CN102026724A - 传感器阵列和制造传感器阵列的方法 - Google Patents

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Abstract

一种用于检测颗粒的传感器阵列(100)，所述传感器阵列(100)包括：基板(102)，具有多个孔(104)；多个电子传感器芯片(106)，每个电子传感器芯片(106)具有对待检测颗粒的存在敏感的传感器活性区(202)；以及电接触结构(110)，适于电接触所述多个电子传感器芯片(106)；其中，所述多个电子传感器芯片(106)和/或所述电接触结构(110)连接至基板(102)，使得所述多个孔(104)结合所述多个电子传感器芯片(106)和/或所述电接触结构(110)一起形成具有集成颗粒传感器的多个井。

Description

传感器阵列和制造传感器阵列的方法
技术领域
本发明涉及传感器阵列。
此外，本发明涉及制造传感器阵列的方法。
背景技术
生物传感器可以表示为用于检测分析物的装置，并可以将生物成分与物理化学或物理检测器组件组合。
例如，生物传感器可以基于捕获生物传感器表面上固定不动的颗粒的现象，可以选择性地附着流体样本中的目标颗粒，例如当作为捕获颗粒的抗体的抗体键联片段或DNA单旋序列符合对应的目标颗粒序列或结构时。当这种附着或传感器事件发生在传感器表面时，这可以改变表面的光特性，可以检测作为传感器事件。
WO 2007/012991公开了一种互连和封装方法，用于制造片上实验室(LOC)和微型总分析系统。通过倒装芯片技术，使用超声接合工艺，在电子/机械/流体模块中组合不同功能，例如生物传感器、加热器、冷却器、阀和泵。芯片上的预定义的聚合物用作密封。
常规的传感器制造方法可能很复杂。
发明内容
本发明的目的是提供利用合理努力就可制造的传感器。
为实现上述目的，提供了根据独立权利要求的传感器阵列和制造传感器阵列的方法。
根据本发明示例实施例，提供了一种用于检测颗粒的(例如二维)传感器阵列(特别是生物传感器阵列)，传感器阵列包括：基板(可以是刚性电绝缘板)，具有多个孔(例如，通孔或盲孔，这些孔可以二维方式布置)；多个电子传感器芯片(例如，单片集成半导体电路)，每个电子传感器芯片具有对待检测的颗粒的存在敏感的传感器活性区(例如，生物接口)(例如，每一个传感器活性区可以特定地对不同类型的颗粒敏感)；以及电接触结构，适于(例如，经由导电突起和/或经由导电配线)电接触多个电子传感器芯片(例如，多个电子传感器芯片中的每一个)；其中，多个电子传感器芯片和/或电接触结构(例如，机械和/或电)连接至基板，使得多个孔结合多个电子传感器芯片和/或电接触结构一起形成带有/具有集成颗粒传感器的多个井(例如，每个孔结合分配的一个传感器芯片可以形成用于容纳流体样本的井，该流体样本是位于井内的传感器可分析的)。
根据本发明另一示例实施例，提供了一种制造用于检测颗粒的传感器阵列的方法，该方法包括：形成具有多个孔的基板；形成多个电子传感器芯片，每个电子传感器芯片具有对待检测的颗粒的存在敏感的传感器活性区；形成适于电接触多个电子传感器芯片(例如，多个电子传感器芯片中的每一个)的电接触结构；以及将多个电子传感器芯片和/或电接触结构连接至基板，使得多个孔结合多个电子传感器芯片和/或电接触结构一起形成具有集成颗粒传感器的多个井。
术语“传感器阵列”可以具体指示例如以规则图案的多个传感器的排列。这种传感器阵列的传感器数目可以大于2，具体可以大于10，更具体地可以大于100。这种传感器阵列的示例可以是具有多个井的微量滴定板(microtiter plate)，多个井中每一个提供传感器功能，并且多个井以类似矩阵形式排列。
术语“传感器”可以具体指示用于检测分析物的任何装置。根据示例实施例可实现的传感器的示例是气体传感器、烟气传感器、生物传感器、pH传感器、湿度传感器等。根据实施例，传感器原理可以是电传感器原理，即，可以基于电测量来检测颗粒。
