可以充當(dāng)用于采用(例如)校準(zhǔn)數(shù)據(jù)對(duì)氣體傳感器芯片3編程的可編程引腳。在所述兩行之間提供充當(dāng)氣體傳感器芯片3的支撐的管芯墊21。管芯墊21具有矩形形狀，并且具有一個(gè)平化的拐角，其可以充當(dāng)氣體傳感器的取向的光和/或機(jī)械編碼。接觸墊22-27和管芯墊21通過模制混合物1機(jī)械關(guān)聯(lián)。

根據(jù)根據(jù)示意圖5d)的截面圖，將氣體傳感器芯片3布置到管芯墊21的上面，例如，將氣體傳感器芯片3接合至管芯墊21。氣體傳感器芯片3具有正面fs和背面bs。在一個(gè)實(shí)施例中，氣體傳感器芯片3可以包括半導(dǎo)體襯底37和布置在襯底37的上面的CMOS層?？梢詮谋趁鎎s對(duì)襯底37進(jìn)行蝕刻或者從背面局部去除，從而使氣體傳感器的傳感器芯片3可以在其背面bs具有凹陷32。作為在氣體傳感器芯片3內(nèi)構(gòu)建優(yōu)選的凹陷32的結(jié)果，在氣體傳感器芯片3內(nèi)生成了減薄結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)又稱為膜39。將敏感結(jié)構(gòu)31布置到優(yōu)選膜39的上面或內(nèi)部。

在具體實(shí)施例中，敏感層31包括金屬氧化物層，將對(duì)該金屬氧化物層加熱，從而實(shí)現(xiàn)化學(xué)分析物的感測(cè)。出于這一目的，將諸如電阻加熱器的加熱器34布置到膜33之內(nèi)或下面，以用于對(duì)敏感層31加熱。因而，可以將氣體敏感層31和加熱器34兩者布置到膜39的上面或內(nèi)部，并使其處于凹陷32之上。這種布置歸功于優(yōu)選膜39提供的隔熱，其將提高測(cè)量的準(zhǔn)確度。

在優(yōu)選實(shí)施例中，管芯墊21具有用于使腔室5與外界連通的孔212。可以通過腔室5內(nèi)的氣體將熱量傳導(dǎo)至起著熱沉的作用的管芯墊21。管芯墊內(nèi)的孔212可以實(shí)現(xiàn)壓力平衡，從加熱器的加熱的角度來看，所述的壓力平衡可以是有利的。

盡管上文對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例給出了圖示和描述，但是應(yīng)當(dāng)理解本發(fā)明不限于此，在下述權(quán)利要求的范圍內(nèi)可以通過各種方式對(duì)其進(jìn)行實(shí)施和實(shí)踐。