CN105611966B - 用于半导体晶片的气密导电馈通件 - Google Patents

用于半导体晶片的气密导电馈通件 Download PDF

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Abstract

一种玻璃晶片具有内部表面和隔开晶片厚度的相对的外部表面。气密的导电馈通件穿过晶片从内部表面延伸至相对的外部表面。馈通件包括馈通件构件，该馈通件构件具有沿着内部表面暴露的用于电耦合至电路的内部面。馈通件构件从内部面部分地穿过晶片厚度延伸至气密地嵌入在晶片内的面向外的外部面。

Description

用于半导体晶片的气密导电馈通件
技术领域
本公开涉及具有在玻璃晶片中的气密电馈通件的设备。
背景技术
电馈通件提供从密封的外壳(enclosure)或壳体(housing)的内部延伸到外壳外的点的导电路径。通过馈通件的导电路径包括导体引脚、电线或其它导电构件或材料，如果容器由导电材料形成，则该导电路径与该容器电绝缘。例如，可植入医疗设备(IMD)中的导电馈通件提供从到包含在IMD外壳或壳体内的电子电路的连接点到外壳外的点的导电路径。馈通件构件被密封至外壳以防止可损坏IMD内部电路并引起设备失灵或故障的血液或其他体液的进入。外壳和馈通件的导电构件之间的接合部在它被植入并暴露于体液时可易受进入IMD外壳中的泄露的影响。
IMD的正在进行的设计目标是整体尺寸减小，以提升患者舒适度和促进少侵入性或最小侵入性植入手术。随着尺寸减小，由于小尺寸要求，馈通件部件的选择变得有限，并且气密馈通件的可制造性变得更具挑战性。在流体条件中进行操作的其他设备(诸如微机电系统(MEMS)设备、传感器或其他小型化设备)可需要气密电馈通件。因此，仍需要改进的气密馈通件和相关联的制造方法。
发明内容
一般而言，本公开针对玻璃晶片中的气密馈通件。一种玻璃晶片，其具有第一表面和与第一表面隔开晶片厚度的相对的第二表面，该玻璃晶片包括馈通件构件，该馈通件构件具有第一面和第二面，该第一面沿着第一表面被暴露。馈通件构件部分地穿过晶片厚度延伸，使得第二面被嵌入在玻璃晶片内。导电迹线至少部分地被嵌入晶片中，其从第二面向外延伸并将第二面电耦合至沿着第二相对的表面定位的电连接点。
在一个实施例中，设备外壳包括凹进封装，该凹进封装限定用于保持电路的腔。具有面向该腔的内部表面和背向该腔的相对的外部表面的玻璃盖被密封至该凹进封装以封围电路。导电馈通件穿过玻璃盖延伸。馈通件包括馈通件构件，该馈通件构件具有嵌入在玻璃盖中的面向外的外部面以及内部面。该内部面电耦合至电路。馈通件构件从内部面部分地穿过盖厚度延伸至嵌入在盖内的外部面。导电迹线至少部分地嵌入在盖中并从外部面向外延伸。该迹线将面向外的外部面电耦合至沿着盖外部表面定位的电连接点。
在另一示例中，一种设备(该设备可以是IMD或在流体环境中进行操作的其他设备)包括电路和气密外壳，该气密外壳包括封装和密封至该封装的玻璃盖以用于封围电路。该外壳包括在玻璃盖中的馈通件。该馈通件包括馈通件构件，该馈通件构件具有面向外的外部面以及内部面。内部面电耦合至电路。馈通件构件从内部面部分地穿过盖厚度延伸至嵌入在盖内的外部面。导电迹线至少部分地嵌入在盖中并从外部面向外延伸。该迹线将面向外的外部面电耦合至沿着盖外部表面定位的电连接点。
一种制造玻璃晶片中的气密馈通件的方法包括：沿着穿过玻璃晶片的基层延伸的馈通件构件的面向外的外部面沉积导电迹线；以及将馈通件构件的外部面和导电迹线的至少一部分嵌入在玻璃晶片内。玻璃晶片可以是设备外壳的盖或其他部分。
在以下描述中公开了这些和其他示例。在所附附图和以下说明中阐述了本公开的一个或多个方面的细节。根据说明和附图以及所附权利要求，其他特征、目的以及优点将显而易见。
附图说明
图1是示例IMD的概念图。
图2是图1中所示的IMD的功能框图。
图3是根据一个实施例的具有玻璃外壳和电馈通件的IMD的示意图。
图4是描绘了制造图3中所示的IMD外壳的一种方法的示意图。
图5是根据另一实施例的具有气密电馈通件的IMD外壳的玻璃盖的示意图。
图6是在制造过程期间图5中所示的盖的示意图。
图7是具有气密馈通件的玻璃晶片及制造过程的另一示例的示意图。
图8是用于制造具有气密电馈通件的IMD外壳的玻璃盖的方法的流程图。
具体实施方式
图1是可实现在玻璃晶片中的馈通件的示例设备10的概念图。在所示的示例中，设备10是IMD但可以是需要气密馈通件的多种类型的设备中的任一种。IMD 10被显示具体化为具有沿着IMD外壳12定位的一对电极14和16的监测设备。IMD外壳12将电子电路封围在IMD 10内部并保护IMD电路不受体液侵害。