术语“生物传感器”可以具体指示用于检测包括例如DNA、RNA、蛋白质、酶、细胞、细菌、病毒等生物颗粒的分析物的成分的任何装置。生物传感器可以将生物成分(例如，能够检测颗粒的传感器活性表面处的捕获颗粒)与物理化学或物理检测器组件(例如，电特性可由传感器事件修改的电容器)相组合。
术语“电子传感器芯片”可以具体指示借助于例如光刻、蚀刻或沉积技术等微米或纳米技术构建的传感器。可以具体指示单片集成电路，即，作为电子芯片或晶元，具体是在半导体技术中，更具体的是在硅半导体技术中，进而更具体的是在CMOS技术中。由于使用微米或纳米工艺技术，单片集成传感器芯片具有尺寸非常小的特性，因此可以具有大空间分辨率和高信噪比。这种电子芯片的感应原理可以基于例如欧姆电阻、容量等电测量，这些电测量可以在传感器事件时被敏感地修改。
术语“传感器活性区”可以具体指示传感器中可以与流体样本进行功能性耦接以便检测事件可以发生在传感器活性区附近的区域。换言之，传感器活性区可以受到在传感器事件情况下进行的过程的影响。对应的感应原理可以是间接电感应原理(即，传感器活性区的电特性的改变)。
术语“基板”可以指示任何合适的材料，例如半导体、玻璃、塑料等。根据示例实施例，术语“基板”可以用于一般性地定义位于感兴趣层或部分之下和/或之上的层的元件。此外，基板可以是其上形成层的任何其他基底。此外，基板可以提供限定了流体井的至少一部分的壁。
术语“流体样本”可以具体指示物质的相的任何子集。这种流体可以包括液体、气体、等离子体，以及在一定程度上可以包括固体，以及它们的混合物。流体样本的示例是含有流体的DNA、含有流体的细胞、血液、皮下组织、肌肉或脑组织中的间质流体、尿液或其他身体流体。例如，流体样本可以是生物物质。这种物质可以包括蛋白质、多肽、核酸、DNA螺旋等。
术语“颗粒”可以具体指示分子、有机分子、生物颗粒、DNA、RNA、蛋白质、氨基酸、珠、纳米珠、纳米管等。
术语“生物颗粒”可以具体指示在生物或在生物或生物化学过程中起到重要作用的任何颗粒，例如基因、DNA、RNA、蛋白质、酶、细胞、细菌、病毒等。
根据本发明示例实施例，可以提供用于流体分析目的的多个传感器的布置，其中，具有多个孔的基板可以与按照电感应原理工作的多个单片集成传感器芯片接合，并且多个单片集成传感器芯片可以经由电接触结构彼此电连接。可以调整基板与晶元之间的机械连接，使得可以形成具有侧壁并具有底壁的井，侧壁由基板中孔的侧壁限定，底壁至少部分地由传感器芯片形成。因此，可以提供轻量级、自足和小型化的传感器阵列，可以合理成本制造，并且允许在无任何其他组件的情况下工作。
接下来，将说明传感器阵列的其他示例实施例。然而，这些实施例也适用于上述方法。
多个孔可以是通孔(或贯通钻孔，或间隙孔，或过孔)。因此，多个通孔可以形成为延伸通过整个基板，这些通孔可以包括侧壁，但是可以不包括封闭底部，其中，每个通孔的开放底部可以由传感器芯片中对应的一个来封闭。因此，可以低成本和高性能形成包含传感器阵列的多井，这是因为传感器芯片的暴露的表面部分可以同时用于感应目的和用作在空间上限定井的底壁(可以容纳流体样本)。备选地，多个孔可以是盲孔，即，具有底壁的孔，在底壁处可以连接传感器芯片。
多个电子传感器芯片中每一个可以适于评估由传感器活性区提供的、响应于待检测颗粒的存在而产生的传感器信号。因此，在片上并且非常接近传感器事件，可以在每一个井中执行信号处理，从而可以省略复杂的外部处理资源。如果需要，可以将预处理或简单处理后的传感器信号提供给连接的外部实体，以例如用于进一步评估或显示给用户。
多个电传感器芯片中每一个的表面可以(部分地或全部地)形成多个井中相应一个的底部。因此，传感器芯片可以同时用作包含检测到实际传感器事件的部分在内的传感器活性区、用作针对信号处理的单片集成电路、以及用作形成井的一部分的流体样本限定元件。
电接触结构可以适于电互连多个电子传感器芯片中的不同芯片。例如，这种电接触结构可以是形成用于接触不同电传感器芯片的迹线的图案化导电部件，并且也可以向传感器阵列的外部接口提供电信号，以提供给耦接的实体，例如用于进一步处理。
