專利名稱：集成傳感器芯片單元的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種傳感器模塊，特別是涉及按照權(quán)利要求1的前序部分所述的、用于確定測(cè)量數(shù)據(jù)的測(cè)量值傳感器和用于實(shí)現(xiàn)無線供電和詢問測(cè)量數(shù)據(jù)的電路裝置。
這類傳感器已經(jīng)公知。德國(guó)實(shí)用新型DE 201 21 388 U1公開了一種傳感器，其中一可變形的薄膜和一反電極被微結(jié)構(gòu)化并形成諧振電路的電容器。在該傳感器中未集成分析電路。
德國(guó)實(shí)用新型DE 202 02 131 U1說明了一種用于連續(xù)監(jiān)控生物機(jī)體的生物統(tǒng)計(jì)學(xué)數(shù)據(jù)的系統(tǒng)。該系統(tǒng)提供具有發(fā)射機(jī)應(yīng)答器的傳感器和與分析單元分開的詢問站。在這種情況下，該傳感器并沒有分析電路。
此外，DE 43 41 903 A1說明了一種設(shè)備，其適用于連續(xù)測(cè)量人和動(dòng)物的身體或者器官中的壓力和/或流量和/或溫度和/或電勢(shì)和電流。其中所說明的設(shè)備不用敷設(shè)電纜經(jīng)皮地(也就是說通過皮膚)向位于身體外面的接收單元傳送測(cè)量值或者測(cè)量信號(hào)，該接收單元處理和顯示這些測(cè)量信號(hào)。
此外，美國(guó)專利說明書US 5 711 861公開了一種電化學(xué)傳感器，該電化學(xué)傳感器的信號(hào)通過發(fā)射機(jī)以無線方式被傳輸?shù)酵獠拷邮諜C(jī)，并借助計(jì)算機(jī)來求值。
因此，這類傳感器原則上也已經(jīng)公知，這類傳感器無電纜地工作，并且在這類傳感器中無論是測(cè)量值的讀出還是供電都是無線進(jìn)行的。
由于已知的傳感器并不包含預(yù)處理電路，因?yàn)檫@些預(yù)處理電路將占據(jù)過大的體積，所以在信號(hào)傳輸期間發(fā)生干擾。對(duì)于測(cè)量值傳感器的微弱的信號(hào)，放大和預(yù)處理明顯地在身體外才可能，因?yàn)橹挥性谕饷娌趴梢允褂孟鄳?yīng)的電路。在病人身體內(nèi)植入復(fù)雜的分析電路對(duì)于病人由于大的體積而不舒適且很難執(zhí)行。
本發(fā)明基于以下目標(biāo)提供一種測(cè)量值傳感器，該測(cè)量值傳感器已經(jīng)包含分析電子設(shè)備，以便能夠把所產(chǎn)生的測(cè)量信號(hào)在已經(jīng)被預(yù)處理后以無線方式來傳輸。在這種情況下，該傳感器應(yīng)該具有確定大小。
該目標(biāo)通過具有權(quán)利要求1的特征的測(cè)量值傳感器來實(shí)現(xiàn)。有利的改進(jìn)方案獲悉于從屬權(quán)利要求。
本發(fā)明的測(cè)量值傳感器的優(yōu)點(diǎn)包括其小的尺寸、其可靠性和傳輸已經(jīng)數(shù)字化的測(cè)量信號(hào)的可能性。因此，相同程度地降低易受干擾性和提高獲得測(cè)量值的可靠性。
按照本發(fā)明配置的、用于確定測(cè)量數(shù)據(jù)的測(cè)量值傳感器和用于實(shí)現(xiàn)無線供電和詢問測(cè)量數(shù)據(jù)的電路裝置在下述情況下是特別有利的，即如果該測(cè)量值傳感器被形成為可集成的傳感器，并且如果該電路裝置被實(shí)施為集成的半導(dǎo)體電路模塊，其中，該傳感器和該半導(dǎo)體電路模塊使用微系統(tǒng)工程裝置彼此機(jī)械和導(dǎo)電連接，以形成集成傳感器芯片單元。
如果微系統(tǒng)工程裝置例如包括“倒裝芯片(flip-chip)技術(shù)”作為方法，則測(cè)量值傳感器是特別有利的。