在一些实施例中，使用玻璃晶片技术来制造外壳12。当由玻璃、或与其它材料形成的部分组合的玻璃部分形成时，外壳12是可密封的壳体，从而形成对抗可损坏封装在外壳12内的电子器件的体液进入的气密屏障(barrier)。当沿着外壳12的外表面定位电极14和16时，电馈通件提供跨过由外壳12提供的气密屏障的电极14和16到内部电路的电连接。外壳12可由硅酸盐玻璃(例如硼硅酸盐或铝硅酸盐)、熔融二氧化硅、蓝宝石或其它玻璃材料形成。在一些实施例中，外壳12可包括在外壳12的任何部分上的外涂层以提供IMD 10的期望的表面特性或特征。在一些实施例中，外壳12的一部分(诸如，外壳盖)是玻璃晶片，其包括一个或多个气密馈通件，并且外壳12的其他部分(例如，底部和侧壁)由金属或半导体形成。
IMD 10可被具体化为可植入心脏监测器，其中电极14和16用于感测生物电势信号(例如，ECG信号)。在替代的应用中，电极14和16可用于感测感兴趣的任何生物电势信号，该任何生物电势信号可以是例如来自任何植入部位的EGM、EEG、EMG、或神经信号。IMD 10可附加地或替代地被配置成当被植入到患者体内时使用电极14和16来测量跨过电极14和16两端的阻抗。
电极14和16可由生物相容性导电材料(例如钛、铂、铱、或其它金属或它们的合金)形成并且可包括诸如氮化钛、铂黑或炭黑之类的其他材料和/或涂层以改善导电性或获得其他期望的电和/或表面性质。图1所示的配置仅是一个示例电极配置。在其他实例中，感测电极14和16可位于沿着IMD外壳12的非图1所示的位置的其他位置处。此外，电极14和16可由从外壳12延伸并且经由电馈通件耦合至IMD内部电路的医疗电引线携载。
外壳12的一部分可用作电极并且与沿着外壳12定位的任何其他电极绝缘。虽然被示为并被描述为心脏监测器，但IMD 10可以是多种其他可植入设备中的任一种，包括可植入血流动力学监测器、血液化学监测器、压力监测器、神经监测器、肌肉监测器、脑部监测器，等等。在这些情况中的任何情况下，IMD 10可包括除电极14和16之外或作为电极14和16的附加的其他传感器以监测期望的生理信号。在一些实施例中，IMD 10可被配置成递送治疗。例如，IMD 10可被配置成经由电极14和16递送电刺激治疗。
而且，如本文中所公开的气密馈通件不限于IMD中的实现。多种其他设备，包括MEM设备、传感器、或在流体环境中使用的其他小型化设备(其可在活体的体内或其它环境内)，可需要气密馈通件并且由此可实现本文中所描述的馈通件。
图2为图1中所示的IMD 10的功能框图。在各种实施例中，IMD 10可包括电感测模块20、阻抗监测模块22、和脉冲发生器24。模块20和22中的每一个可被耦合至电极14和16以用于感测电生理信号和/或监测跨过电极14和16两端的阻抗。脉冲发生器24(如果存在的话)可被耦合至电极14和16以用于向患者递送电刺激脉冲，例如，用于递送心脏起搏、神经刺激、深脑部刺激、或其他神经刺激。
在一些实施例中，电极14和16在适当的时间使用由处理和控制模块26控制的开关电路按需耦合至IMD 10内的各种部件。在其他示例中，IMD 10可包括耦合至感测模块20和阻抗监测模块22的专用感测电极和耦合至脉冲发生器24的专用治疗递送电极。可提供超过一个电极对来感测附加信号和/或提供专用感测和治疗递送电极。示意性示出的馈通件50和51提供从位于外壳12的外部(例如，沿着外壳12的外表面12a)的电极14和16中的每一个电极到包含在外壳12内的电路的部件(例如，电感测模块、阻抗监测模块22、和/或脉冲发生器24)的导电路径。
在各种示例中，IMD 10可包括或被耦合至一个或多个生理传感器(多个)33以用于感测不同于生物电势或阻抗信号的信号。例如，传感器33可以是驻留在外壳12外部的压力传感器、声传感器、光学传感器、温度传感器、或其它机械、光学、或化学传感器。传感器33耦合至驻留在外壳12内部的生理感测模块32。馈通件52提供用于将传感器33电耦合至感测模块32的导电路径。
IMD 10被示为包括耦合至用于无线数据接收和/或发射的天线35的通信模块34。在一些示例中，天线35从位于IMD外壳12内的通信模块34延伸至在外壳12外部的点以接收和/或发射信号。馈通件54提供从天线35的远端到通信模块34的导电路径。通信模块34可被配置成经由电感耦合、电磁耦合、组织电导、近场通信(NFC)、射频识别(RFID)、WiFi、或其他专有或非专有的无线遥测通信方案来发射和接收通信信号。