电接触结构可以适配为包括导电迹线(可以形成为箔片上的图案化导电层)的图案化箔片(可以是柔性的，可以是电绝缘的)。因此，可以提供薄平面箔片，该箔片被图案化，以提供特定的电接触性能。这可以允许具有适当电性能的传感器阵列的轻量级构造。图案化箔片可以具有凹进，每个凹进被对齐，以暴露出与电接触结构连接的传感器芯片的传感器活性区，使得导电迹线的接触部分与对应传感器芯片的接触焊盘在空间上对齐并且电连接(例如，经由焊接突起和/或金属配线)。
传感器阵列可以包括一个或多个突起(例如，焊接突起)和/或一个或多个配线(例如金属配线)，用于将电接触结构与多个电子传感器芯片电耦接。例如，可以提供焊接突起，以提供这种合适的电耦接，同时将两个组件彼此机械接合。
可以提供密封元件来密封电接触结构与多个电子传感器芯片之间的接口。因此，可以安全地防止井之一中容纳的流体样本泄漏到传感器晶元与箔片/迹线布置之间的间隙中。这种密封元件可以具有如下能力：提供流体密封，使得插入井中的流体样本可以保持在井中，并且可以安全地防止流体样本流入导电部分，在导电部分中，液体可能具有劣化效果。这种密封元件可以提供为环状密封元件。这种密封元件可以由聚合物材料制成。
传感器阵列可以包括通信接口，具体是通用串行总线(USB)接口，通信接口电耦接至电接触结构。因此，可以将由电传感器芯片提供和处理并经由电接触结构传导的信号提供给耦接的实体，例如通信伙伴设备。这种通信伙伴设备可以是计算机(例如膝上计算机)，在计算机处可以进一步评估传感器结果。在备选实施例中，传感器阵列可以是完全自足的，从而与外部实体的耦接是不必要的。然而，在存在通信接口的实施例中，例如个人计算机等耦接的实体可以进一步处理传感器结果和/或经由GUI(图形用户界面)向用户显示传感器结果。传感器阵列与通信伙伴设备之间的通信可以是有线连接(例如在具有USB接口的实施例中)，或者可以是无线通信(例如使用蓝牙、红外通信或射频通信)。
基板可以是刚性板，例如，矩形或方形板。例如，基板可以是不能弯折的平板。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)的长度，可以具有若干厘米(例如，3cm到20cm)的宽度，可以具有比长度和宽带小的厚度(例如，小于1cm)。基板中的孔可以具有若干毫米的长度和宽度，并可以延伸通过基板厚度的一部分或者通过基板的整个厚度。
多个传感器活性区中的每一个可以包括一个或多个捕获分子。这种捕获分子可以是在传感器活性区处固定不动的寡核苷酸序列，寡核苷酸序列可以具有选择性地与特定的待检测颗粒杂交的能力。这种杂交事件可以改变传感器活性区的环境中的电特性，这可以电检测到。
传感器阵列可以适配为生物传感器阵列。换言之，传感器阵列可以适于检测生物颗粒，例如DNA、蛋白质、细胞、病毒、多肽、多核苷酸、荷尔蒙、病毒、细菌等。
传感器阵列可以适配为微量滴定板。这种微量滴定板可以是类似矩阵布置的传感器阵列，例如96或384。利用这种微量滴定板，可以在药理研究中执行高吞吐量分析，或者可以由用户执行医疗测量。
传感器阵列可以适配为自足的可操作传感器阵列。因此，所有信号处理和信号评估任务可以在传感器阵列内执行，可以不必要与例如外部读取器设备等其他实体的耦接。传感器阵列也可以配置为便携式传感器阵列。这可以使传感器阵列适合被例如患者等技能不熟的用户使用。
下面，将说明上述方法的其他示例实施例。然而，这些实施例也适用于上述传感器阵列。
在一个实施例中，该方法可以包括：将多个电子传感器芯片安装在电接触结构上(例如，在具有导电迹线的柔性箔片上)，从而形成连续接触芯片布置(这可以通过倒装芯片技术或配线接合来进行)；以及随后将连续接触芯片布置连接至基板。由此，制造方法可以包括箔片上芯片技术。
在另一实施例中，该方法可以包括：在基板上形成电接触结构(例如，通过沉积和图案化导电层，例如氧化铟锡ITO等透明导电层)，从而形成连续接触基板布置；以及随后在连续接触基板布置上安装多个电子传感器芯片。这也可以表示为倒装芯片技术。该方法可以包括使用玻璃上倒装芯片技术来制造传感器阵列。在玻璃上倒装芯片技术的情况下，可以在玻璃板中提供孔，以便液体/生物分子接近到达传感器。
