專利名稱：傳感器陣列和制造傳感器陣列的方法
技術領域：
本發(fā)明涉及傳感器陣列。
此外，本發(fā)明涉及制造傳感器陣列的方法。
背景技術：
生物傳感器可以表示為用于檢測分析物的裝置，并可以將生物成分與物理化學 或物理檢測器組件組合。
例如，生物傳感器可以基于捕獲生物傳感器表面上固定不動的顆粒的現象，可 以選擇性地附著流體樣本中的目標顆粒，例如當作為捕獲顆粒的抗體的抗體鍵聯(lián)片段或 DNA單旋序列符合對應的目標顆粒序列或結構時。當這種附著或傳感器事件發(fā)生在傳感 器表面時，這可以改變表面的光特性，可以檢測作為傳感器事件。
WO 2007/012991公開了一種互連和封裝方法，用于制造片上實驗室(LOC)和 微型總分析系統(tǒng)。通過倒裝芯片技術，使用超聲接合工藝，在電子/機械/流體模塊中 組合不同功能，例如生物傳感器、加熱器、冷卻器、閥和泵。芯片上的預定義的聚合物 用作密封。
常規(guī)的傳感器制造方法可能很復雜。 發(fā)明內容
本發(fā)明的目的是提供利用合理努力就可制造的傳感器。
為實現上述目的，提供了根據獨立權利要求的傳感器陣列和制造傳感器陣列的方法。
根據本發(fā)明示例實施例，提供了一種用于檢測顆粒的(例如二維)傳感器陣列 (特別是生物傳感器陣列)，傳感器陣列包括基板(可以是剛性電絕緣板)，具有多個 孔(例如，通孔或盲孔，這些孔可以二維方式布置)；多個電子傳感器芯片(例如，單片 集成半導體電路)，每個電子傳感器芯片具有對待檢測的顆粒的存在敏感的傳感器活性區(qū) (例如，生物接口)(例如，每一個傳感器活性區(qū)可以特定地對不同類型的顆粒敏感)； 以及電接觸結構，適于(例如，經由導電突起和/或經由導電配線)電接觸多個電子傳感 器芯片(例如，多個電子傳感器芯片中的每一個)；其中，多個電子傳感器芯片和/或電 接觸結構(例如，機械和/或電)連接至基板，使得多個孔結合多個電子傳感器芯片和/ 或電接觸結構一起形成帶有/具有集成顆粒傳感器的多個井(例如，每個孔結合分配的一 個傳感器芯片可以形成用于容納流體樣本的井，該流體樣本是位于井內的傳感器可分析 的)。
根據本發(fā)明另一示例實施例，提供了一種制造用于檢測顆粒的傳感器陣列的方 法，該方法包括形成具有多個孔的基板；形成多個電子傳感器芯片，每個電子傳感器 芯片具有對待檢測的顆粒的存在敏感的傳感器活性區(qū)；形成適于電接觸多個電子傳感器 芯片(例如，多個電子傳感器芯片中的每一個)的電接觸結構；以及將多個電子傳感器芯片和/或電接觸結構連接至基板，使得多個孔結合多個電子傳感器芯片和/或電接觸結構 一起形成具有集成顆粒傳感器的多個井。
術語“傳感器陣列”可以具體指示例如以規(guī)則圖案的多個傳感器的排列。這種 傳感器陣列的傳感器數目可以大于2，具體可以大于10，更具體地可以大于100。這種傳 感器陣列的示例可以是具有多個井的微量滴定板(microtiter plate)，多個井中每一個提供 傳感器功能，并且多個井以類似矩陣形式排列。
術語“傳感器”可以具體指示用于檢測分析物的任何裝置。根據示例實施例可 實現的傳感器的示例是氣體傳感器、煙氣傳感器、生物傳感器、pH傳感器、濕度傳感器 等。根據實施例，傳感器原理可以是電傳感器原理，即，可以基于電測量來檢測顆粒。
術語“生物傳感器”可以具體指示用于檢測包括例如DNA、RNA,蛋白質、 酶、細胞、細菌、病毒等生物顆粒的分析物的成分的任何裝置。生物傳感器可以將生物 成分(例如，能夠檢測顆粒的傳感器活性表面處的捕獲顆粒)與物理化學或物理檢測器組 件(例如，電特性可由傳感器事件修改的電容器)相組合。
術語“電子傳感器芯片”可以具體指示借助于例如光刻、蝕刻或沉積技術等微 米或納米技術構建的傳感器?？梢跃唧w指示單片集成電路，即，作為電子芯片或晶元， 具體是在半導體技術中，更具體的是在硅半導體技術中，進而更具體的是在CMOS技術 中。由于使用微米或納米工藝技術，單片集成傳感器芯片具有尺寸非常小的特性，因此 可以具有大空間分辨率和高信噪比。這種電子芯片的感應原理可以基于例如歐姆電阻、 容量等電測量，這些電測量可以在傳感器事件時被敏感地修改。