如果傳感器通過生物統(tǒng)計(jì)學(xué)傳感器、例如葡萄糖傳感器來實(shí)現(xiàn)。則有利的測(cè)量值傳感器被實(shí)現(xiàn)。血氧傳感器或者光吸收傳感器(light absorption sensor)也可以在本發(fā)明的情況下有利地使用。
同樣可以想到，通過壓力傳感器、熱傳感器(thermo sensor)或者化學(xué)傳感器實(shí)現(xiàn)所述傳感器。
此外，如果半導(dǎo)體電路模塊具有用于供電的部件和用于數(shù)據(jù)交換的測(cè)量值預(yù)處理電路、特別是具有數(shù)字化級(jí)的測(cè)量值預(yù)處理電路，這是有利的。
如果集成傳感器芯片單元由封裝包圍時(shí)產(chǎn)生另外的使用領(lǐng)域。
這種使用領(lǐng)域例如是植入到人或者動(dòng)物身體內(nèi)。此外，集成傳感器芯片單元由于該封裝能夠在體液內(nèi)游動(dòng)。
此外，有利的是，供電和數(shù)據(jù)交換通過遠(yuǎn)程作用的接收單元來實(shí)現(xiàn)，特別是如果該遠(yuǎn)程動(dòng)作基于電感耦合。
以一般的工藝可以非常好地把集成傳感器芯片單元集成在管線系統(tǒng)或者其他容器的壁內(nèi)。
集成傳感器芯片單元能夠同樣有利地在盛有液體的容器內(nèi)用于過程監(jiān)控。
在下面的附圖中根據(jù)示范性實(shí)施例詳細(xì)說明本發(fā)明。
在附圖中

圖1示出本發(fā)明的高度示意性的傳感器芯片；
圖2以側(cè)視圖示出本發(fā)明的另一個(gè)傳感器芯片；圖3高度示意性地示出按照?qǐng)D2的傳感器芯片的平面圖；圖4以側(cè)視圖示出傳感器芯片的另一個(gè)示范性實(shí)施例；以及圖5示出本發(fā)明的傳感器芯片的應(yīng)用的另一個(gè)變型。
圖1示出一集成傳感器芯片單元1，其用于確定生物機(jī)體的血液中的葡萄糖含量。為測(cè)量血液中的葡萄糖含量，如在序言中已經(jīng)解釋、參考所引用的文獻(xiàn)和說明的那樣，原則上已經(jīng)知道這類傳感器2。這類傳感器2例如基于電容測(cè)量。為了預(yù)處理以這種方式產(chǎn)生的信號(hào)，需要一復(fù)雜的電路裝置。必需的電子設(shè)備通過使用集成電路能夠做得很小，并最終導(dǎo)致集成的半導(dǎo)體電路模塊3形式的集成電路。使用微系統(tǒng)工程裝置彼此連接傳感器2和集成的半導(dǎo)體電路模塊3。該連接以電方式和機(jī)械方式來實(shí)現(xiàn)，使得產(chǎn)生本發(fā)明的集成傳感器芯片單元1。
測(cè)量值傳感器2使用所謂的納米工藝來實(shí)施，并與集成的半導(dǎo)體電路模塊3一樣只需要非常小的體積。
作為為連接測(cè)量值傳感器2與集成的半導(dǎo)體電路模塊3的例子，示出所謂的倒裝芯片方法方式的連接。
這是一種其中把小焊球(塊)位于其上的半導(dǎo)體芯片沒有自己的外殼地直接安裝在電路板上的工藝。為了將所放置的部件固定在電路板上，只應(yīng)用一種焊劑，該焊劑最初用作粘合劑，并在隨后的焊接過程期間再次蒸發(fā)。術(shù)語倒裝芯片源自以下事實(shí)，即芯片利用小焊球向上直立，并在放置前必須被轉(zhuǎn)動(dòng)(被倒轉(zhuǎn))。該技術(shù)例如在“Binder Elektronik GmbH”公司的因特網(wǎng)網(wǎng)頁http//www.binder-elektronic.de/上被說明。
但是也可以使用微系統(tǒng)工程的其他工藝。另一種方法是所謂的球契入粘接(ball wedge bonding)，借助該方法能夠產(chǎn)生金線粘接連接，并且從而使用板上芯片工藝(COB)構(gòu)造可集成的部件。
此外，存在在硅載體上放置所謂的金凸點(diǎn)(gold stud bump)的可能性。這些凸點(diǎn)倒裝芯片然后借助導(dǎo)電的或者快速粘合粘合劑(snap-cure adhesive)來安裝。這對(duì)于小型系列特別理想。