在另一实施例中，该方法可以包括：将电接触结构铸模到构成基板的材料(例如，塑料)中/上，从而形成连续接触基板布置；以及随后在连续接触基板布置上安装多个电子传感器芯片。在该实施例中，可以通过铸模并同时嵌入电接触结构，使得电接触结构的电迹线可以保持暴露在获得的布置的表面处，以形成后续晶元安装过程的基础，来形成基板。也可以为制造实施MID(铸模互连器件)技术。在这种情况下，可以为制造来实施铸模工艺。例如，可以将电接触结构铸模到塑料材料中，暴露电接触结构的导电部分。然后，可以将电子传感器芯片安装在铸模的载体上。
在实施例中，可以提供传感器的封装。本发明的该方面涉及针对传感器IC，具体是生物传感器IC的封装。该封装包括承载有传感器晶元的基板或由承载有传感器晶元的基板构成。可以向基板添加附加IC，例如控制器IC、接口IC和/或RFID IC。本发明实施例使用与箔片上倒装芯片技术可比的技术，如针对LCD驱动器所使用的技术一样。本发明实施例也使用配线接合技术，如在薄球栅阵列(BGA)封装中使用的一样。
常规地，标准IC封装技术完全覆盖IC并将IC与环境屏蔽。新的感应技术可能要求将IC暴露给外部世界。本发明实施例可以使IC的一部分是从外部可访问的，同时保持剩余部分相对于例如液体或气体等不利环境而言是密封的。
生物实验室使用所谓的微型板(参见图6)来进行测试。微型板中每一个井可以包含需要被传感器测试的生物样本。访问每一个井，一次一个，这增加了测量时间，降低了实验室人员和实验室设备的生产率。本发明实施例为该问题提供了解决方案。这种实施例使得IC可以与IC封装外部的液体或气体接触。这是经由基板中的孔和/或经由封装材料中的开口来实现的，封装材料用于将传感器的关键部分从环境密封开来。这种基板设计可以允许同时测量多个井。
与基于IC相对于环境的真空密封的常规方法相反，本发明实施例可以使IC的一部分暴露给外部世界，以便传感器工作。此外，本发明实施例可以使用与大多数生物系统和生物活性分子兼容的封装材料，例如PDMS，也称作硅酮。这种方案的优点在于处理方式简单、相当标准。
传感器芯片可以是在半导体基板的基础上单片地集成的，半导体基板具体包括族IV半导体(例如硅或锗)或族III-族V半导体(例如砷化镓)。
传感器芯片或微流体器件可以是如下装置或如下装置的一部分：传感器装置、传感器读出装置、片上实验室、电泳装置、样本传输装置、样本混合装置、样本洗涤装置、样本纯化装置、样本放大装置、样本提取装置或杂交分析装置。具体而言，可以在任何种类的生命科学设备中实现生物传感器或微流体器件。
对于任何方法步骤，可以实施半导体技术中公知的任何常规过程。形成层或组件可以包括沉积技术，例如CVD(化学气相沉积)、PECVD(等离子体增强化学气相沉积)、ALD(原子层沉积)、或溅射。抛光可以包括CMP(化学机械抛光)。移除层或组件可以包括蚀刻技术，例如湿法蚀刻、等离子体蚀刻等，以及图案化技术，例如光刻、UV光刻、电子束光刻等。
本发明实施例不限于特定材料，因此可以使用许多不同材料。对于导电结构，可以使用金属化结构、硅化物结构或多晶硅结构。对于半导体区域或组件，可以使用晶体硅。对于绝缘部分，可以使用氧化硅或氮化硅。
传感器芯片的形成可以开始于纯晶体硅晶片或SOI晶片(绝缘体上硅)。
可以实施任何工艺技术，例如CMOS、BIPOLAR、BICMOS。
本发明的上述方面和其他方面从下面要描述的实施例示例中明显可见，并且参照实施例示例进行说明。
附图说明
下面参照实施例示例详细描述本发明，本发明不限于这些实施例示例。
图1示出了根据本发明示例实施例的生物传感器微量滴定板的横截面；
图2示出了图1传感器阵列的一部分的放大视图；
图3是示出了根据本发明示例实施例的制造传感器阵列的方法的流程图；
图4示出了根据本发明另一示例实施例的传感器阵列；