術語“傳感器活性區(qū)”可以具體指示傳感器中可以與流體樣本進行功能性耦接 以便檢測事件可以發(fā)生在傳感器活性區(qū)附近的區(qū)域。換言之，傳感器活性區(qū)可以受到在 傳感器事件情況下進行的過程的影響。對應的感應原理可以是間接電感應原理(即，傳 感器活性區(qū)的電特性的改變)。
術語“基板”可以指示任何合適的材料，例如半導體、玻璃、塑料等。根據示 例實施例，術語“基板”可以用于一般性地定義位于感興趣層或部分之下和/或之上的 層的元件。此外，基板可以是其上形成層的任何其他基底。此外，基板可以提供限定了 流體井的至少一部分的壁。
術語“流體樣本”可以具體指示物質的相的任何子集。這種流體可以包括液 體、氣體、等離子體，以及在一定程度上可以包括固體，以及它們的混合物。流體樣本 的示例是含有流體的DNA、含有流體的細胞、血液、皮下組織、肌肉或腦組織中的間質 流體、尿液或其他身體流體。例如，流體樣本可以是生物物質。這種物質可以包括蛋白 質、多肽、核酸、DNA螺旋等。
術語“顆?！笨梢跃唧w指示分子、有機分子、生物顆粒、DNA、RNA,蛋白質、氨基酸、珠、納米珠、納米管等。
術語“生物顆?！笨梢跃唧w指示在生物或在生物或生物化學過程中起到重要作 用的任何顆粒，例如基因、DNA、RNA,蛋白質、酶、細胞、細菌、病毒等。
根據本發(fā)明示例實施例，可以提供用于流體分析目的的多個傳感器的布置，其 中，具有多個孔的基板可以與按照電感應原理工作的多個單片集成傳感器芯片接合，并 且多個單片集成傳感器芯片可以經由電接觸結構彼此電連接?？梢哉{整基板與晶元之間的機械連接，使得可以形成具有側壁并具有底壁的井，側壁由基板中孔的側壁限定，底 壁至少部分地由傳感器芯片形成。因此，可以提供輕量級、自足和小型化的傳感器陣 列，可以合理成本制造，并且允許在無任何其他組件的情況下工作。
接下來，將說明傳感器陣列的其他示例實施例。然而，這些實施例也適用于上 述方法。
多個孔可以是通孔(或貫通鉆孔，或間隙孔，或過孔)。因此，多個通孔可以形 成為延伸通過整個基板，這些通孔可以包括側壁，但是可以不包括封閉底部，其中，每 個通孔的開放底部可以由傳感器芯片中對應的一個來封閉。因此，可以低成本和高性能 形成包含傳感器陣列的多井，這是因為傳感器芯片的暴露的表面部分可以同時用于感應 目的和用作在空間上限定井的底壁(可以容納流體樣本)。備選地，多個孔可以是盲孔， 即，具有底壁的孔，在底壁處可以連接傳感器芯片。
多個電子傳感器芯片中每一個可以適于評估由傳感器活性區(qū)提供的、響應于待 檢測顆粒的存在而產生的傳感器信號。因此，在片上并且非常接近傳感器事件，可以在 每一個井中執(zhí)行信號處理，從而可以省略復雜的外部處理資源。如果需要，可以將預處 理或簡單處理后的傳感器信號提供給連接的外部實體，以例如用于進一步評估或顯示給 用戶。
多個電傳感器芯片中每一個的表面可以(部分地或全部地)形成多個井中相應一 個的底部。因此，傳感器芯片可以同時用作包含檢測到實際傳感器事件的部分在內的傳 感器活性區(qū)、用作針對信號處理的單片集成電路、以及用作形成井的一部分的流體樣本 限定元件。
電接觸結構可以適于電互連多個電子傳感器芯片中的不同芯片。例如，這種電 接觸結構可以是形成用于接觸不同電傳感器芯片的跡線的圖案化導電部件，并且也可以 向傳感器陣列的外部接口提供電信號，以提供給耦接的實體，例如用于進一步處理。
電接觸結構可以適配為包括導電跡線(可以形成為箔片上的圖案化導電層)的圖 案化箔片(可以是柔性的，可以是電絕緣的)。因此，可以提供薄平面箔片，該箔片被圖 案化，以提供特定的電接觸性能。這可以允許具有適當電性能的傳感器陣列的輕量級構 造。圖案化箔片可以具有凹進，每個凹進被對齊，以暴露出與電接觸結構連接的傳感器 芯片的傳感器活性區(qū)，使得導電跡線的接觸部分與對應傳感器芯片的接觸焊盤在空間上 對齊并且電連接(例如，經由焊接突起和/或金屬配線)。
傳感器陣列可以包括一個或多個突起(例如，焊接突起)和/或一個或多個配線 (例如金屬配線)，用于將電接觸結構與多個電子傳感器芯片電耦接。例如，可以提供焊 接突起，以提供這種合適的電耦接，同時將兩個組件彼此機械接合。