然后，本發(fā)明直接使用該微系統(tǒng)工程，以致借助該工藝不是把測(cè)量值傳感器(傳感器2)連接在電路板上，而是與集成的半導(dǎo)體電路模塊3直接連接，該集成的半導(dǎo)體電路模塊3包含針對(duì)測(cè)量值傳感器(傳感器2)的整個(gè)分析電子設(shè)備。作為這一另外的集成步驟的結(jié)果，甚至可以進(jìn)一步顯著縮小集成傳感器芯片單元的體積。
為了建立連接，傳感器2和半導(dǎo)體電路模塊3都包含形式為所謂的“墊”的連接面4和5，借助這些連接面4和5能夠在部件(傳感器2和半導(dǎo)體電路模塊3)之間建立緊密的金屬連接。為此，每次在所述墊4和5之間設(shè)置焊球6。當(dāng)按照微系統(tǒng)工程把傳感器2和半導(dǎo)體電路模塊3連接在一起時(shí)，所述小焊球6例如在熱和壓力的影響下熔化，使得在傳感器2和半導(dǎo)體電路模塊3之間建立緊密的金屬連接。因此，在結(jié)合操作之后，單元“測(cè)量值傳感器/集成的半導(dǎo)體電路模塊”2/3形成集成傳感器芯片單元1，給該集成傳感器芯片單元1提供封裝7，以便該集成傳感器芯片單元1能夠被植入動(dòng)物或者人的身體內(nèi)。
圖2示出本發(fā)明的集成傳感器芯片單元12的另一個(gè)示范性實(shí)施例的側(cè)視圖，而圖3涉及這個(gè)高度示意性的示范性實(shí)施例的相關(guān)的平面圖。
在圖2和圖3中示出傳感器8，該傳感器8能夠被用來測(cè)量生物機(jī)體的血液中的氧含量的濃度。測(cè)量值傳感器(傳感器8)具有至少兩個(gè)發(fā)光二極管9和10。該發(fā)光二極管9和10發(fā)射不同光譜的光，例如一個(gè)在紅光區(qū)域中工作而另一個(gè)在紅外區(qū)工作。此外，測(cè)量值傳感器(傳感器8)載有一光電二極管11，該光電二極管11接收到發(fā)光二極管9和10的光發(fā)射。分析電子設(shè)備類似于按照?qǐng)D1的示范性實(shí)施例再次位于一集成的半導(dǎo)體電路模塊12中，該集成的半導(dǎo)體電路模塊12還有利地具有諸如線圈13和14的元件用于供電和數(shù)據(jù)傳輸。在圖2和3中所示的、包括一測(cè)量值傳感器8和一半導(dǎo)體電路模塊12的該集成傳感器芯片單元12以類似于按照?qǐng)D1中示出的示范性實(shí)施例的集成傳感器芯片單元1的方式也使用從微系統(tǒng)工程中已知的倒裝芯片工藝的裝置借助小焊球15連接在一起，并提供有封裝16，使得該集成傳感器芯片單元12具有非常小的尺寸，并能夠容易地植入生物機(jī)體中。
在兩個(gè)示范性實(shí)施例中，半導(dǎo)體電路模塊3和12包含用于供電和數(shù)據(jù)傳輸?shù)木€圈，使得能夠從生物機(jī)體的身體外部不接觸地詢問集成傳感器芯片單元1和12的測(cè)量數(shù)據(jù)。這種不接觸地傳輸測(cè)量數(shù)據(jù)本身公知，但是通過本發(fā)明的集成傳感器芯片單元的小的尺寸甚至更加簡(jiǎn)單和尤其更可靠地成為可能，因?yàn)獒槍?duì)測(cè)量數(shù)據(jù)的預(yù)處理電路已經(jīng)位于半導(dǎo)體電路模塊3和12中，按照本發(fā)明的半導(dǎo)體電路模塊3和12是集成傳感器芯片單元1和12的部分。
在圖4中示出另一示范性實(shí)施例。容器17包含液體18，需要監(jiān)控該液體的化學(xué)反應(yīng)。為了跟蹤該過程的進(jìn)展，必需確定容器17中的物質(zhì)的濃度及其分布。濃度可以借助液體18的光吸收來確定。為了確定光吸收，集成傳感器芯片單元14具有至少一個(gè)有特定波長(zhǎng)的發(fā)光二極管19。該發(fā)光二極管19所發(fā)射的輻射由光電二極管20來接收。在發(fā)射的發(fā)光二極管19和接收的光電二極管20之間有間隙，在該間隙中循環(huán)要被監(jiān)控的液體18。該間隙可被稱為吸收路徑21，在該吸收路徑21內(nèi)測(cè)量循環(huán)的液體18。