图5示出了与根据本发明示例实施例的传感器阵列一起使用的微量吸液管；
图6示出了常规微量滴定板；
图7示出了根据本发明示例实施例的在标准微量滴定板中使用的生物传感器阵列和控制或接口IC；
图8示出了根据本发明示例实施例的部分暴露和部分封闭的传感器芯片；
图9是示出了根据本发明示例实施例的制造传感器的方法；
图10示出了根据本发明示例实施例的部分暴露和部分封闭的传感器芯片。
具体实施方式
图中的示出是示意性的。在不同图中，类似或相同元件具有相同附图标记。
下面，参照图1，说明根据本发明示例实施例的用于检测生物颗粒的生物传感器阵列100。
生物传感器阵列100包括塑料基板102，塑料基板102具有类似矩阵布置的多个通孔104。提供有多个单片集成电子生物传感器芯片106，每一个传感器芯片配备有对待检测生物颗粒的存在敏感的传感器活性区202(比较图2)。
提供导电接触结构110，用于电接触多个单片集成电子生物传感器芯片106中每一个。多个单片集成电子生物传感器芯片106和电接触结构110连接至玻璃基板102，使得多个通孔104与相应对齐的多个单片集成电子生物传感器芯片106和电接触结构110结合在一起形成多个井。在每个井中，可以例如经由吸液管或经由自动吸液机器人来插入流体样本。每个井可以用作容纳例如1ml特定流体量的流体容器。每个单片集成电子生物传感器芯片106适于评估在传感器活性区202处提供的、响应于待检测颗粒的存在而产生的传感器信号。
图1中以附图标记120示意性地指示井之一，该井填充有流体样本122。
图1指示了与组件106、110、102之间的耦接区有关的部分108，下面将参照附图2进行详细说明。
从图2可以看出，例如单螺旋DNA分子等多个捕获分子208固定在传感器活性区202上或者固定为传感器活性区202的一部分。在具有与捕获分子208的序列互补的序列的颗粒存在的情况下，杂交事件可以接近传感器活性区202而发生，这修改了传感器活性区202的环境中的电特性。结果，IC 106内的单片集成电路组件(例如场效应晶体管)可以检测对应的电信号，可以部分地或全部地在IC 106内评估电信号。因此，单片集成生物传感器芯片106评估响应于待检测颗粒的存在而产生的、由传感器活性区202提供的传感器信号。
再次参照图2，多个单片集成电子生物传感器芯片106中每一个的表面形成多个井中相应一个井的底部。图2还示出了电接触结构110包括经由突起204耦接至单片集成传感器芯片106的图案化箔片210和电迹线212。图2示出了组装到箔片210的传感器晶元106的构造。电接触结构110可以连接至专用测量设备，或者电接触结构110可以配备有标准USB总线112，以直接连接至个人计算机114，如下将说明的。
此外，适配为环状塑料环密封的聚合物密封206将电接触结构110与单片集成电子生物传感器芯片106之间的接口密封。在传感器活性区202上存在流体的情况下，密封206防止该流体流向导电组件。
回到图1，可以将在电接触结构110处提供的信号提供给生物传感器阵列100的USB接口112(仅在图1中示意性示出)。因此，可以在该USB接口112处提供传感器结果，以用于监控，或者用于由可经由USB接口112被提供这些信号的可连接的个人计算机114进一步处理。
图1和图2的微量滴定板传感器阵列100是自足的可操作的便携式传感器阵列。因此，可以在IC 106内提供所有必要的处理能力，使得能够在接口112处提供最终检测结果。经由计算机114的其他处理是不必要的。然而，这些其他处理可能发生在计算机114中。
根据本发明示例实施例，提供了具有集成生物传感器106，202的智能微阵列板100。换言之，提供了在生物化学诊断中使用的包括智能微型板100在内的系统。微型板100可以集成针对生物液体122的井120、以及传感器106，202，以测量接口电子器件中的生物活性成分。因此，根据本发明示例实施例，通过利用冷光或荧光来检测分子的用于检测生物分子的复杂读取器可以是不必要的。