可以提供密封元件來密封電接觸結構與多個電子傳感器芯片之間的接口。因 此，可以安全地防止井之一中容納的流體樣本泄漏到傳感器晶元與箔片/跡線布置之間 的間隙中。這種密封元件可以具有如下能力提供流體密封，使得插入井中的流體樣本 可以保持在井中，并且可以安全地防止流體樣本流入導電部分，在導電部分中，液體可 能具有劣化效果。這種密封元件可以提供為環(huán)狀密封元件。這種密封元件可以由聚合物 材料制成。
傳感器陣列可以包括通信接口，具體是通用串行總線(USB)接口，通信接口電耦接至電接觸結構。因此，可以將由電傳感器芯片提供和處理并經由電接觸結構傳導的 信號提供給耦接的實體，例如通信伙伴設備。這種通信伙伴設備可以是計算機(例如膝 上計算機)，在計算機處可以進一步評估傳感器結果。在備選實施例中，傳感器陣列可 以是完全自足的，從而與外部實體的耦接是不必要的。然而，在存在通信接口的實施例 中，例如個人計算機等耦接的實體可以進一步處理傳感器結果和/或經由GUI(圖形用戶 界面)向用戶顯示傳感器結果。傳感器陣列與通信伙伴設備之間的通信可以是有線連接 (例如在具有USB接口的實施例中)，或者可以是無線通信(例如使用藍牙、紅外通信或 射頻通信)。
基板可以是剛性板，例如，矩形或方形板。例如，基板可以是不能彎折的平 板。基板可以由塑料材料或玻璃材料制成。基板可以具有若干厘米(例如，3cm到20cm) 的長度，可以具有若干厘米(例如，3cm到20cm)的寬度，可以具有比長度和寬帶小的厚 度(例如，小于lcm)。基板中的孔可以具有若干毫米的長度和寬度，并可以延伸通過基 板厚度的一部分或者通過基板的整個厚度。
多個傳感器活性區(qū)中的每一個可以包括一個或多個捕獲分子。這種捕獲分子可 以是在傳感器活性區(qū)處固定不動的寡核苷酸序列，寡核苷酸序列可以具有選擇性地與特 定的待檢測顆粒雜交的能力。這種雜交事件可以改變傳感器活性區(qū)的環(huán)境中的電特性， 這可以電檢測到。
傳感器陣列可以適配為生物傳感器陣列。換言之，傳感器陣列可以適于檢測生 物顆粒，例如DNA、蛋白質、細胞、病毒、多肽、多核苷酸、荷爾蒙、病毒、細菌等。
傳感器陣列可以適配為微量滴定板。這種微量滴定板可以是類似矩陣布置的傳 感器陣列，例如96或384。利用這種微量滴定板，可以在藥理研究中執(zhí)行高吞吐量分 析，或者可以由用戶執(zhí)行醫(yī)療測量。
傳感器陣列可以適配為自足的可操作傳感器陣列。因此，所有信號處理和信號 評估任務可以在傳感器陣列內執(zhí)行，可以不必要與例如外部讀取器設備等其他實體的耦 接。傳感器陣列也可以配置為便攜式傳感器陣列。這可以使傳感器陣列適合被例如患者 等技能不熟的用戶使用。
下面，將說明上述方法的其他示例實施例。然而，這些實施例也適用于上述傳 感器陣列。
在一個實施例中，該方法可以包括將多個電子傳感器芯片安裝在電接觸結構 上(例如，在具有導電跡線的柔性箔片上)，從而形成連續(xù)接觸芯片布置(這可以通過倒 裝芯片技術或配線接合來進行)；以及隨后將連續(xù)接觸芯片布置連接至基板。由此，制 造方法可以包括箔片上芯片技術。
在另一實施例中，該方法可以包括在基板上形成電接觸結構(例如，通過沉 積和圖案化導電層，例如氧化銦錫ITO等透明導電層)，從而形成連續(xù)接觸基板布置； 以及隨后在連續(xù)接觸基板布置上安裝多個電子傳感器芯片。這也可以表示為倒裝芯片技 術。該方法可以包括使用玻璃上倒裝芯片技術來制造傳感器陣列。在玻璃上倒裝芯片技 術的情況下，可以在玻璃板中提供孔，以便液體/生物分子接近到達傳感器。
在另一實施例中，該方法可以包括將電接觸結構鑄模到構成基板的材料(例 如，塑料)中/上，從而形成連續(xù)接觸基板布置；以及隨后在連續(xù)接觸基板布置上安裝多個電子傳感器芯片。在該實施例中，可以通過鑄模并同時嵌入電接觸結構，使得電接觸 結構的電跡線可以保持暴露在獲得的布置的表面處，以形成后續(xù)晶元安裝過程的基礎， 來形成基板。也可以為制造實施MID (鑄?；ミB器件)技術。在這種情況下，可以為制 造來實施鑄模工藝。例如，可以將電接觸結構鑄模到塑料材料中，暴露電接觸結構的導 電部分。然后，可以將電子傳感器芯片安裝在鑄模的載體上。
