介電常數屏蔽的制作方法
【專利摘要】公開了用于對介電常數敏感器件進行屏蔽的技術。
【專利說明】介電常數屏蔽
相關申請的交叉引用
[0001]本申請要求2012年3月16日提交的美國專利申請13/422，216的優(yōu)先權，其全部內容在此通過引用并入本文中。


【發(fā)明內容】

[0002]公開了用于對例如結合有壓力傳遞和生物適合的材料的介電常數敏感器件進行屏蔽的技術。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0003]圖1示出具有介電常數屏蔽的生物可植入傳感器器件的第一實施例。
[0004]圖2示出具有介電常數屏蔽的生物可植入傳感器器件的第二實施例。
[0005]圖3示出具有介電常數屏蔽的生物可植入傳感器器件的第三實施例。
[0006]圖4為電容性壓力傳感器組件的照片。

【具體實施方式】
[0007]固態(tài)器件的性能可能會受到該器件周圍環(huán)境的介電常數中的改變的影響。如果在一種環(huán)境，例如在具有近似為I的相對介電常數的空氣中對該器件進行校準，并然后使該器件在不同的環(huán)境，例如可具有大約80的相對介電常數的液態(tài)水(水的相對介電常數作為溫度、頻率、鹽度等的函數極易變化)中進行操作，則來自該器件的輸出可能是易誤解的。在介電常數敏感器件的廣泛的多種應用中，改變中的介電常數環(huán)境的影響可能是重要的，且特別是在電容性壓力傳感器在活的有機體中使用時已經觀察到這種影響。
[0008]電容性壓力傳感器有時被用在難以進行重新校準的情形中，例如，在活的有機體中用于測量血壓，以及在汽車輪胎內部用于測量胎壓。在此上下文中，避免必須重新校準傳感器以解決介電常數環(huán)境中的改變是有用的。介電常數屏蔽可以使改變中的介電常數環(huán)境對固態(tài)器件的影響最小化，減小或消除重新校準的需要。
[0009]任何對其環(huán)境的介電常數中的改變敏感的器件都有可能得益于介電常數屏蔽。半導體器件，例如CMOS器件是已知的在特定情況下對環(huán)境介電常數中的改變敏感的器件。微機電系統(tǒng)(MEMS)也可能對環(huán)境介電常數中的改變敏感。這種MEMS可被設計來用作傳感器，包括電容性壓力傳感器，并且可以被形成在CMOS半導體器件上。
[0010]MEMS電容性壓力傳感器可以用在多種上下文中，以測量流體的壓力，例如測量血壓或者測量輪胎內部的空氣壓力。為了測量血壓，通常將例如通過將該器件密封在諸如硅樹脂的生物適合的材料中來使電容性壓力傳感器變得生物適合的。硅樹脂滿足為測量壓力而長期植入所需的技術和生物學要求。硅樹脂因為其生物適合性、長期穩(wěn)定性，以及將壓力從其內表面?zhèn)鬟f到其外表面的能力而是一種近乎理想的材料。
[0011]不過，硅樹脂是生物適合的，部分原因在于其是多孔的。當硅樹脂暴露于諸如血液的流體時，流體和/或水汽將滲透硅樹脂。這種滲透將置換空氣，或諸如此類浸沒之前存在流體，從而改變周圍環(huán)境的介電常數，并由此劇烈地改變電容性壓力傳感器讀數。因此在浸入之后要求立即進行重新校準。此外，滲透過程有可能花費時間的很大變化量，使得電容性壓力傳感器讀數可能在數小時、數天或數星期內連續(xù)改變。并且，由于滲透物質的成分可能隨時間改變(例如，血液化學性質、藥物的濃度以及其它健康條件變化)，滲透對介電常數的影響有可能不可預知地變化。這種不可預知性要求在長時間段上警惕地監(jiān)測傳感器的校準。對于其它應用來說，可以優(yōu)選不同的保護涂層，通常是塑料或其它非金屬涂層，然而類似多孔的替換涂層將具有許多與硅樹脂相同的優(yōu)點和缺點。