电源30按需向IMD电路提供功率。电源30可包括一个或多个能量储存设备，诸如一个或多个可再充电或非可再充电电池。在一个示例中，电源30是电感耦合的、可再充电电源或电感耦合的功率传送设备。在此类实例中，包含在外壳12内的电源30可电耦合至外部天线31以用于接收电感耦合的功率信号。馈通件56提供从天线31到电源30的导电路径，天线31具有在外壳12外部的远端。
IMD 10包括处理和控制模块26及相关联的存储器28以控制IMD功能，这些IMD功能包括处理从电极14和16以及其他传感器33接收的信号以及控制脉冲发生器24和通信模块34。
各种电极14，16、传感器33和天线31和35示出了可驻留在IMD外壳12的外部并且需要至包含在外壳12内的电路的电连接的电部件的类型。为了维持内部电路的完整性，外壳12是气密密封的壳体。由此，馈通件50、51、52、54和56中的每一个提供穿过外壳12的壁的气密密封的导电路径。馈通件50、51、52、54和56中的任一个可包括电容滤波器以提供对外部电磁干扰或其它电噪声的滤波，该外部电磁干扰或其它电噪声可污染经由相应的馈通件传导至内部IMD电路的电信号。电容器可被包括在外壳12内的集成电路中或沿着外壳12的内表面12b。
图1中所示的IMD 10的示意图仅是IMD的一个示例，该IMD包括在外壳12内的电耦合至外壳12外部的至少一个电部件的电路或部件(由图2中的功能框表示)。存在可利用如本文中所公开的气密馈通件的许多其他类型或配置的IMD。IMD 10可以是MEMS设备、传感器、接收和处理和/或存储信号的监测器、治疗递送设备、或它们的任何组合。在美国公开No.2006/0192272(Receveur)、美国公开No.2012/0197155(Mattes)和美国2012/0101540(O’Brien)中通常描述了可被配置成包括如本文中所公开的气密馈通件的IMD的其他示例，这些申请通过引用整体结合于此。
在图2中为了方便起见，馈通件50、51、52、54和56被示为穿过外壳12的不同侧(例如，顶侧、底侧和横向侧)延伸。然而，可以构想，穿过外壳12的壁延伸的各种馈通件可替代地沿着单个共同侧(诸如外壳12的盖)定位。一般而言，如本文中所公开的穿过IMD外壳的玻璃部分延伸的馈通件可沿着外壳的便于到内部设备电路的电连接、便于到外部部件(诸如，天线、电极或其他传感器或其他导电元件)的电连接和/或简化制造方法的任何地方进行定位。
图3是根据一个实施例的具有玻璃外壳101和电馈通件130的IMD 100的截面图的示意图。玻璃外壳101包括由玻璃晶片形成的盖102和凹进封装104。凹进封装104具有底侧106以及从底侧向上延伸并且围绕底侧106的横向侧壁108以限定内部腔107。在一些示例中，可通过蚀刻、喷砂、机械加工、或以其他方式从晶片去除材料以形成腔107来从玻璃晶片形成凹进封装104。
凹进封装104可以是单个部件或接合或熔合(fuse)在一起的多零件部件。例如，可以制造组装步骤将侧壁108接合或熔合至底侧106。IMD电路105位于腔107内。凹进封装104和盖102例如通过玻璃材料的熔合接合或其他方法在横向侧壁108和盖102之间的接合部116处气密密封。如果封装104由诸如金属之类的另一材料形成，则可使用焊接、钎焊或其他接合方法密封接合部116。
玻璃盖102是多层盖，包括具有面向凹进封装104的内部腔107的内表面124的基层112和具有背向腔107的外部顶表面122的顶层110。基层112和顶层110例如通过熔合接合沿着界面128气密地密封，以形成盖102的将外部顶表面122与相对的内表面124隔开的组合总厚度。
馈通件130延伸穿过盖102。基层112包括由内部侧壁114限定的通孔115，所述内部侧壁114从基层112的内表面124延伸至在基层112和顶层110之间的界面128处的基层顶表面120。在所示的示例中，侧壁114是垂直侧壁，其大致垂直于内表面124和顶表面120延伸。在其他实施例中，侧壁114可成角度并且非垂直于内表面124延伸。馈通件构件132延伸穿过通孔115。馈通件构件132是填充或至少部分地填充通孔115并且接合至基层112的内部侧壁114的导电引脚、电线或其他导电材料。馈通件构件132可以是任何导电金属或金属合金，诸如钛、钨、铌、铜、镍、金、铂、铱和诸如PbSn或AuSn之类的焊料。
馈通件构件132由可具有与基层112的热膨胀系数基本上匹配的热膨胀系数的导电材料形成。可在通孔115中沉积馈通件构件132作为接合到内部侧壁114、在通孔115内金属化或电镀、或以其他方式进行沉积以填充或部分填充通孔115的固体部件。在一个示例中，馈通件构件132可以是组装在装置中的钨或钛构件。玻璃材料(例如市售的或B270或如本文所列出的而非限制的其他通用玻璃)可被加热并围绕馈通件构件132流动以同时形成通孔115并将馈通件构件132接合至通孔侧壁114。