在實施例中，可以提供傳感器的封裝。本發(fā)明的該方面涉及針對傳感器IC，具 體是生物傳感器IC的封裝。該封裝包括承載有傳感器晶元的基板或由承載有傳感器晶 元的基板構成?？梢韵蚧逄砑痈郊覫C，例如控制器IC、接口 IC和/或RFID IC。本 發(fā)明實施例使用與箔片上倒裝芯片技術可比的技術，如針對LCD驅動器所使用的技術一 樣。本發(fā)明實施例也使用配線接合技術，如在薄球柵陣列(BGA)封裝中使用的一樣。
常規(guī)地，標準IC封裝技術完全覆蓋IC并將IC與環(huán)境屏蔽。新的感應技術可能 要求將IC暴露給外部世界。本發(fā)明實施例可以使IC的一部分是從外部可訪問的，同時 保持剩余部分相對于例如液體或氣體等不利環(huán)境而言是密封的。
生物實驗室使用所謂的微型板(參見圖6)來進行測試。微型板中每一個井可以 包含需要被傳感器測試的生物樣本。訪問每一個井，一次一個，這增加了測量時間，降 低了實驗室人員和實驗室設備的生產率。本發(fā)明實施例為該問題提供了解決方案。這種 實施例使得IC可以與IC封裝外部的液體或氣體接觸。這是經由基板中的孔和/或經由 封裝材料中的開口來實現的，封裝材料用于將傳感器的關鍵部分從環(huán)境密封開來。這種 基板設計可以允許同時測量多個井。
與基于IC相對于環(huán)境的真空密封的常規(guī)方法相反，本發(fā)明實施例可以使IC的一 部分暴露給外部世界，以便傳感器工作。此外，本發(fā)明實施例可以使用與大多數生物系 統(tǒng)和生物活性分子兼容的封裝材料，例如PDMS，也稱作硅酮。這種方案的優(yōu)點在于處 理方式簡單、相當標準。
傳感器芯片可以是在半導體基板的基礎上單片地集成的，半導體基板具體包括 族IV半導體(例如硅或鍺)或族III-族V半導體(例如砷化鎵)。
傳感器芯片或微流體器件可以是如下裝置或如下裝置的一部分傳感器裝置、 傳感器讀出裝置、片上實驗室、電泳裝置、樣本傳輸裝置、樣本混合裝置、樣本洗滌裝 置、樣本純化裝置、樣本放大裝置、樣本提取裝置或雜交分析裝置。具體而言，可以在 任何種類的生命科學設備中實現生物傳感器或微流體器件。
對于任何方法步驟，可以實施半導體技術中公知的任何常規(guī)過程。形成層或組 件可以包括沉積技術，例如CVD(化學氣相沉積)、PECVD(等離子體增強化學氣相沉 積)、ALD (原子層沉積)、或濺射。拋光可以包括CMP (化學機械拋光)。移除層或組 件可以包括蝕刻技術，例如濕法蝕刻、等離子體蝕刻等，以及圖案化技術，例如光刻、 UV光刻、電子束光刻等。
本發(fā)明實施例不限于特定材料，因此可以使用許多不同材料。對于導電結構， 可以使用金屬化結構、硅化物結構或多晶硅結構。對于半導體區(qū)域或組件，可以使用晶 體硅。對于絕緣部分，可以使用氧化硅或氮化硅。
傳感器芯片的形成可以開始于純晶體硅晶片或SOI晶片(絕緣體上硅)。
可以實施任何工藝技術，例如CMOS、BIPOLAR、BICMOS。
本發(fā)明的上述方面和其他方面從下面要描述的實施例示例中明顯可見，并且參 照實施例示例進行說明。


下面參照實施例示例詳細描述本發(fā)明，本發(fā)明不限于這些實施例示例。
圖1示出了根據本發(fā)明示例實施例的生物傳感器微量滴定板的橫截面；
圖2示出了圖1傳感器陣列的一部分的放大視圖3是示出了根據本發(fā)明示例實施例的制造傳感器陣列的方法的流程圖4示出了根據本發(fā)明另一示例實施例的傳感器陣列；
圖5示出了與根據本發(fā)明示例實施例的傳感器陣列一起使用的微量吸液管；
圖6示出了常規(guī)微量滴定板；
圖7示出了根據本發(fā)明示例實施例的在標準微量滴定板中使用的生物傳感器陣 列和控制或接口 IC ；
圖8示出了根據本發(fā)明示例實施例的部分暴露和部分封閉的傳感器芯片；
圖9是示出了根據本發(fā)明示例實施例的制造傳感器的方法；
圖10示出了根據本發(fā)明示例實施例的部分暴露和部分封閉的傳感器芯片。
具體實施方式
圖中的示出是示意性的。在不同圖中，類似或相同元件具有相同附圖標記。
下面，參照圖1，說明根據本發(fā)明示例實施例的用于檢測生物顆粒的生物傳感器 陣列100。
生物傳感器陣列100包括塑料基板102，塑料基板102具有類似矩陣布置的多個 通孔104。提供有多個單片集成電子生物傳感器芯片106，每一個傳感器芯片配備有對待 檢測生物顆粒的存在敏感的傳感器活性區(qū)202(比較圖2)。
