CN115910802A - 一种碳基管场效应晶体管生物传感器封装方法 - Google Patents
一种碳基管场效应晶体管生物传感器封装方法 Download PDFInfo
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Abstract
本申请提供一种碳基管场效应晶体管生物传感器封装方法,在碳基场效应晶体管生物传感芯片晶圆上设置由剥离胶形成的划片保护层;对碳基场效应晶体管生物传感芯片晶圆依次进行划片、在预设温度下的贴片、打线、分别在预设温度下的围堰和滴胶处理,以在封装基板上设置形成有传感沟道和参比电极的碳基场效应晶体管生物传感芯片,其中,预设温度在55℃至85℃之间。本申请能够在保证碳基场效应晶体管生物传感器中电学连接可靠性的同时,还能够保证液体样本与传感沟道和参比电极直接接触,能够避免高温影响碳基场效应晶体管生物传感器的性能,进而能够有效提高封装得到的碳基管场效应晶体管生物传感器的应用可靠性及有效性。
Description
技术领域
本申请涉及传感器封装技术领域,尤其涉及一种碳基管场效应晶体管生物传感器封装方法。
背景技术
因碳基场效应晶体管(Field Effect Transistor,FET)生物传感器所具备的低操作难度、灵敏度高、低检测时间、易于小型化和集成等优点,碳基场效应晶体管生物传感器能够有效应用于临床实验室检验、家庭检验、食品安全以及环境监测等场景中。而为了保证其应用的可靠性及有效性,需要对碳基场效应晶体管生物传感器进行有效封装,将样本溶液限制在传感沟道和参比电极处,同时保护芯片和分析电路免受周围热、静电和震动等的影响。
传统的场效应晶体管封装结构通常把电路和芯片密封在一个腔室中。但这种封装方式无法同时满足碳基场效应晶体管生物传感器中电学连接可靠性以及液体样本需与传感沟道和参比电极直接接触的要求。另外,碳基场效应晶体管生物传感器因为温度限制,即:硅基封装中的高温(大于120℃)来源于贴片和胶封固化加热;高温对碳基器件性能有较大影响,因此无法直接使用传统封装方式对碳基场效应晶体管生物传感器进行封装,需要设计更低温度的封装方式以解决温度对器件性能的影响。
发明内容
鉴于此,本申请实施例提供了一种碳基管场效应晶体管生物传感器封装方法,以消除或改善现有技术中存在的一个或更多个缺陷。
本申请提供了一种碳基管场效应晶体管生物传感器封装方法,包括:
在碳基场效应晶体管生物传感芯片晶圆上设置由剥离胶形成的划片保护层;
对所述碳基场效应晶体管生物传感芯片晶圆依次进行划片、在预设温度下的贴片、打线、分别在所述预设温度下的围堰和滴胶处理,以在预设的封装基板上设置形成有传感沟道和参比电极的碳基场效应晶体管生物传感芯片并封装得到对应的碳基管场效应晶体管生物传感器,其中,所述预设温度在55℃至85℃之间。
在本申请的一些实施例中,所述对所述碳基场效应晶体管生物传感芯片晶圆依次进行划片、在第一温度下的贴片、打线、分别在第二温度下的围堰和滴胶处理,包括:
对所述碳基场效应晶体管生物传感芯片晶圆进行划片处理,得到各个碳基场效应晶体管生物传感芯片,而后采用显影液去除所述碳基场效应晶体管生物传感芯片上的划片保护层,并用水和异丙醇清洗所述碳基场效应晶体管生物传感芯片,以使所述碳基场效应晶体管生物传感芯片上露出传感沟道和用于电连接的芯片焊盘;
以所述预设温度在预设的封装基板上对所述碳基场效应晶体管生物传感芯片进行贴片处理;
对所述封装基板上的碳基场效应晶体管生物传感芯片进行打线处理以使所述碳基场效应晶体管生物传感芯片与所述封装基板之间基于引线电连接;
对所述碳基场效应晶体管生物传感芯片进行点胶处理以构建传感沟道和参比电极的接触孔,在所述碳基场效应晶体管生物传感芯片的外围设置围堰并以所述预设温度进行固化以形成围堰腔体;
在所述围堰腔体中进行滴胶处理并以所述预设温度进行固化处理以固定所述引线。
在本申请的一些实施例中,所述以所述预设温度在预设的封装基板上对所述碳基场效应晶体管生物传感芯片进行贴片处理,包括:
在预设的封装基板的背栅处点设低温固化导电胶,并将所述碳基场效应晶体管生物传感芯片贴设至所述封装基板的背栅处;
以所述第一温度加热固化所述低温固化导电胶,以将所述碳基场效应晶体管生物传感芯片固定在所述封装基板上,其中,所述第一温度在55℃至80℃之间。
在本申请的一些实施例中,所述对所述封装基板上的碳基场效应晶体管生物传感芯片进行打线处理以使所述碳基场效应晶体管生物传感芯片与所述封装基板之间基于引线电连接,包括:
以引线键合方式在所述封装基板上的基板焊盘和所述碳基场效应晶体管生物传感芯片上的芯片焊盘之间设置引线,以实现所述封装基板与所述碳基场效应晶体管生物传感芯片之间的电连接。
在本申请的一些实施例中,所述在所述碳基场效应晶体管生物传感芯片的外围设置围堰并以所述预设温度进行固化以形成围堰腔体,包括:
以低温固化高粘度单组份环氧树脂材料在所述碳基场效应晶体管生物传感芯片的外围设置围堰并以第二温度进行固化以形成围堰腔体,其中,所述第二温度在70℃至85℃之间。
在本申请的一些实施例中,所述以低温固化高粘度单组份环氧树脂材料在所述碳基场效应晶体管生物传感芯片的外围设置围堰并以第二温度进行固化以形成围堰腔体,包括:
采用低温固化高粘度单组份环氧树脂材料在所述碳基场效应晶体管生物传感芯片的外围设置中心围堰,并采用所述低温固化高粘度单组份环氧树脂材料在所述中心围堰与所述封装基板的边沿之间设置外围围堰;
以所述第二温度固化所述中心围堰和所述外围围堰,以使所述中心围堰和所述外围围堰之间形成所述围堰腔体。
在本申请的一些实施例中,所述在所述围堰腔体中进行滴胶处理并以所述预设温度进行固化处理以固定所述引线,包括:
在所述围堰腔体中灌封低温固化透明AB有机硅胶;
以第三温度对所述低温固化透明AB有机硅胶进行固化处理以固定所述引线,其中,所述第三温度在60℃至85℃之间。
在本申请的一些实施例中,所述对所述碳基场效应晶体管生物传感芯片晶圆进行划片处理,包括:
控制全自动划片机基于预设在所述碳基场效应晶体管生物传感芯片晶圆上的划片定位标识,自动对所述碳基场效应晶体管生物传感芯片晶圆进行划片。
在本申请的一些实施例中,所述将所述碳基场效应晶体管生物传感芯片贴设至所述封装基板的背栅处,包括:
控制全自动贴片机分别基于预设在所述碳基场效应晶体管生物传感芯片上的贴片定位标识和预设在所述封装基板上的定位孔,自动将将所述碳基场效应晶体管生物传感芯片贴设至所述封装基板的背栅处。
在本申请的一些实施例中,所述以引线键合方式在所述封装基板上的基板焊盘和所述碳基场效应晶体管生物传感芯片上的芯片焊盘之间设置引线,包括:
控制全自动打线机基于预设在所述封装基板上的定位孔对所述封装基板上的基板焊盘和所述碳基场效应晶体管生物传感芯片上的芯片焊盘进行定位,自动以引线键合方式在所述封装基板上的基板焊盘和所述碳基场效应晶体管生物传感芯片上的芯片焊盘之间设置引线。
在本申请的一些实施例中,所述对所述碳基场效应晶体管生物传感芯片进行点胶处理以构建传感沟道和参比电极的接触孔,包括:
控制全自动点胶机基于预设在所述封装基板上的定位孔对所述碳基场效应晶体管生物传感芯片进行点胶处理以构建传感沟道和参比电极的接触孔。
本申请提供的碳基管场效应晶体管生物传感器封装方法,通过在碳基场效应晶体管生物传感芯片晶圆上设置由剥离胶形成的划片保护层,即通过应用剥离胶作为碳基场效应晶体管生物传感芯片的划片保护层,能够有效避免去胶后在芯片上的残留,能够防止划片过程的颗粒物等影响器件的传感沟道和电学连接,进而能够在保证碳基场效应晶体管生物传感器中电学连接可靠性的基础上,还能够保证液体样本与传感沟道和参比电极直接接触,进而能够有效提高封装得到的碳基管场效应晶体管生物传感器的应用可靠性及有效性;通过对所述碳基场效应晶体管生物传感芯片晶圆依次进行划片、在预设温度下的贴片、打线、分别在所述预设温度下的围堰和滴胶处理,以在预设的封装基板上设置形成有传感沟道和参比电极的碳基场效应晶体管生物传感芯片并封装得到对应的碳基管场效应晶体管生物传感器,其中,所述预设温度在55℃至85℃之间,能够以低于90℃的温度对碳基场效应晶体管生物传感芯片进行贴片、围堰和滴胶处理,并能够避免高温影响碳基场效应晶体管生物传感器的性能,进而能够进一步保证碳基场效应晶体管生物传感器的应用可靠性及有效性。