[0012]圖1示出生物可植入傳感器器件的一個實施例。在該實施例中，生物可植入傳感器器件包括具有外表面2的半導體器件1。傳感器3被形成在半導體器件1的外表面2上。第一金屬粘合劑層4粘附于半導體器件1的外表面2的一部分上。介電常數屏蔽層5疊加在且粘附于第一金屬粘合劑層4上，以便改善介電常數屏蔽與半導體器件1之間的接觸。第二金屬粘合劑層6疊加在且粘附于介電常數屏蔽層5上。生物適合的最外部保護層7疊加在且粘附于第二金屬粘合劑層6上，以便改善介電常數屏蔽5與保護層7之間的接觸。這些層之間的強粘附防止保護層7 (在生物學應用中通常為硅樹脂)的局部層離，其嵌入硅樹脂層的機械性質中的結果改變，以及隨之發(fā)生的校準參數中的改變(即，壓力傳遞函數的改變)。盡管圖1示出第一金屬粘合劑層4直接接觸外表面2，但將理解的是，半導體器件的電子元件將與施加于外部的任何金屬電隔離。通常，介電常數屏蔽層5將電連接到接地?？商鎿Q地，介電常數屏蔽可以僅被施加到半導體器件1的一個表面，如圖1中所示，或者可以疊加在半導體器件1的不止一側上，乃至疊加在半導體器件1的所有側面上。
[0013]通常，如圖1中所示，最外部保護層7將完全密封半導體器件1。金屬粘合劑4，6以及介電常數屏蔽5通常將覆蓋器件1的除其上形成傳感器3的表面部分以外的全部外表面2，但可替換地，其可以覆蓋傳感器3。使傳感器3不被金屬粘合劑4，6以及介電常數屏蔽5覆蓋可以改善力向傳感器的動力學傳輸，如果傳感器3是電容性壓力傳感器，則這一點是特別重要的。
[0014]圖2示出可植入的生物適合的傳感器器件的另一實施例。在該實施例中，第一生物適合的保護層14疊加在且粘附于半導體器件11的外表面12的一部分上。再次，傳感器13被形成在外表面12上。第一金屬粘合劑層15疊加在且粘附于第一生物適合的保護層14上。介電常數屏蔽層16疊加在且粘附于第一金屬粘合劑層15上。第二金屬粘合劑層17疊加在且粘接到介電常數屏蔽層16上。第二生物適合的最外部保護層18疊加在且粘附于第二金屬粘合劑層17上。如同圖1的實施例，金屬粘合劑15，17以及介電常數屏蔽16通常將覆蓋器件11的除其上形成傳感器13的表面部分以外的全部外表面12，但可替換地，可以覆蓋傳感器13。
[0015]圖3示出可植入的生物適合的傳感器器件的另一實施例，具有帶有外表面22的半導體器件21，傳感器23被形成在外表面22上，第一生物適合的保護層24疊加在且粘附于半導體器件21的外表面22的一部分上，第一金屬粘合劑層25疊加在且粘附于第一生物適合的保護和壓力傳遞層24上，介電常數屏蔽層26疊加在且粘附于第一金屬粘合劑層25上，第二金屬粘合劑層27疊加在且粘附于介電常數屏蔽層26上，以及第二生物適合的最外部保護層28疊加在且粘附于第二金屬粘合劑層27上。該實施例與圖2的實施例類似，但區(qū)別在于，介電常數屏蔽26，金屬粘合劑25和27以及最外部保護和壓力傳遞層28均將各層完全地密封在內。介電常數屏蔽26以及金屬粘合劑25和27也疊加在傳感器23上。
[0016]傳感器可以是形成在半導體表面上的微機電器件。半導體可以是CMOS器件。傳感器可以是例如電容性壓力傳感器。
[0017]第一和第二金屬粘合劑層可以是相同的材料。該材料可以包括、或者基本上或完全由鎢與鈦的合金組成。介電常數屏蔽層可包括導電金屬或金屬合金。介電常數屏蔽可包括、基本上或完全由金組成。保護層可包括、基本上或完全由娃樹脂組成。