常规的生物分子检测方法使用分离的读取器来检测分子。这些读取器通常十分昂贵，并且是固定的，从而使得这些读取器很难用于小型医院和发展中国家。读出板的方法相对较慢，导致在样本获取与反馈给患者(或医生)之间存在较长延迟。体外诊断中的主要成本是人力。使检测成为并行检查若干个井的批量过程，这减少了操作员在每个液体上不得不花费的时间，节省了财力。
将传感器功能化，以并行检测分子集合，但是有时不可能均等地以所有想要的分子来功能化单个传感器。微阵列中并行的多个传感器可以解决该问题，每个传感器是针对不同的分子集合而功能化的。
根据本发明示例实施例，可以将检测功能集成到微阵列板100中。可以使用MID技术或这些技术的任何组合，由玻璃、塑料来制成微阵列板100。这些技术也提供了将任何需要的集成电路106包括到产品中的可能性，例如用于通信或数据处理的集成电路，从而提高了系统的智能性。
本发明实施例可以适配为例如可获得96、384、1536或更多个井的微型板。微型板的外尺寸可以是固定的，这意味着井的直径可以逐步以因子2减小(9mm、4.5mm、2.25mm)。
常规地，在用样本和试剂填充图6所示微型板600中的井602之后，将微量滴定板600放入读取器系统中。读取器系统测量由溶液中的示踪剂分子发射的荧光或冷光光。光的量是对溶液中生物分子量的测量。在生物实验室中，广泛使用具有井602的标准化板600来执行生物化学分析。
与图6的常规方法相反，本发明示例实施例使用可以安装在柔性基板110上的生物传感器集成电路106，柔性基板110可以安装在微型板102的底部。微型板102可以是专门为该过程设计的。相比于图1和图2，微型板102中井120的底部可以被移除，以便井120中的液体122直接接触传感器106，202。
图3示出了流程图300，流程图300示出了制造图1和图2所示生物传感器阵列100的方法。
在方框305，处理晶片，以制造单片集成生物传感器芯片106。在方框310，可以向IC 106涂敷镍和/或金突起204。在方框315，可以将箔片210图案化，以具有孔并具有迹线212。在方框320，执行突起的IC 106与导电结构110之间的接合。在方框325，可以涂敷底层填料，在方框330，可以涂敷PDMS(聚二甲基硅氧烷，硅酮)。在方框335，可以定制传感器。参见方框340，也可以执行包装过程，制造过程可以在方框345结束。由此，图3示出了用于制造柔性电路的工艺流程。
作为参照图1到图3描述的倒装芯片过程的备选方案，也可以使用配线接合将集成电路106互连至柔性电路210。
在制造了箔片210之后，可以将箔片210通过例如胶粘等附着至微型板102的底部。
参照图4，制造具有集成传感器芯片406的微型板400的另一种方法是使用具有通孔404的图案的玻璃板402。图4从背侧示出了具有传感器芯片406的玻璃微型板。这允许制造根据本发明另一示例实施例的传感器阵列400。
在图4的实施例中，例如通过粉末爆破(powder blasting)，在玻璃板402中制造孔404。在孔形成之后，可以用ITO(氧化铟锡)迹线(未示出)来图案化玻璃板402，以提供不同传感器406之间的互连。随后，例如使用热声(thermosonic)或倒装芯片接合技术，将传感器406接合在玻璃板402上。
制造板的另一种方法是使用铸模工艺。为此目的，可以制造箔片，该箔片保持有用于传感器的互连的迹线。将该箔片铸模到塑料中，使得迹线在塑料的外侧。使用热声接合或使用(导电)粘合剂，将传感器安装在塑料载体上。这种技术可以称为MID(铸模互连器件)技术，用于制造生物传感器阵列。
根据本发明示例实施例，可以提供使用电特性的差异(而不是光)来测量生物分子的存在的传感器。这种电子测量可以比光测量更优选。这种测量可以在处理数据集合时提供优点。
本发明实施例可以使用遵从测试样本中使用的液体的材料。
本发明实施例可以容易地与标准PC相接口，如图1所示。这使得读出简单，并且不需要硬件上的较大投资。也可以针对移动保健应用来实现传感器阵列。当在PC上进行数据评估时，提供了使用不同患者的测量数据进行详细的统计分析和研究的机会。这也允许以简单方式与数字患者病历相接口。