提供導電接觸結構110，用于電接觸多個單片集成電子生物傳感器芯片106中每 一個。多個單片集成電子生物傳感器芯片106和電接觸結構110連接至玻璃基板102，使 得多個通孔104與相應對齊的多個單片集成電子生物傳感器芯片106和電接觸結構110結 合在一起形成多個井。在每個井中，可以例如經由吸液管或經由自動吸液機器人來插入 流體樣本。每個井可以用作容納例如Iml特定流體量的流體容器。每個單片集成電子生 物傳感器芯片106適于評估在傳感器活性區(qū)202處提供的、響應于待檢測顆粒的存在而產 生的傳感器信號。
圖1中以附圖標記120示意性地指示井之一，該井填充有流體樣本122。
圖1指示了與組件106、110、102之間的耦接區(qū)有關的部分108，下面將參照附 圖2進行詳細說明。
從圖2可以看出，例如單螺旋DNA分子等多個捕獲分子208固定在傳感器活性 區(qū)202上或者固定為傳感器活性區(qū)202的一部分。在具有與捕獲分子208的序列互補的 序列的顆粒存在的情況下，雜交事件可以接近傳感器活性區(qū)202而發(fā)生，這修改了傳感 器活性區(qū)202的環(huán)境中的電特性。結果，IC 106內的單片集成電路組件(例如場效應晶 體管)可以檢測對應的電信號，可以部分地或全部地在IC 106內評估電信號。因此，單片集成生物傳感器芯片106評估響應于待檢測顆粒的存在而產生的、由傳感器活性區(qū)202 提供的傳感器信號。
再次參照圖2，多個單片集成電子生物傳感器芯片106中每一個的表面形成多個 井中相應一個井的底部。圖2還示出了電接觸結構110包括經由突起204耦接至單片集 成傳感器芯片106的圖案化箔片210和電跡線212。圖2示出了組裝到箔片210的傳感器 晶元106的構造。電接觸結構110可以連接至專用測量設備，或者電接觸結構110可以 配備有標準USB總線112，以直接連接至個人計算機114，如下將說明的。
此外，適配為環(huán)狀塑料環(huán)密封的聚合物密封206將電接觸結構110與單片集成電 子生物傳感器芯片106之間的接口密封。在傳感器活性區(qū)202上存在流體的情況下，密 封206防止該流體流向導電組件。
回到圖1，可以將在電接觸結構110處提供的信號提供給生物傳感器陣列100的 USB接口 112(僅在圖1中示意性示出)。因此，可以在該USB接口 112處提供傳感器 結果，以用于監(jiān)控，或者用于由可經由USB接口 112被提供這些信號的可連接的個人計 算機114進一步處理。
圖1和圖2的微量滴定板傳感器陣列100是自足的可操作的便攜式傳感器陣列。 因此，可以在IC 106內提供所有必要的處理能力，使得能夠在接口 112處提供最終檢測 結果。經由計算機114的其他處理是不必要的。然而，這些其他處理可能發(fā)生在計算機 114 中。
根據本發(fā)明示例實施例，提供了具有集成生物傳感器106，202的智能微陣列板 100。換言之，提供了在生物化學診斷中使用的包括智能微型板100在內的系統(tǒng)。微型 板100可以集成針對生物液體122的井120、以及傳感器106，202，以測量接口電子器件 中的生物活性成分。因此，根據本發(fā)明示例實施例，通過利用冷光或熒光來檢測分子的 用于檢測生物分子的復雜讀取器可以是不必要的。
常規(guī)的生物分子檢測方法使用分離的讀取器來檢測分子。這些讀取器通常十分 昂貴，并且是固定的，從而使得這些讀取器很難用于小型醫(yī)院和發(fā)展中國家。讀出板的 方法相對較慢，導致在樣本獲取與反饋給患者(或醫(yī)生)之間存在較長延遲。體外診斷 中的主要成本是人力。使檢測成為并行檢查若干個井的批量過程，這減少了操作員在每 個液體上不得不花費的時間，節(jié)省了財力。
將傳感器功能化，以并行檢測分子集合，但是有時不可能均等地以所有想要的 分子來功能化單個傳感器。微陣列中并行的多個傳感器可以解決該問題，每個傳感器是 針對不同的分子集合而功能化的。