馈通件构件132具有向内面向腔107的内部面134，该内部面134经由导电路径118电耦合至电子电路105。导电路径118可以是当电路105被组装在外壳101内时变得与电路105上的连接点对齐的焊料凸块或连接器焊盘。外壳101的玻璃材料可被选择成具有与电路105的硅集成电路或其他部件的热膨胀系数大致匹配的热膨胀系数，以允许导电路径118和电路105上的相应的连接点之间的精确对齐。匹配外壳101和电路105之间的热膨胀系数使得能够在电路105和馈通件构件132之间进行可靠的倒装芯片连接并保护应力敏感部件，诸如可被包括在电路105中的霍尔效应传感器或其它传感器。
在过去的实践中，馈通件构件通常完全穿过外壳壁延伸，使得沿着外壳的内表面暴露一端或一面以与该内表面电连接，并且沿着外壳的外部表面暴露另一相对端或面以与该外部表面电连接。以这种方式，该馈通件可以是从外壳的内表面到外表面的单个连续路径。在馈通件构件的侧和周围的外壳材料(沿着通孔侧壁)之间的接合可被暴露于温度循环或其它热变化。热变化可危及两种不同材料之间的接合，并因此在馈通件构件暴露于外部流体环境时危及外壳的气密性。
在馈通件130中，馈通件构件132的面向外的外部面136被嵌入在盖102中并且在顶层110和基层112之间。导电迹线138从馈通件构件外部面136延伸至由顶层110的内部侧壁126限定的开放腔125。开放腔125对外壳101的外部开放并且对基层112的顶表面120开放，藉此暴露迹线138的一部分。
迹线138可以是任何导电材料的薄膜或层。在IMD中，迹线138可以是生物相容的、生物稳定的导体，诸如钛、铌、钽、铂或它们的合金。在一些实施例中，迹线138可在界面128处沿着顶层110和/或基层112形成的凹槽内延伸以维持用于在顶层110和基层112之间接合的水平表面。
在腔125中暴露迹线138以提供用于将外部导电构件140电耦合至馈通件构件132的电连接点150。导电构件140可以是电极或其他传感器、天线、或其他外部部件直接或间接电耦合至的耦合构件或接触焊盘。在一些实施例中，电极或其他外部部件可机械地耦合至腔125内或沿着外部顶表面122的顶层110。
在各种实施例中，导电构件140可完全地填充全部腔125，使得电极、传感器或其他电部件可被耦合至构件140，并且沿着外部顶表面122和外壳101延伸或者从外部顶表面122和外壳101向外延伸。在其他实施例中，导电构件140可填充腔125的一部分，并且电极、传感器或其他电部件可填充腔125的剩余部分以与顶表面122齐平地延伸或从顶表面122突出。在一些实施例中，导电构件140是填充腔125并且在连接点150处直接耦合至迹线138而无需单独的耦合构件的电极。腔125提供用于保持与顶表面122齐平或低于顶表面122的电极的凹部。通过将电极或其他传感器定位成与顶表面122齐平或低于顶表面122，在制造和植入程序期间保护传感器免受工具或其他处理或递送物体的侵害。
通过将馈通件构件132的外部面136嵌入在盖102内，在馈通件构件132和通孔115的侧壁114之间的接合不直接暴露于体液或其他外部环境。当层110和112沿着界面128熔合接合时，馈通件构件132的外部面136和迹线138的至少一部分被嵌入在盖102内并且在顶层110和基层112之间。通过将外部面136和迹线138的至少一部分气密地密封在盖102内，保护侧壁114和馈通件构件132之间的接合免于暴露于体液，并且体液沿着通过馈通件130的路径进入外壳腔107中是相当不可能的。
在所示的示例中，馈通件130不包括套圈。馈通件构件132被直接接合至外壳盖基层112的内部侧壁114。在其他示例中，可在馈通件构件132和内部侧壁114之间使用套圈或其他中间层或涂层，以增强馈通件构件132和侧壁114之间的密封。
在本文所描述的说明性实施例中，气密馈通件被示为延伸穿过IMD外壳的盖。可以构想，IMD外壳可具有延伸穿过外壳的盖102和/或凹进封装104的壁的一个或多个馈通件。此外，可以构想，盖102可沿着内表面124凹进，使得盖102也形成内部腔107的一部分。例如，凹进封装104和盖102可以是对称的。
图4是描绘了用于制造图3中所示的外壳101的一种方法的示意图。盖102从玻璃晶片顶层110和玻璃晶片基层112组装。基层112包括由内部垂直侧壁114限定的通孔115，该内部垂直侧壁114从盖内表面124延伸至基层112的面向外的顶表面120。馈通件构件132从内部面134穿过通孔115延伸至与基层112的顶表面120齐平的外部面136，该内部面134可从内表面124凹进、与内表面124齐平、或从内表面124突出。在各种实施例中，可沿着馈通件构件132的内部面134提供焊料凸块或其他连接点。