發(fā)光二極管19和光電二極管20以已經(jīng)對(duì)其他示范性實(shí)施例說明的方式借助微系統(tǒng)工程被集成在半導(dǎo)體電路模塊22上，該半導(dǎo)體電路模塊22包含電子預(yù)處理電路并也包含兩個(gè)線圈23和24，用于供電和數(shù)據(jù)交換。集成的半導(dǎo)體電路模塊22尤其驅(qū)動(dòng)LED(發(fā)光二極管19和光電二極管20)，預(yù)處理測(cè)量值和將這些測(cè)量值數(shù)字化。在集成在半導(dǎo)體電路模塊22中的線圈23和24中，一個(gè)線圈23用于輸電，而另一個(gè)線圈23用于數(shù)據(jù)交換和半導(dǎo)體電路模塊22的編程。給整個(gè)集成傳感器芯片單元14提供封裝25，使得該集成傳感器芯片單元14不能被位于容器17中的液體18的物質(zhì)腐蝕。
可以在容器17的內(nèi)壁的不同位置處設(shè)置多個(gè)集成傳感器芯片單元14。在容器17的外側(cè)可以安裝一個(gè)或者多個(gè)接收單元26。接收單元26以無線方式工作，并可以并行或者串行地讀取集成傳感器芯片單元14。該接收單元26在其側(cè)包含兩個(gè)線圈27和28，其中一個(gè)線圈(線圈27)用于輸電，而第二線圈(線圈28)用于數(shù)據(jù)交換。一分析設(shè)備、例如一計(jì)算機(jī)29被連接到接收單元26。在集成傳感器芯片單元14的安裝位置處，容器17必須由非金屬材料組成。
圖5示出另一示范性實(shí)施例，其演示根據(jù)本發(fā)明的集成傳感器芯片單元15的結(jié)合。管線系統(tǒng)30用于供給壓縮空氣或者生產(chǎn)氣體。通過增加系統(tǒng)中的消耗點(diǎn)的數(shù)目能夠引起壓力的降低，或者由于系統(tǒng)中的泄漏發(fā)生壓力損失。查找這些常常被證明是非常困難和花費(fèi)很大的，因?yàn)楸仨毷謩?dòng)檢查每個(gè)消耗站。通過安裝多個(gè)壓力傳感器能夠更快地限制系統(tǒng)中的問題點(diǎn)。這些部件對(duì)應(yīng)于上述示范性實(shí)施例中的那些，盡管集成傳感器芯片單元15被形成為具有按照上述示范性實(shí)施例的集成分析電路的壓力傳感器。具有作為分析設(shè)備32的計(jì)算機(jī)的接收單元31能夠沿管線系統(tǒng)30引導(dǎo)，以便讀出各個(gè)集成傳感器芯片單元15的測(cè)量值。
如按照?qǐng)D5的示范性實(shí)施例所示的那樣，集成傳感器芯片單元可以早在其制造期間引入管道中。因此，管道成本僅小程度增加，因?yàn)榧蓚鞲衅餍酒瑔卧闹圃斐杀撅@著低于無論如何要發(fā)生的管道的制造成本。但是在管道的內(nèi)壁上分開固定集成傳感器芯片單元也是有利的。在所有應(yīng)用中，集成傳感器芯片單元以特定的距離在管道中設(shè)置，使得能夠沿管道外壁引導(dǎo)分析單元，以便逐漸地相繼讀取所有相關(guān)的集成傳感器芯片單元。
權(quán)利要求
1.用于確定測(cè)量數(shù)據(jù)的測(cè)量值傳感器和用于實(shí)現(xiàn)無線供電和詢問測(cè)量數(shù)據(jù)的電路裝置，其特征在于，該測(cè)量值傳感器被形成為可集成的傳感器(2，8，19，20)，并且在于該電路裝置被實(shí)施為集成的半導(dǎo)體電路模塊(3，12，22)，其中，該傳感器(2，8，19，20)和該半導(dǎo)體電路模塊(3，12，22)使用微系統(tǒng)工程裝置彼此機(jī)械和導(dǎo)電連接，以形成集成傳感器芯片單元(1，12，14，15)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的測(cè)量值傳感器，其特征在于，所述微系統(tǒng)工程裝置包括諸如“倒裝芯片技術(shù)”的方法。