根據本發(fā)明示例實施例，可以將檢測功能集成到微陣列板100中?？梢允褂?MID技術或這些技術的任何組合，由玻璃、塑料來制成微陣列板100。這些技術也提供 了將任何需要的集成電路106包括到產品中的可能性，例如用于通信或數據處理的集成 電路，從而提高了系統(tǒng)的智能性。
本發(fā)明實施例可以適配為例如可獲得96、384、1536或更多個井的微型板。微 型板的外尺寸可以是固定的，這意味著井的直徑可以逐步以因子2減小(9mm、4.5mm、 2.25mm)。
常規(guī)地，在用樣本和試劑填充圖6所示微型板600中的井602之后，將微量滴定板600放入讀取器系統(tǒng)中。讀取器系統(tǒng)測量由溶液中的示蹤劑分子發(fā)射的熒光或冷光 光。光的量是對溶液中生物分子量的測量。在生物實驗室中，廣泛使用具有井602的標 準化板600來執(zhí)行生物化學分析。
與圖6的常規(guī)方法相反，本發(fā)明示例實施例使用可以安裝在柔性基板110上的生 物傳感器集成電路106，柔性基板110可以安裝在微型板102的底部。微型板102可以是 專門為該過程設計的。相比于圖1和圖2，微型板102中井120的底部可以被移除，以便 井120中的液體122直接接觸傳感器106，202。
圖3示出了流程圖300，流程圖300示出了制造圖1和圖2所示生物傳感器陣列 100的方法。
在方框305，處理晶片，以制造單片集成生物傳感器芯片106。在方框310，可 以向IC 106涂敷鎳和/或金突起204。在方框315，可以將箔片210圖案化，以具有孔 并具有跡線212。在方框320，執(zhí)行突起的IC 106與導電結構110之間的接合。在方框 325，可以涂敷底層填料，在方框330，可以涂敷PDMS (聚二甲基硅氧烷，硅酮)。在 方框335，可以定制傳感器。參見方框340，也可以執(zhí)行包裝過程，制造過程可以在方框 345結束。由此，圖3示出了用于制造柔性電路的工藝流程。
作為參照圖1到圖3描述的倒裝芯片過程的備選方案，也可以使用配線接合將集 成電路106互連至柔性電路210。
在制造了箔片210之后，可以將箔片210通過例如膠粘等附著至微型板102的底部。
參照圖4，制造具有集成傳感器芯片406的微型板400的另一種方法是使用具有 通孔404的圖案的玻璃板402。圖4從背側示出了具有傳感器芯片406的玻璃微型板。 這允許制造根據本發(fā)明另一示例實施例的傳感器陣列400。
在圖4的實施例中，例如通過粉末爆破(powder blasting)，在玻璃板402中制造 孔404。在孔形成之后，可以用ITO(氧化銦錫)跡線(未示出)來圖案化玻璃板402， 以提供不同傳感器406之間的互連。隨后，例如使用熱聲(thermosonic)或倒裝芯片接合 技術，將傳感器406接合在玻璃板402上。
制造板的另一種方法是使用鑄模工藝。為此目的，可以制造箔片，該箔片保持 有用于傳感器的互連的跡線。將該箔片鑄模到塑料中，使得跡線在塑料的外側。使用熱 聲接合或使用(導電)粘合劑，將傳感器安裝在塑料載體上。這種技術可以稱為MID (鑄 ?；ミB器件)技術，用于制造生物傳感器陣列。
根據本發(fā)明示例實施例，可以提供使用電特性的差異(而不是光)來測量生物分 子的存在的傳感器。這種電子測量可以比光測量更優(yōu)選。這種測量可以在處理數據集合 時提供優(yōu)點。
本發(fā)明實施例可以使用遵從測試樣本中使用的液體的材料。
本發(fā)明實施例可以容易地與標準PC相接口，如圖1所示。這使得讀出簡單，并 且不需要硬件上的較大投資。也可以針對移動保健應用來實現傳感器陣列。當在PC上 進行數據評估時，提供了使用不同患者的測量數據進行詳細的統(tǒng)計分析和研究的機會。 這也允許以簡單方式與數字患者病歷相接口。