与馈通件构件132的外部面136直接电接触地沿着基层112的顶表面120沉积或印刷导电迹线138。迹线138从直接耦合至馈通件构件132的外部面136的第一端144延伸至终止于由顶层110限定的腔125内的第二端146。在各种实施例中，迹线138可跨越整个顶面136的宽度或直径或小于顶面136的全宽或直径延伸。迹线138可跨越腔125的全宽或直径或其全宽或直径的一部分延伸。
顶层110沿着基层顶表面120熔合接合或以其他方式密封至基层112。一经将两层110和112接合在一起，馈通件构件132的顶面136、迹线第一端144和在第一端144和第二端146之间延伸的迹线138的中段的一部分被嵌入在顶层110和基层112之间。迹线138的远端146在腔125内被暴露以提供沿着迹线138的所暴露部分的外部电连接点150，以便于电耦合至馈通件构件132。电连接点150与馈通件构件132横向地间隔开并且通过层110和112之间的气密接合而与馈通件构件外部面136隔开。
将顶层110向下研磨或机器加工至期望的厚度并且暴露腔125。将顶层110的一部分向下去除至至少腔125的凹进横向表面137，例如，向下至虚线142，以使腔125向外部环境开放。在一些实施例中，将顶层110的整个顶表面148向下去除至虚线142以暴露腔125并形成如图3所示的开放腔。在其他实施例中，仅可从顶表面148去除与腔125对齐的顶层的一部分以通过(例如，通过激光钻孔)在顶表面148中形成开口来扩展腔125，藉此暴露腔125。随后可例如通过金属化基层112的所暴露的顶表面120来通过腔125的顶部开口在腔125中沉积或组装导电构件140(图3中所示)。在其他实施例中，可在将顶层110接合至基层112之前并且在研磨顶表面148之前将导电构件140组装或沉积到顶层玻璃晶片的腔125中。
在另一示例中，腔125可完全穿过顶层110延伸并且可通过激光钻孔、喷砂或其他去除方法穿过玻璃晶片预先形成，以在接合至基层112之前形成具有由内部侧壁126限定的开放腔125的顶层110。然而，在这些示例中的每一个中，迹线138的连接点150最终被暴露于外壳101周围的外部环境，而馈通件构件顶面136被嵌入在盖102内而没有被直接暴露于外部环境且没有使外部部件直接耦合至馈通件构件132。诸如天线、电极或其他传感器之类的外部部件仅经由迹线138间接耦合至馈通件构件132。到迹线138的连接点150是沿着盖102的外部顶表面122并且与馈通件构件132的嵌入的外部面136横向地间隔开。通孔115仅部分地穿过盖102延伸使得通孔115在盖外部顶表面122下面终止。
图5是根据另一示例的具有气密电馈通件230的IMD外壳的玻璃盖202的示意图。玻璃盖202由玻璃晶片顶层210和玻璃晶片基层212形成。馈通件230从盖202的内表面224延伸至外部顶表面222。馈通件230包括第一馈通件构件232a和第二馈通件构件232b，该第一馈通件构件232a部分地穿过盖202延伸，该第二馈通件构件232b部分地穿过盖202延伸并且从第一馈通件构件232a横向位移。第一和第二馈通件构件232a和232b通过沿着顶层210和基层212之间的界面228嵌入在盖202中的导电迹线238a和238b(统称238)电耦合。
第一馈通件构件232a在嵌入在盖202内的面向外的外部面236a和沿着盖内表面224暴露的面向内的内部面234a之间延伸。馈通件构件232a接合至限定通孔215a的内部侧壁214a。通孔215a从盖内表面224仅部分地穿过盖202延伸，终止于盖外部表面222的下方，例如在基层212和顶层210之间的界面228处。
第二馈通件构件232b从第一馈通件232a横向地偏移(间隔开)。第二馈通件构件232b具有嵌入在盖202内的面向内的内部面234b和沿着盖外部顶表面222暴露的面向外的外部面236b。第二馈通件构件232b的外部面236b提供沿着盖202的外部顶表面222并且与盖内表面224相对的电连接点250。当盖202被提供作为IMD的外壳的一部分时，连接点250是生物稳定、生物相容的表面。例如，馈通件构件232b可由钛、钽、铂、铱或它们的合金形成。在一些实施例中，可通过例如采用碳黑、铂黑、铂溅射、氮化钛或其他涂层涂布馈通件构件232b来改善连接点250的生物相容性和生物稳定性。