本发明实施例的另一优点在于，该构思与微型板的标准尺寸相匹配。因此，如图5所示具有多个头部的标准微量吸液管500可以与本发明实施例一起使用，并且可以使用标准设备来向井中填充流体样本。因此，无需开发新的昂贵的工具。
本发明实施例的示例应用领域是诊断系统。这可以针对单个使用或者可以形成更大系统的一部分。这种诊断可以允许确定生物化学分子，例如执行DNA排序。图7所示根据本发明另一实施例的传感器封装700可以使用基板702来承载控制或接口晶元704。基板702可以由聚酰胺或例如BT(Bismaleimide-Triazine)环氧树脂、FR4(阻燃剂4)或FR5等更传统的PCB(印刷电路板)材料制成。基板702设计为具有多个指状物706，以向封装700提供对微型板(参照图1、图4或图6)中井的列的接入。每个指状物706具有分配的电连接元件708和传感器活性区710。由此，一个IC704可以同时服务多个传感器活性区710，在本实施例中是8个。也可以向基板附着和连接去耦电容器(未示出)或另一电子元件。对于96井的SBS微型板，指状物的数目可以是8，对于384井的板，数目可以是16，等等。图7示出了可以放入微量滴定板中的具有生物传感器的基板702。
根据本发明示例实施例的传感器封装可以使用倒装芯片技术或配线接合技术来制造。在倒装芯片技术的情况下，可以使用图3的倒装芯片工艺流程。在该流程中，需要进行若干处理选择。例如，电解金突起、铜突起或者甚至是焊料突起可以取代Ni/Au突起。
如图8所示，使用这种流程，可以制造根据本发明示例实施例的封装的传感器800。图8示出了封装传感器800的倒装芯片构造。
除了图2所示部件之外，图8实施例还附加地包括封装材料802，封装材料802可以由PDMS(聚二甲基硅氧烷，硅酮)制成，但不限于此。这可以具有的优点在于，对于大多数使用的生物材料和流体而言是中性的。
在使用配线接合作为组装工艺的情况下，流程可以不同。图9示出了针对该工艺的可能处理流程900。
在方框305，处理晶片，以制造单片集成生物传感器芯片106。在方框905，可以锯开晶元106。在方框910，可以提供具有迹线212的箔片210。在方框915，可以涂敷粘合剂。在方框920，执行晶元附着。在方框925，可以执行配线接合，在方框930，可以涂敷PDMS(聚二甲基硅氧烷，硅酮)。在方框935，可以涂敷自组装层。参见方框340，也可以执行包装过程，可以在方框345结束制造过程。
得到的产品，封装传感器的配线接合构造1000，可以看起来如图10所示。配线接合以附图标记1002指示。
最后，应该注意，上述实施例示出而非限制了本发明，在不背离所附权利要求限定的本发明范围的情况下，本领域技术人员能够设计许多备选实施例。在权利要求中，括号中的任何附图标记不应该视为限制该权利要求。单词“包括”和“包含”等不排除任何权利要求或整体上说明书中列举的元件或步骤之外的元件或步骤的存在。元件的单数引用不排除这种元件的复数引用，反之亦然。在枚举多个装置的设备权利要求中，这些装置中的若干个可以由同一个软件或硬件项目来实现。在相互不同的从属权利要求中引述某些措施这一单纯事实不指示这些措施的组合无法有利使用。

Claims (19)

1.一种用于检测颗粒的传感器阵列(100)，所述传感器阵列(100)包括：
基板(102)，具有多个孔(104)；
多个电子传感器芯片(106)，每个电子传感器芯片(106)具有对待检测颗粒的存在敏感的传感器活性区(202)；以及
电接触结构(110)，适于电接触所述多个电子传感器芯片(106)；
其中，所述多个电子传感器芯片(106)和/或所述电接触结构(110)连接至基板(102)，使得所述多个孔(104)结合所述多个电子传感器芯片(106)和/或所述电接触结构(110)一起形成具有集成颗粒传感器的多个井。
2.根据权利要求1所述的传感器阵列(100)，其中，所述多个孔(104)是通孔。
