專利名稱：集成傳感器芯片單元的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種傳感器模塊，特別是涉及按照權利要求1的前序部分所述的、用于確定測量數據的測量值傳感器和用于實現無線供電和詢問測量數據的電路裝置。
這類傳感器已經公知。德國實用新型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構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。
德國實用新型DE 202 02 131 U1說明了一種用于連續監控生物機體的生物統計學數據的系統。該系統提供具有發射機應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說明了一種設備，其適用于連續測量人和動物的身體或者器官中的壓力和/或流量和/或溫度和/或電勢和電流。其中所說明的設備不用敷設電纜經皮地(也就是說通過皮膚)向位于身體外面的接收單元傳送測量值或者測量信號，該接收單元處理和顯示這些測量信號。
此外，美國專利說明書US 5 711 861公開了一種電化學傳感器，該電化學傳感器的信號通過發射機以無線方式被傳輸到外部接收機，并借助計算機來求值。
因此，這類傳感器原則上也已經公知，這類傳感器無電纜地工作，并且在這類傳感器中無論是測量值的讀出還是供電都是無線進行的。
由于已知的傳感器并不包含預處理電路，因為這些預處理電路將占據過大的體積，所以在信號傳輸期間發生干擾。對于測量值傳感器的微弱的信號，放大和預處理明顯地在身體外才可能，因為只有在外面才可以使用相應的電路。在病人身體內植入復雜的分析電路對于病人由于大的體積而不舒適且很難執行。
本發明基于以下目標提供一種測量值傳感器，該測量值傳感器已經包含分析電子設備，以便能夠把所產生的測量信號在已經被預處理后以無線方式來傳輸。在這種情況下，該傳感器應該具有確定大小。
該目標通過具有權利要求1的特征的測量值傳感器來實現。有利的改進方案獲悉于從屬權利要求。
本發明的測量值傳感器的優點包括其小的尺寸、其可靠性和傳輸已經數字化的測量信號的可能性。因此，相同程度地降低易受干擾性和提高獲得測量值的可靠性。
按照本發明配置的、用于確定測量數據的測量值傳感器和用于實現無線供電和詢問測量數據的電路裝置在下述情況下是特別有利的，即如果該測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施為集成的半導體電路模塊，其中，該傳感器和該半導體電路模塊使用微系統工程裝置彼此機械和導電連接，以形成集成傳感器芯片單元。
如果微系統工程裝置例如包括“倒裝芯片(flip-chip)技術”作為方法，則測量值傳感器是特別有利的。
如果傳感器通過生物統計學傳感器、例如葡萄糖傳感器來實現。則有利的測量值傳感器被實現。血氧傳感器或者光吸收傳感器(light absorption sensor)也可以在本發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)或者化學傳感器實現所述傳感器。
此外，如果半導體電路模塊具有用于供電的部件和用于數據交換的測量值預處理電路、特別是具有數字化級的測量值預處理電路，這是有利的。
如果集成傳感器芯片單元由封裝包圍時產生另外的使用領域。
這種使用領域例如是植入到人或者動物身體內。此外，集成傳感器芯片單元由于該封裝能夠在體液內游動。
此外，有利的是，供電和數據交換通過遠程作用的接收單元來實現，特別是如果該遠程動作基于電感耦合。
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或者其他容器的壁內。
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用于過程監控。
在下面的附圖中根據示范性實施例詳細說明本發明。
在附圖中
圖1示出本發明的高度示意性的傳感器芯片；
圖2以側視圖示出本發明的另一個傳感器芯片；圖3高度示意性地示出按照圖2的傳感器芯片的平面圖；圖4以側視圖示出傳感器芯片的另一個示范性實施例；以及圖5示出本發明的傳感器芯片的應用的另一個變型。
圖1示出一集成傳感器芯片單元1，其用于確定生物機體的血液中的葡萄糖含量。為測量血液中的葡萄糖含量，如在序言中已經解釋、參考所引用的文獻和說明的那樣，原則上已經知道這類傳感器2。這類傳感器2例如基于電容測量。為了預處理以這種方式產生的信號，需要一復雜的電路裝置。必需的電子設備通過使用集成電路能夠做得很小，并最終導致集成的半導體電路模塊3形式的集成電路。使用微系統工程裝置彼此連接傳感器2和集成的半導體電路模塊3。該連接以電方式和機械方式來實現，使得產生本發明的集成傳感器芯片單元1。
測量值傳感器2使用所謂的納米工藝來實施，并與集成的半導體電路模塊3一樣只需要非常小的體積。