[0018]金屬粘合劑或介電常數屏蔽或者兩者都可以通過電鍍金屬化、或濺射、或任何其它工藝來沉積，其中將金屬或金屬合金的薄層沉積在限定的預先確定的幾何形狀中。
[0019]介電常數屏蔽至少起到兩個作用。第一，導電性(最好是高導電性)介電常數屏蔽將有助于使傳感器附近的介電常數中的改變對傳感器的影響最小化。導電性介電常數屏蔽可以充當部分法拉第籠，減小介電常數環(huán)境中的改變具有的對于傳感器中或周圍的電磁場的影響。這種屏蔽效果還保護了在器件內實現(xiàn)的全部電子電路。
[0020]第二，介電常數屏蔽可充當流體屏障，防止介電常數變更中的物質(例如血液)滲透到保護層的至少一部分。大約0.2到5微米的厚度被認為足以使金屬性介電常數屏蔽層基本上變得水不能滲透。不過，為了使該屏障對于其它流體不能滲透，可能要求更大或更小的厚度。通過使保護層與流體隔離，流體不能滲透的介電常數屏障在傳感器周圍創(chuàng)建了一個區(qū)域，其中介電常數環(huán)境被維持并且不變更。此外，可以是有利的是，不僅直接在傳感器周圍的區(qū)域，而且全部電子電路都應當針對改變中的介電常數受到保護，因為改變中的介電常數還有可能引起電子電路中的改變，并因此可能導致改變器件的校準數據。保護層的無流體區(qū)域可以是0.3到2毫米厚，這取決于所考慮的流體的介電常數特性。
[0021]在其中介電常數屏蔽疊加在傳感器上的實施例中，如果介電常數屏蔽可靠且精確地傳遞壓力，則該傳感器將工作良好。為了實現(xiàn)良好的壓力傳遞，介電常數屏蔽和相關聯(lián)的粘合劑層應當是柔性的。更薄的介電常數屏蔽一般更柔性。不過，如下面解釋的，介電常數屏蔽還應當是流體不能滲透的，這要求取決于流體與屏蔽材料的特別的組合的特定最小厚度。金被發(fā)現(xiàn)能工作良好，其對于血液及其組成成分相對不能滲透，同時依然相對薄且柔性。金的優(yōu)點還在于其高的導電性。
[0022]本文中所述的介電常數屏蔽可以應用于廣泛的多種系統(tǒng)中，尤其是在美國專利N0.7，682，313,7, 686，768中所述的可植入壓力監(jiān)視器，所述美國專利N0.7，682，313、7，686，768在此通過弓I用并入本文中。這種可植入壓力監(jiān)視器的一個示例在圖4中示出，其中將ASIC安裝在基板平臺上，并且通過導線與天線組件連接。通常，如圖1-3中所示，將對包括基板以及其它附屬物(諸如天線和連接導線)的整個器件進行密封?？梢詫⑦@種監(jiān)視器植入到適當的位置，以監(jiān)視患者體內的多個心臟血管空間，諸如左心房、右心房、左心室、右心室、升主動脈、主動脈弓、降胸主動脈、腹動脈、肺動脈、頭臂動脈、右鎖骨下動脈、左鎖骨下動脈、右頸總動脈、左頸總動脈、左髂動脈、右髂動脈、右股動脈、左股動脈等。
[0023]除了上面所述的在活的有機體內的應用以外，傳感器，特別是電容性壓力傳感器可以用在廣泛的多種上下文中。在介電常數環(huán)境可能隨時間演變且傳感器的性能容易受這種改變影響的任何上下文中，介電常數屏蔽可以被使用并且是有益的。當然，在非生物上下文中，保護層不必是生物適合的，但依然可以是多孔或者否則是易受到介電常數中的改變影響的，并且因此可以從介電常數屏蔽的添加中受益。