由内部侧壁214b限定的通孔215b从盖外部顶表面222仅部分地穿过盖202延伸，终止于盖内表面224之上，例如，在基层212和顶层210之间的界面228处。通孔215a和对应的馈通件构件232a的中心轴从通孔215b和对应的馈通件232b的中心轴横向偏移。由于构件232a和232b在通过盖202延伸并且与内表面224和外部顶表面222平行的任何水平平面中不彼此重叠，因此馈通件构件232a和232b也穿过盖202垂直地偏移。
导电迹线238沿着界面228嵌入在盖202内并从馈通件232b的嵌入的内部面234b延伸至馈通件232a的嵌入的外部面236a。可沿着基层212的顶表面和/或顶层210的底表面沉积或印刷迹线238，使得当顶层210接合至基层212时，迹线238被嵌入在盖202内。在一些实施例中，迹线238可包括分别沿着基层212的顶表面和顶层210的底表面定位的两个或多个重叠的或部分重叠的迹线238a和238b。迹线238可以是薄膜以沿着界面228添加可以忽略的厚度。
图6是在制造过程期间的盖202的示意图。顶层210和底层212可由相同的玻璃晶片形成，具有完全穿过相应的晶片延伸的馈通件构件232a和232b和沿着晶片中的每一个的一个表面延伸的迹线238a和238b，如图6的顶画面A所示。通过在由箭头242指示的方向中关于由“x”240指示的垂直地延伸到页面中的z轴旋转晶片来上下位置颠倒地(end-over-end)翻转变成盖202中的顶层210的晶片。
在以上述方式翻转顶部晶片之后，如画面B所示，迹线238a和238b重叠、面向对齐。馈通件构件232a和232b不再与共同的中心轴对齐。馈通件构件232a和232b彼此横向地间隔开。
变成顶层210的顶部晶片和变成基层212的底部晶片抵靠彼此进行定位并且沿着界面228熔合接合或以其他方式气密地结合，以形成画面C中所示的双层盖202。双层盖202具有馈通件230，该馈通件230包括两个横向间隔开的馈通件构件232a和232b，馈通件构件232a和232b各自分别具有沿着气密界面228嵌入在盖202内的相对的外部面和内部面236a和234b。迹线238a和238b对齐并且重叠以形成电耦合馈通件构件232a和232b的迹线238。在该实施例中，迹线238被整个嵌入在气密熔合的界面228内，但经由馈通件构件232b而将馈通件构件232a电耦合至外部连接点250。
可通过向下研磨变成顶层210的玻璃晶片以形成盖外部顶表面222来实现盖202的期望总厚度。如画面C中所示，顶层210可具有小于基层212的厚度的最终厚度。
为了清楚起见，迹线238的厚度在本文中所示的图中被夸大；可以意识到，迹线238将非常薄使得其沿着界面228基本平放。例如，图3中所示的迹线138和图5中所示的迹线238可以是埃至微米量级厚，而相应的盖102和202的厚度可以是大约3毫米或更小。在一些实施例中，盖102和202的厚度可以小于1毫米，例如，厚度约0.5毫米。基层112的厚度可以是大约0.5毫米并且顶层110的厚度可以是大约50至100微米量级。在本文中所给出的一些示例中，术语“大约”指的是在设定值的10％内的值。
图7是具有气密馈通件的玻璃晶片和相关联的制造过程的另一示例的示意图。如画面A中所示，在玻璃晶片基层312的顶表面320上沉积导电迹线338。迹线338可以是钛、钨、钽、铂、铱、或其他生物相容的、生物稳定的金属或它们的合金，并且可以被印刷、溅射、金属化、电镀或使用蒸发工艺沉积。
将晶片顶层310接合至基层312的顶表面320(画面B)以例如通过熔合接合将顶层310气密地密封到基层312。迹线338被嵌入在形成于顶层310和基层312之间的气密界面328内。在一些实施例中，可在沉积迹线338之后沿着界面328提供涂层以增强接合和/使顶表面320平面化，从而改善顶层310和基层312之间的气密密封。例如，在本文中所公开的这个和其它实施例中，在沿着顶表面320定位迹线338之后，可使用以上列出的为接合两个层310和312作准备的方法中的任一个将Silox或Teos(原硅酸四乙酯)或其它粘合密封剂的涂层施加至基层312的顶表面320。
如画面C所示，通过蚀刻、激光钻孔或其他去除方法分别在基层312和顶层310中形成内通孔315a和外通孔315b，以形成限定通孔315a和315b的都向下延伸至迹线338的侧壁314a和314b。可至少蚀刻掉为了平面化或其他目的施加在迹线338上的任何非导电涂层的将在通孔315b的基部316b处变成暴露的部分。在其他示例中，在将层312和310接合在一起之前，分别穿过层312和310形成通孔315a和315b。