作為為連接測量值傳感器2與集成的半導體電路模塊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。術語倒裝芯片源自以下事實，即芯片利用小焊球向上直立，并在放置前必須被轉動(被倒轉)。該技術例如在“Binder Elektronik GmbH”公司的因特網網頁http//www.binder-elektronic.de/上被說明。
但是也可以使用微系統工程的其他工藝。另一種方法是所謂的球契入粘接(ball wedge bonding)，借助該方法能夠產生金線粘接連接，并且從而使用板上芯片工藝(COB)構造可集成的部件。
此外，存在在硅載體上放置所謂的金凸點(gold stud bump)的可能性。這些凸點倒裝芯片然后借助導電的或者快速粘合粘合劑(snap-cure adhesive)來安裝。這對于小型系列特別理想。
然后，本發明直接使用該微系統工程，以致借助該工藝不是把測量值傳感器(傳感器2)連接在電路板上，而是與集成的半導體電路模塊3直接連接，該集成的半導體電路模塊3包含針對測量值傳感器(傳感器2)的整個分析電子設備。作為這一另外的集成步驟的結果，甚至可以進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之間設置焊球6。當按照微系統工程把傳感器2和半導體電路模塊3連接在一起時，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和半導體電路模塊3之間建立緊密的金屬連接。因此，在結合操作之后，單元“測量值傳感器/集成的半導體電路模塊”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能夠被植入動物或者人的身體內。
圖2示出本發明的集成傳感器芯片單元12的另一個示范性實施例的側視圖，而圖3涉及這個高度示意性的示范性實施例的相關的平面圖。
在圖2和圖3中示出傳感器8，該傳感器8能夠被用來測量生物機體的血液中的氧含量的濃度。測量值傳感器(傳感器8)具有至少兩個發光二極管9和10。該發光二極管9和10發射不同光譜的光，例如一個在紅光區域中工作而另一個在紅外區工作。此外，測量值傳感器(傳感器8)載有一光電二極管11，該光電二極管11接收到發光二極管9和10的光發射。分析電子設備類似于按照圖1的示范性實施例再次位于一集成的半導體電路模塊12中，該集成的半導體電路模塊12還有利地具有諸如線圈13和14的元件用于供電和數據傳輸。在圖2和3中所示的、包括一測量值傳感器8和一半導體電路模塊12的該集成傳感器芯片單元12以類似于按照圖1中示出的示范性實施例的集成傳感器芯片單元1的方式也使用從微系統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體中。
在兩個示范性實施例中，半導體電路模塊3和12包含用于供電和數據傳輸的線圈，使得能夠從生物機體的身體外部不接觸地詢問集成傳感器芯片單元1和12的測量數據。這種不接觸地傳輸測量數據本身公知，但是通過本發明的集成傳感器芯片單元的小的尺寸甚至更加簡單和尤其更可靠地成為可能，因為針對測量數據的預處理電路已經位于半導體電路模塊3和12中，按照本發明的半導體電路模塊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施例。容器17包含液體18，需要監控該液體的化學反應。為了跟蹤該過程的進展，必需確定容器17中的物質的濃度及其分布。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具有至少一個有特定波長的發光二極管19。該發光二極管19所發射的輻射由光電二極管20來接收。在發射的發光二極管19和接收的光電二極管20之間有間隙，在該間隙中循環要被監控的液體18。該間隙可被稱為吸收路徑21，在該吸收路徑21內測量循環的液體18。
發光二極管19和光電二極管20以已經對其他示范性實施例說明的方式借助微系統工程被集成在半導體電路模塊22上，該半導體電路模塊22包含電子預處理電路并也包含兩個線圈23和24，用于供電和數據交換。集成的半導體電路模塊22尤其驅動LED(發光二極管19和光電二極管20)，預處理測量值和將這些測量值數字化。在集成在半導體電路模塊22中的線圈23和24中，一個線圈23用于輸電，而另一個線圈23用于數據交換和半導體電路模塊22的編程。給整個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的物質腐蝕。