本發(fā)明實施例的另一優(yōu)點在于，該構思與微型板的標準尺寸相匹配。因此，如圖5所示具有 多個頭部的標準微量吸液管500可以與本發(fā)明實施例一起使用，并且可以使 用標準設備來向井中填充流體樣本。因此，無需開發(fā)新的昂貴的工具。本發(fā)明實施例的示例應用領域是診斷系統(tǒng)。這可以針對單個使用或者可以形成 更大系統(tǒng)的一部分。這種診斷可以允許確定生物化學分子，例如執(zhí)行DNA排序。圖7 所示根據本發(fā)明另一實施例的傳感器封裝700可以使用基板702來承載控制或接口晶元 704?；?02可以由聚酰胺或例如BT (Bismaleimide-Triazine)環(huán)氧樹脂、FR4 (阻燃劑 4)或FR5等更傳統(tǒng)的PCB (印刷電路板)材料制成?；?02設計為具有多個指狀物 706,以向封裝700提供對微型板(參照圖1、圖4或圖6)中井的列的接入。每個指狀物 706具有分配的電連接元件708和傳感器活性區(qū)710。由此，一個IC704可以同時服務多 個傳感器活性區(qū)710，在本實施例中是8個。也可以向基板附著和連接去耦電容器(未示 出)或另一電子元件。對于96井的SBS微型板，指狀物的數目可以是8，對于384井的 板，數目可以是16，等等。圖7示出了可以放入微量滴定板中的具有生物傳感器的基板 702。根據本發(fā)明示例實施例的傳感器封裝可以使用倒裝芯片技術或配線接合技術來 制造。在倒裝芯片技術的情況下，可以使用圖3的倒裝芯片工藝流程。在該流程中，需 要進行若干處理選擇。例如，電解金突起、銅突起或者甚至是焊料突起可以取代Ni/Au 突起。如圖8所示，使用這種流程，可以制造根據本發(fā)明示例實施例的封裝的傳感器 800。圖8示出了封裝傳感器800的倒裝芯片構造。除了圖2所示部件之外，圖8實施例還附加地包括封裝材料802，封裝材料802 可以由PDMS (聚二甲基硅氧烷，硅酮)制成，但不限于此。這可以具有的優(yōu)點在于，對 于大多數使用的生物材料和流體而言是中性的。在使用配線接合作為組裝工藝的情況下，流程可以不同。圖9示出了針對該工 藝的可能處理流程900。在方框305，處理晶片，以制造單片集成生物傳感器芯片106。在方框905，可 以鋸開晶元106。在方框910，可以提供具有跡線212的箔片210。在方框915，可以涂 敷粘合劑。在方框920，執(zhí)行晶元附著。在方框925，可以執(zhí)行配線接合，在方框930， 可以涂敷PDMS (聚二甲基硅氧烷，硅酮)。在方框935，可以涂敷自組裝層。參見方框 340，也可以執(zhí)行包裝過程，可以在方框345結束制造過程。得到的產品，封裝傳感器的配線接合構造1000，可以看起來如圖10所示。配線 接合以附圖標記1002指示。最后，應該注意，上述實施例示出而非限制了本發(fā)明，在不背離所附權利要求 限定的本發(fā)明范圍的情況下，本領域技術人員能夠設計許多備選實施例。在權利要求 中，括號中的任何附圖標記不應該視為限制該權利要求。單詞“包括”和“包含”等 不排除任何權利要求或整體上說明書中列舉的元件或步驟之外的元件或步驟的存在。元 件的單數引用不排除這種元件的復數引用，反之亦然。在枚舉多個裝置的設備權利要求 中，這些裝置中的若干個可以由同一個軟件或硬件項目來實現。在相互不同的從屬權利 要求中引述某些措施這一單純事實不指示這些措施的組合無法有利使用。
權利要求
1.一種用于檢測顆粒的傳感器陣列(100)，所述傳感器陣列(100)包括基板(102)，具有多個孔(104)；多個電子傳感器芯片(106)，每個電子傳感器芯片(106)具有對待檢測顆粒的存在敏 感的傳感器活性區(qū)O02)；以及電接觸結構(110)，適于電接觸所述多個電子傳感器芯片(106)；其中，所述多個電子傳感器芯片(106)和/或所述電接觸結構(110)連接至基板 (102)，使得所述多個孔(104)結合所述多個電子傳感器芯片(106)和/或所述電接觸結 構(110) —起形成具有集成顆粒傳感器的多個井。
2.根據權利要求1所述的傳感器陣列(100)，其中，所述多個孔(104)是通孔。
3.根據權利要求1所述的傳感器陣列(100)，其中，所述多個電子傳感器芯片(106) 中每一個適于評估響應于待檢測顆粒的存在而在傳感器活性區(qū)(20 產生的傳感器信 號，具體是電子傳感器信號。
4.根據權利要求1所述的傳感器陣列(100)，其中，所述多個電子傳感器芯片(106) 中每一個的表面封閉所述多個孔(104)中相應一個孔，從而形成所述多個井中相應一個 井的底部。
5.根據權利要求1所述的傳感器陣列(100)，其中，所述電接觸結構(110)適于電互 連所述多個電子傳感器芯片(106)中的不同電子傳感器芯片。