分别在通孔315a和315b中沉积馈通件构件332a和332b(画面D)以形成具有气密馈通件330的玻璃晶片盖302。可通过溅射、电镀、或其他金属化技术或这些技术的组合来形成馈通件构件332a和332b。在一些实施例中，馈通件构件332a和/或332b可包括溅射层和电镀层。可向下研磨顶表面322以实现盖302的期望的总厚度。
在该实施例中，侧壁314a和314b被示为成角度的，这可便于用于在通孔315a和315b中沉积馈通件构件332a和332b的金属化、溅射或其他工艺。在各种实施例中，馈通件构件被沉积为沿着至少通孔的基部的膜或层并且可由通孔侧壁向上延伸。作为示例，馈通件构件332b被示为沿着通孔315b的基部316b，从而提供用于电耦合至馈通件构件332a的嵌入的面向外的外部面的外部接触点350。馈通件构件332a沿着通孔315a(沿着其基部316a、侧壁314a)和在通孔315a外沿着基层312的内表面324延伸。馈通件构件332a和332b沿着通孔侧壁314a和314b和内表面324或外部顶表面322延伸的程度可在实施例之间变化，并且可取决于什么外部电部件正被耦合至馈通件330、它们相对于馈通件330的位置、以及用于耦合至由盖302是其一部分的相关联的外壳容纳的电路的方法。例如，沿着内表面324延伸的馈通件构件332a的部分可提供用于电耦合至将被封围在气密外壳中的电路的电耦合点351。
当馈通件构件332a和332b沿着外部顶表面322或内表面324延伸时，可在馈通件构件的一部分上施加非导电涂层以限定导电电极或接触焊盘区域。例如，可施加聚对二甲苯、硅酮、沉积玻璃的涂层或其它非导电涂层以限定馈通件构件(多个)332a和/或332b的绝缘和非绝缘部分。
图8是根据一个示例的用于制造具有气密电馈通件的IMD外壳的方法的流程图400。在框402处，在将变成外壳的盖的基层的玻璃晶片中形成通孔。可通过激光钻孔或喷砂形成玻璃晶片中的通孔。通孔由内部侧壁限定，该内部侧壁可以是垂直的或成角度的、形成于玻璃晶片中的期望位置处。在框404处，在通孔中沉积导电馈通件构件。例如，该馈通件构件可以是任何导电金属，诸如钛、钨、铌、铜、镍、金、铂、和诸如PbSn或AuSn之类的焊料。可通过电镀、金属化、作为固体预成型构件或其它沉积方法在通孔中沉积馈通件构件。在一些示例中，通过将馈通件构件(例如，钛或钨引脚)定位在组件中并且使玻璃晶片的玻璃材料围绕馈通件构件流动来在单个步骤中实现框402处的通孔形成和框404处的馈通件构件的沉积。
在框406处，例如通过印刷、溅射、蒸发、电镀或其他方法沿着玻璃晶片的顶表面沉积导电迹线，使得迹线沿着馈通件构件的暴露的外部面延伸。在框408处，将该玻璃晶片与变成盖的顶层的第二玻璃晶片接合。将基层中的馈通件构件的外部面和沉积在基层的顶表面上的导电迹线的至少一部分嵌入在两个玻璃晶片之间的接合界面中。在一些示例中，如图7中所示，可在形成通孔和在通孔中沉积馈通件构件之前执行将导电迹线嵌入在分层的玻璃晶片中。因此，图8中所示的框的特定顺序不旨在传达关于在制造过程中执行的步骤的特定顺序的任何限制，而仅指示所包括的用于达成具有从内晶片表面延伸到相对的外部顶晶片表面的气密馈通件并且包括嵌入的馈通件构件面的玻璃晶片的步骤的过程和方面。
在框410处，经由迹线将外部部件耦合至嵌入的馈通件构件面。外部部件(例如，电极或其他传感器)可被组装到由迹线提供的外部连接点上。在一些实施例中，外部部件可以是金属化的接触焊盘或其他部件。在一些示例中，例如，如图4中所示，例如通过喷砂、激光钻孔或机械加工在第二玻璃晶片中形成部分穿过第二玻璃层延伸的腔。该腔与迹线的一部分对齐，但与第一馈通件构件的嵌入的外部面横向偏移。一经将这两个玻璃晶片熔合或接合在一起，迹线的一部分暴露在第二晶片的腔内，从而提供外部电连接点，而迹线的剩余部分被嵌入在气密接合的界面内，从而朝向嵌入的馈通件外部面横向地延伸。
可向下研磨晶片的顶表面以创建对腔的开放进出以及沿着迹线的暴露部分的连接点。迹线的暴露部分是实现到馈通件构件的嵌入的面的电连接的外部连接点。连接点通过沿着熔合的界面横向延伸而离开嵌入的馈通件的迹线来与馈通件构件的嵌入的面向外的外部面横向地间隔开。该馈通件构件仅穿过形成盖基层的玻璃晶片从盖的内表面延伸到基层的顶表面。
在另一示例中，一经将第一基层晶片熔合至第二顶层晶片，在形成于变成盖顶层的第二玻璃晶片中的通孔中沉积第二馈通件构件以与迹线进行电接触。第二馈通件构件可从顶层的底表面延伸至盖外部顶表面并且与第一馈通件构件的嵌入的外部面横向地间隔开。第二馈通件构件的暴露的外部面是用于通过包括第二馈通件构件和迹线的电路径将外部部件(例如，电极、接触焊盘、传感器或其他导电构件)电耦合至第一馈通件构件的嵌入的面的外部连接点。一经熔合这两个玻璃晶片，在顶部玻璃晶片中的第二馈通件构件的面向内的内部面变成嵌入在盖内。第二玻璃晶片可以与图6中所描绘的示例中所示的第一玻璃晶片相同。