3.根據(jù)上述權(quán)利要求之一所述的測(cè)量值傳感器，其特征在于，所述傳感器(8)通過生物統(tǒng)計(jì)學(xué)傳感器來實(shí)現(xiàn)。
4.根據(jù)上述權(quán)利要求之一所述的測(cè)量值傳感器，其特征在于，所述傳感器(2，8)通過葡萄糖傳感器來實(shí)現(xiàn)。
5.根據(jù)上述權(quán)利要求之一所述的測(cè)量值傳感器，其特征在于，所述傳感器(8)通過血氧傳感器來實(shí)現(xiàn)。
6.根據(jù)上述權(quán)利要求之一所述的測(cè)量值傳感器，其特征在于，所述傳感器通過光吸收傳感器(8，19，20)來實(shí)現(xiàn)。
7.根據(jù)上述權(quán)利要求之一所述的測(cè)量值傳感器，其特征在于，所述傳感器通過壓力傳感器來實(shí)現(xiàn)。
8.根據(jù)上述權(quán)利要求之一所述的測(cè)量值傳感器，其特征在于，所述傳感器通過熱傳感器來實(shí)現(xiàn)。
9.根據(jù)上述權(quán)利要求之一所述的測(cè)量值傳感器，其特征在于，所述傳感器通過化學(xué)傳感器來實(shí)現(xiàn)。
10.根據(jù)上述權(quán)利要求之一所述的測(cè)量值傳感器，其特征在于，所述半導(dǎo)體電路模塊(3，12，22)具有用于供電和用于數(shù)據(jù)交換的部件(13，14；23，24)。
11.根據(jù)上述權(quán)利要求之一所述的測(cè)量值傳感器，其特征在于，所述半導(dǎo)體電路模塊(3，12，22)具有一測(cè)量值預(yù)處理電路。
12.根據(jù)上述權(quán)利要求之一所述的測(cè)量值傳感器，其特征在于，所述半導(dǎo)體電路模塊(3，12，22)具有一帶有數(shù)字化級(jí)的測(cè)量值預(yù)處理電路。
13.根據(jù)上述權(quán)利要求之一所述的測(cè)量值傳感器，其特征在于，所述集成傳感器芯片單元(1，12，14，15)由封裝(7，16，25)來包圍。
14.根據(jù)上述權(quán)利要求之一所述的測(cè)量值傳感器，其特征在于，所述封裝(7，16，25)實(shí)現(xiàn)植入人或者動(dòng)物身體內(nèi)。
15.根據(jù)上述權(quán)利要求之一所述的測(cè)量值傳感器，其特征在于，所述封裝(7，16，25)實(shí)現(xiàn)在體液內(nèi)傳送。
16.根據(jù)上述權(quán)利要求之一所述的測(cè)量值傳感器，其特征在于，所述供電和所述數(shù)據(jù)交換通過遠(yuǎn)程作用的接收單元(26，31)來實(shí)現(xiàn)。
17.根據(jù)上述權(quán)利要求之一所述的測(cè)量值傳感器，其特征在于，所述遠(yuǎn)程動(dòng)作基于電感耦合。
18.根據(jù)上述權(quán)利要求之一所述的測(cè)量值傳感器，其特征在于，該測(cè)量值傳感器可被集成在管線系統(tǒng)(30)的壁內(nèi)。
全文摘要
本發(fā)明涉及傳感器模塊，特別是涉及用于確定測(cè)量數(shù)據(jù)的測(cè)量值傳感器(2)和用于實(shí)現(xiàn)無線供電和詢問測(cè)量數(shù)據(jù)的電路裝置(3)。測(cè)量值傳感器被形成為可集成的傳感器(2)，并且電路裝置被形成為集成的半導(dǎo)體電路模塊(3)，其中，傳感器(2)和半導(dǎo)體電路模塊(3)使用微系統(tǒng)工程裝置彼此機(jī)械和導(dǎo)電連接，以形成一集成傳感器芯片單元(1)。
文檔編號(hào)G01L19/08GK1826686SQ200480020828
公開日2006年8月30日 申請(qǐng)日期2004年7月7日 優(yōu)先權(quán)日2003年7月19日
發(fā)明者R·鮑爾, J·馮哈根 申請(qǐng)人:因芬尼昂技術(shù)股份公司