6.根據權利要求1所述的傳感器陣列(100)，其中，所述電接觸結構(110)適配為包 括導電跡線的圖案化箔片。
7.根據權利要求1所述的傳感器陣列(100)，還包括突起(204)和/或配線，用于 將所述電接觸結構(110)與所述多個電子傳感器芯片(106)電耦接。
8.根據權利要求1所述的傳感器陣列(100)，還包括密封元件006)，用于密封所 述電接觸結構(110)與所述多個電子傳感器芯片(106)之間的接口。
9.根據權利要求1所述的傳感器陣列(100)，還包括通信接口(112)，具體是通用 串行總線接口，通信接口(112)電耦接至所述電接觸結構(110)，并適于將電子傳感器信 號提供給能夠經由通信接口(11 耦接至傳感器陣列(100)的通信伙伴設備(114)，具體 是計算機。
10.根據權利要求1所述的傳感器陣列(100)，其中，基板(102)是剛性板。
11.根據權利要求1所述的傳感器陣列(100)，被適配為微量滴定板，具體被適配為 具有9mm、4.5mm或2.25mm間距的微型板以及/或者被適配為具有96、384或1536個 井的微型板。
12.根據權利要求1所述的傳感器陣列(100)，被適配為能夠自足地操作的便攜式傳 感器陣列。
13.根據權利要求1所述的傳感器陣列(800，100)，其中，所述多個電子傳感器芯片 (106)中至少一部分電子傳感器芯片(106)部分地被封裝材料(80 封裝，部分地無封 裝，以便暴露出傳感器活性區(qū)002)。
14.根據權利要求1所述的傳感器陣列(700)，其中，所述多個電子傳感器芯片(704) 中至少一部分電子傳感器芯片(704)具有多個傳感器活性區(qū)(710)，所述傳感器活性區(qū) (710)被布置為指狀物配置(706)，指狀物配置(706)具體地具有為了適合微型板而配置的指狀物尺寸和/或間距。
15.根據權利要求1所述的傳感器陣列(700)，其中，包括集成電路、電容器和另一 電子元件在內的組中的至少一個附著并電連接至基板(102)。
16.—種制造用于檢測顆粒的傳感器陣列(100)的方法，所述方法包括 形成具有多個孔(104)的基板(102)；形成多個電子傳感器芯片(106)，每個電子傳感器芯片(106)具有對待檢測顆粒的存 在敏感的傳感器活性區(qū)O02)；形成適于電接觸所述多個電子傳感器芯片(106)的電接觸結構(110)；以及 將所述多個電子傳感器芯片(106)和/或所述電接觸結構(110)連接至基板(102)， 使得所述多個孔(104)結合所述多個電子傳感器芯片(106)和/或所述電接觸結構(110) 一起形成具有集成顆粒傳感器的多個井。
17.根據權利要求16所述的方法，包括將所述多個電子傳感器芯片(106)安裝在所述電接觸結構(110)上，從而形成連續(xù)接 觸芯片布置；以及隨后將連續(xù)接觸芯片布置連接至基板(102)。
18.根據權利要求16所述的方法，包括在基板上形成所述電接觸結構(110)，從而形成連續(xù)接觸基板布置；以及 隨后在連續(xù)接觸基板布置上安裝所述多個電子傳感器芯片(106)。
19.根據權利要求16所述的方法，包括將所述電接觸結構(110)鑄模到構成基板的材料中，從而形成連續(xù)接觸基板布置；以及隨后在連續(xù)接觸基板布置上安裝所述多個電子傳感器芯片(106)。
全文摘要
一種用于檢測顆粒的傳感器陣列(100)，所述傳感器陣列(100)包括基板(102)，具有多個孔(104)；多個電子傳感器芯片(106)，每個電子傳感器芯片(106)具有對待檢測顆粒的存在敏感的傳感器活性區(qū)(202)；以及電接觸結構(110)，適于電接觸所述多個電子傳感器芯片(106)；其中，所述多個電子傳感器芯片(106)和/或所述電接觸結構(110)連接至基板(102)，使得所述多個孔(104)結合所述多個電子傳感器芯片(106)和/或所述電接觸結構(110)一起形成具有集成顆粒傳感器的多個井。
文檔編號G01N33/543GK102026724SQ200980117040
公開日2011年4月20日 申請日期2009年5月11日 優(yōu)先權日2008年5月13日
發(fā)明者弗蘭斯·米維森, 杰爾·路維斯, 邁克爾·德朗根 申請人:Nxp股份有限公司