可将顶部玻璃晶片向下研磨至小于底部玻璃晶片的厚度的厚度，以实现期望的盖厚度。可在将顶层向下研磨至期望的厚度之前或之后在第二玻璃晶片的腔中沉积第二馈通件构件。
在框412处，将盖密封至凹进封装。封装可由与盖相同的玻璃材料或另一材料(例如，硅、金属或其他生物相容的材料)形成。例如，盖和封装两者都可从硅酸盐玻璃晶片、蓝宝石、或熔融石英中切割。在其他示例中，封装可包括半导体材料或金属。在框412处根据封装和盖的材料(多种)使用合适的密封技术。如果封装和盖两者都是玻璃，则它们可被熔合接合。在一些示例中，可在盖和凹进封装之间的界面处施加涂层或夹层，以促进可靠的气密密封的形成。
通过密封的玻璃盖和封装限定气密腔以用于保持和保护电路。玻璃盖具有面向腔的内部表面和背向腔并且与内部表面隔开盖厚度的相对的外部表面。可在盖基层的底面处与馈通件构件接触地应用焊料凸块或其他连接焊盘，以促进到包含在外壳内的电路的连接。
在一些示例中，在将盖密封至封装之前，将电路组装到内部盖表面上。当盖被定位在凹进封装之上时，电路被定位在凹进封装内。在其他示例中，一经将盖置于封装上，焊料凸块或其他电触点与已经驻留在凹进封装内的电路进行电连接。
盖的外部连接点使外部电部件能够电耦合至内部电路。例如，电极或其他传感器可在将盖密封至封装之前或之后或当盖在适当的位置被密封至凹进封装上时电耦合至外部连接点，从而变得电耦合至组装到盖的内部表面上的电路。可使用可显著改善IMD可靠性和降低制造成本的晶圆厂工具、工艺和材料将采用具有气密馈通件的玻璃晶片盖制造的外壳并入晶片制造工艺中。
因此，已描述了具有气密馈通件的玻璃晶片的各种实施例。然而，在不偏离权利要求书的范围的情况下，本领域的普通技术人员将理解可对所述实施例作出各种更改。此类修改可包括以与本文所示和所描述的那些不同的组合改变所执行的制造步骤的顺序或外壳、玻璃晶片和/或馈通件的特征的组合。这些以及其他实施例在以下权利要求的范围内。

Claims (10)

1.一种可植入医疗设备，包括：
电路；以及
气密外壳，所述气密外壳限定用于保持所述电路的腔并且包括：
玻璃盖，所述玻璃盖具有盖内侧表面和相对的盖外侧表面，所述盖内侧表面面向所述腔，所述相对的盖外侧表面背向所述腔并且与所述盖内侧表面隔开盖厚度；以及
导电馈通件，所述导电馈通件穿过所述玻璃盖延伸，所述馈通件包括：
a)第一馈通件构件，所述第一馈通件构件具有电耦合至所述电路的内部面，并具有嵌入在所述盖内的面向外的外部面，所述第一馈通件构件从其内部面部分地延伸穿过所述盖厚度并且延伸到其面向外的外部面，
b)导电迹线，所述导电迹线至少部分地嵌入在所述盖中，所述导电迹线自所述第一馈通件构件的所述面向外的外部面开始、沿着嵌入到盖中的表面朝外延伸，并且将所述第一馈通件构件的所述面向外的外部面电耦合至沿着所述盖外侧表面定位的电连接点，以及
c)平面化涂层，其沿着所述嵌入到盖中的表面延伸，以沿着所述嵌入到盖中的表面平面化所述导电迹线。
2.如权利要求1所述的设备，其特征在于，所述连接点与所述第一馈通件构件的所述面向外的外部面横向地间隔开。
3.如权利要求1所述的设备，其特征在于，所述玻璃盖包括：
基层，所述基层限定所述盖内侧表面；
顶层，所述顶层限定所述盖外侧表面；以及
在所述基层和所述顶层之间的气密密封的界面。
4.如权利要求3所述的设备，其特征在于，所述第一馈通件构件从所述盖内侧表面延伸至所述气密密封的界面。
5.如权利要求3所述的设备，其特征在于，所述迹线沿着所述气密密封的界面横向地延伸。
6.如权利要求3-5中任一项所述的设备，其特征在于，所述顶层包括内部侧壁，所述内部侧壁限定从所述盖外侧表面延伸至所述基层的顶表面的腔，
所述连接点是沿着在所述腔内暴露的迹线的一部分布置的。
7.如权利要求1-5中任一项所述的设备，其特征在于，还包括传感器，所述传感器被定位在腔中并且电耦合至所述迹线。
8.如权利要求3-5中任一项所述的设备，其特征在于，所述顶层包括第二馈通件构件，所述第二馈通件构件从所述界面延伸至所述盖外部表面，所述第二馈通构件与所述第一馈通件构件横向地间隔开，
所述迹线嵌入在所述盖中并且从所述第一馈通件构件的面向外的构件外部面延伸至所述第二馈通件构件。
9.如权利要求8所述的设备，其特征在于，所述第二馈通件构件包括嵌入在所述盖内的面向内的内部面。
10.如权利要求3-5中任一项所述的设备，其特征在于，所述顶层具有第一厚度并且所述基层具有大于所述第一厚度的第二厚度。
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