可以在容器17的內壁的不同位置處設置多個集成傳感器芯片單元14。在容器17的外側可以安裝一個或者多個接收單元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在其側包含兩個線圈27和28，其中一個線圈(線圈27)用于輸電，而第二線圈(線圈28)用于數據交換。一分析設備、例如一計算機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示出另一示范性實施例，其演示根據本發明的集成傳感器芯片單元15的結合。管線系統30用于供給壓縮空氣或者生產氣體。通過增加系統中的消耗點的數目能夠引起壓力的降低，或者由于系統中的泄漏發生壓力損失。查找這些常常被證明是非常困難和花費很大的，因為必須手動檢查每個消耗站。通過安裝多個壓力傳感器能夠更快地限制系統中的問題點。這些部件對應于上述示范性實施例中的那些，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施例的集成分析電路的壓力傳感器。具有作為分析設備32的計算機的接收單元31能夠沿管線系統30引導，以便讀出各個集成傳感器芯片單元15的測量值。
如按照圖5的示范性實施例所示的那樣，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，因為集成傳感器芯片單元的制造成本顯著低于無論如何要發生的管道的制造成本。但是在管道的內壁上分開固定集成傳感器芯片單元也是有利的。在所有應用中，集成傳感器芯片單元以特定的距離在管道中設置，使得能夠沿管道外壁引導分析單元，以便逐漸地相繼讀取所有相關的集成傳感器芯片單元。
權利要求
1.用于確定測量數據的測量值傳感器和用于實現無線供電和詢問測量數據的電路裝置，其特征在于，該測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施為集成的半導體電路模塊(3，12，22)，其中，該傳感器(2，8，19，20)和該半導體電路模塊(3，12，22)使用微系統工程裝置彼此機械和導電連接，以形成集成傳感器芯片單元(1，12，14，15)。
2.根據權利要求1所述的測量值傳感器，其特征在于，所述微系統工程裝置包括諸如“倒裝芯片技術”的方法。
3.根據上述權利要求之一所述的測量值傳感器，其特征在于，所述傳感器(8)通過生物統計學傳感器來實現。
4.根據上述權利要求之一所述的測量值傳感器，其特征在于，所述傳感器(2，8)通過葡萄糖傳感器來實現。
5.根據上述權利要求之一所述的測量值傳感器，其特征在于，所述傳感器(8)通過血氧傳感器來實現。
6.根據上述權利要求之一所述的測量值傳感器，其特征在于，所述傳感器通過光吸收傳感器(8，19，20)來實現。
7.根據上述權利要求之一所述的測量值傳感器，其特征在于，所述傳感器通過壓力傳感器來實現。
8.根據上述權利要求之一所述的測量值傳感器，其特征在于，所述傳感器通過熱傳感器來實現。
9.根據上述權利要求之一所述的測量值傳感器，其特征在于，所述傳感器通過化學傳感器來實現。
10.根據上述權利要求之一所述的測量值傳感器，其特征在于，所述半導體電路模塊(3，12，22)具有用于供電和用于數據交換的部件(13，14；23，24)。
11.根據上述權利要求之一所述的測量值傳感器，其特征在于，所述半導體電路模塊(3，12，22)具有一測量值預處理電路。
12.根據上述權利要求之一所述的測量值傳感器，其特征在于，所述半導體電路模塊(3，12，22)具有一帶有數字化級的測量值預處理電路。
13.根據上述權利要求之一所述的測量值傳感器，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.根據上述權利要求之一所述的測量值傳感器，其特征在于，所述封裝(7，16，25)實現植入人或者動物身體內。
15.根據上述權利要求之一所述的測量值傳感器，其特征在于，所述封裝(7，16，25)實現在體液內傳送。
16.根據上述權利要求之一所述的測量值傳感器，其特征在于，所述供電和所述數據交換通過遠程作用的接收單元(26，31)來實現。
17.根據上述權利要求之一所述的測量值傳感器，其特征在于，所述遠程動作基于電感耦合。
18.根據上述權利要求之一所述的測量值傳感器，其特征在于，該測量值傳感器可被集成在管線系統(30)的壁內。
全文摘要
本發明涉及傳感器模塊，特別是涉及用于確定測量數據的測量值傳感器(2)和用于實現無線供電和詢問測量數據的電路裝置(3)。測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體電路模塊(3)，其中，傳感器(2)和半導體電路模塊(3)使用微系統工程裝置彼此機械和導電連接，以形成一集成傳感器芯片單元(1)。
文檔編號G01L19/08GK1826686SQ200480020828
公開日2006年8月30日 申請日期2004年7月7日 優先權日2003年7月19日
發明者R·鮑爾, J·馮哈根 申請人:因芬尼昂技術股份公司
專業數控銑床產品供應商
20年生產經驗，實力工廠，精工品質，質量有保障