[0024]在電容性壓力傳感中，即使在不使用介電常數屏蔽的場合，也能夠針對改變中的介電常數環(huán)境的影響進行校正。電容性壓力傳感器通常被形成有對壓力中的改變敏感的主動電容性薄膜。來自主動電容性薄膜的輸出信號通常被用于直接計算所感測的壓力。不過，該輸出信號可能部分歸因于碰撞壓力，以及部分歸因于介電常數環(huán)境。為了處理該問題，可以形成電容性壓力傳感器，使得它也具有對壓力中的改變不敏感的被動電容性薄膜。然后，來自被動電容性薄膜的信號可被翻譯成僅響應于介電常數中的改變。然后，可以從來自主動電容性薄膜的信號減去歸因于介電常數的信號，只留下歸因于壓力中的改變的信號。以這種方式，可使用成對的主動和被動壓力薄膜來針對改變中的介電常數進行校正。
【權利要求】
1.一種對改變中的介電常數進行屏蔽的生物可植入傳感器器件，包括: 具有外表面的半導體器件，所述外表面具有在其上形成的傳感器； 第一金屬粘合劑層，粘附于所述半導體器件的外表面的一部分； 介電常數屏蔽層，疊加在且粘附于所述第一金屬粘合劑層上； 第二金屬粘合劑層，疊加在且粘附于所述介電常數屏蔽層上；以及 生物適合的最外部保護層，疊加在且粘附于所述第二金屬粘合劑層上。
2.權利要求1所述的器件，其中，所述傳感器是微機電系統(tǒng)。
3.權利要求1所述的器件，其中，所述半導體器件是CMOS器件。
4.權利要求3所述的器件，其中，所述傳感器是微機電系統(tǒng)。
5.權利要求4所述的器件，其中，所述傳感器是電容性壓力傳感器。
6.權利要求5所述的器件，其中，所述第一金屬粘合劑層和第二金屬粘合利層是鎢和鈦的合金。
7.權利要求6所述的器件，其中，所述介電常數屏蔽層包括金。
8.權利要求7所述的器件，其中，所述保護層包括硅樹脂。
9.權利要求1-8中的任意一項所述的器件，其中，所述第一金屬粘合劑層和第二金屬粘合劑層為相同材料。
10.權利要求9所述的器件，其中，所述第一和第二金屬粘合劑層的材料包括鎢。
11.權利要求10所述的器件，其中，所述第一和第二金屬粘合劑層的材料是鎢和鈦的I=1-Wl O
12.權利要求1-11中的任意一項所述的器件，其中，所述介電常數屏蔽層包括高導電性金屬或金屬合金。
13.權利要求12所述的器件，其中，所述介電常數屏蔽層包括金。
14.權利要求12所述的器件，其中，所述介電常數屏蔽層是電鍍地沉積的。
15.權利要求12所述的器件，其中，所述介電常數屏蔽層是濺射沉積的。
16.權利要求1-15中的任意一項所述的器件，其中，所述保護層包括硅樹脂。
17.—種對改變中的介電常數進行屏蔽的生物可植入傳感器器件，包括: 具有外表面的半導體器件，所述外表面具有在其上形成的傳感器； 第一生物適合的保護層，疊加在且粘附于所述半導體器件的外表面的一部分上； 第一金屬粘合劑層，疊加在且粘附于所述第一生物適合的保護層上； 介電常數屏蔽層，疊加在且粘附于第一金屬粘合劑層上； 第二金屬粘合劑層，疊加在且粘附于介電常數屏蔽層上；以及 第二最外部生物適合的保護層，疊加在且粘附于第二金屬粘合劑層上。
18.權利要求17所述的器件，其中，所述第一和第二生物適合的保護層都包括硅樹脂。
19.權利要求17或18中的任意一項所述的器件，其中，所述介電常數屏蔽層包括金。
20.權利要求17-19中的任意一項所述的器件，其中，所述第一和第二金屬粘合劑層都包括鎢與鈦的合金。
【文檔編號】G01L9/12GK104395721SQ201380014754
【公開日】2015年3月4日 申請日期:2013年3月14日 優(yōu)先權日:2012年3月16日
【發(fā)明者】V·貝德克爾, A·尼邁爾, B·沃納 申請人:維塔爾傳感器控股有限公司