3.根据权利要求1所述的传感器阵列(100)，其中，所述多个电子传感器芯片(106)中每一个适于评估响应于待检测颗粒的存在而在传感器活性区(202)产生的传感器信号，具体是电子传感器信号。
4.根据权利要求1所述的传感器阵列(100)，其中，所述多个电子传感器芯片(106)中每一个的表面封闭所述多个孔(104)中相应一个孔，从而形成所述多个井中相应一个井的底部。
5.根据权利要求1所述的传感器阵列(100)，其中，所述电接触结构(110)适于电互连所述多个电子传感器芯片(106)中的不同电子传感器芯片。
6.根据权利要求1所述的传感器阵列(100)，其中，所述电接触结构(110)适配为包括导电迹线的图案化箔片。
7.根据权利要求1所述的传感器阵列(100)，还包括：突起(204)和/或配线，用于将所述电接触结构(110)与所述多个电子传感器芯片(106)电耦接。
8.根据权利要求1所述的传感器阵列(100)，还包括：密封元件(206)，用于密封所述电接触结构(110)与所述多个电子传感器芯片(106)之间的接口。
9.根据权利要求1所述的传感器阵列(100)，还包括：通信接口(112)，具体是通用串行总线接口，通信接口(112)电耦接至所述电接触结构(110)，并适于将电子传感器信号提供给能够经由通信接口(112)耦接至传感器阵列(100)的通信伙伴设备(114)，具体是计算机。
10.根据权利要求1所述的传感器阵列(100)，其中，基板(102)是刚性板。
11.根据权利要求1所述的传感器阵列(100)，被适配为微量滴定板，具体被适配为具有9mm、4.5mm或2.25mm间距的微型板以及/或者被适配为具有96、384或1536个井的微型板。
12.根据权利要求1所述的传感器阵列(100)，被适配为能够自足地操作的便携式传感器阵列。
13.根据权利要求1所述的传感器阵列(800，100)，其中，所述多个电子传感器芯片(106)中至少一部分电子传感器芯片(106)部分地被封装材料(802)封装，部分地无封装，以便暴露出传感器活性区(202)。
14.根据权利要求1所述的传感器阵列(700)，其中，所述多个电子传感器芯片(704)中至少一部分电子传感器芯片(704)具有多个传感器活性区(710)，所述传感器活性区(710)被布置为指状物配置(706)，指状物配置(706)具体地具有为了适合微型板而配置的指状物尺寸和/或间距。
15.根据权利要求1所述的传感器阵列(700)，其中，包括集成电路、电容器和另一电子元件在内的组中的至少一个附着并电连接至基板(102)。
16.一种制造用于检测颗粒的传感器阵列(100)的方法，所述方法包括：
形成具有多个孔(104)的基板(102)；
形成多个电子传感器芯片(106)，每个电子传感器芯片(106)具有对待检测颗粒的存在敏感的传感器活性区(202)；
形成适于电接触所述多个电子传感器芯片(106)的电接触结构(110)；以及
将所述多个电子传感器芯片(106)和/或所述电接触结构(110)连接至基板(102)，使得所述多个孔(104)结合所述多个电子传感器芯片(106)和/或所述电接触结构(110)一起形成具有集成颗粒传感器的多个井。
17.根据权利要求16所述的方法，包括：
将所述多个电子传感器芯片(106)安装在所述电接触结构(110)上，从而形成连续接触芯片布置；以及
随后将连续接触芯片布置连接至基板(102)。
18.根据权利要求16所述的方法，包括：
在基板上形成所述电接触结构(110)，从而形成连续接触基板布置；以及
随后在连续接触基板布置上安装所述多个电子传感器芯片(106)。
19.根据权利要求16所述的方法，包括：
将所述电接触结构(110)铸模到构成基板的材料中，从而形成连续接触基板布置；以及
随后在连续接触基板布置上安装所述多个电子传感器芯片(106)。
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