本申请的附加优点、目的,以及特征将在下面的描述中将部分地加以阐述,且将对于本领域普通技术人员在研究下文后部分地变得明显,或者可以根据本申请的实践而获知。本申请的目的和其它优点可以通过在说明书以及附图中具体指出的结构实现到并获得。
本领域技术人员将会理解的是,能够用本申请实现的目的和优点不限于以上具体所述,并且根据以下详细说明将更清楚地理解本申请能够实现的上述和其他目的。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解,构成本申请的一部分,并不构成对本申请的限定。附图中的部件不是成比例绘制的,而只是为了示出本申请的原理。为了便于示出和描述本申请的一些部分,附图中对应部分可能被放大,即,相对于依据本申请实际制造的示例性装置中的其它部件可能变得更大。在附图中:
图1为本申请一实施例中的碳基管场效应晶体管生物传感器封装方法的总流程示意图。
图2为本申请提供的碳基场效应晶体管生物传感芯片晶圆的结构示意图。
图3为本申请一实施例中的碳基管场效应晶体管生物传感器封装方法的一种具体流程示意图。
图4为本申请提供的经划片处理得到的碳基场效应晶体管生物传感芯片的结构示意图。
图5为本申请一实施例中的碳基管场效应晶体管生物传感器封装方法的另一种具体流程示意图。
图6为本申请提供的封装基板的结构示意图。
图7为本申请提供的封装基板与碳基场效应晶体管生物传感芯片的连接关系示意图。
图8为本申请提供的引线在封装基板和碳基场效应晶体管生物传感芯片之间的连接示意图。
图9为本申请提供的由中心围堰和外围围堰构成的围堰腔体的结构示意图。
图10为本申请应用实例提供的碳基管场效应晶体管生物传感器封装方法的部件变化示意图。
附图标号:
1、碳基场效应晶体管生物传感芯片晶圆;
2、碳基场效应晶体管生物传感芯片;
3、封装基板;
31、背栅;
4、传感沟道;
5、参比电极;
6、围堰腔体;
61、中心围堰;
62、外围围堰;
7、芯片焊盘;
8、基板焊盘;
9、引线。
具体实施方式
为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚明白,下面结合实施方式和附图,对本申请做进一步详细说明。在此,本申请的示意性实施方式及其说明用于解释本申请,但并不作为对本申请的限定。
在此,还需要说明的是,为了避免因不必要的细节而模糊了本申请,在附图中仅仅示出了与根据本申请的方案密切相关的结构和/或处理步骤,而省略了与本申请关系不大的其他细节。
在本申请的描述中,需要说明的是,术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系,仅是为了便于描述本申请和简化描述,而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作,因此不能理解为对本申请的限制。此外,术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的,而不能理解为指示或暗示相对重要性。
应该强调,术语“包括/包含”在本文使用时指特征、要素、步骤或组件的存在,但并不排除一个或更多个其它特征、要素、步骤或组件的存在或附加。
在此,还需要说明的是,如果没有特殊说明,术语“连接”在本文不仅可以指直接连接,也可以表示存在中间物的间接连接。
在下文中,将参考附图描述本申请的实施例。在附图中,相同的附图标记代表相同或类似的部件,或者相同或类似的步骤。
在临床实验室检验、家庭检验、食品安全以及环境监测等场景中,对样本中特定的生物分子(从小分子、核酸,到肽和蛋白质)进行快速且准确地检测具有重要意义。随着确定分析物特性(例如,浓度)的重要性的提高,目前已经开发一系列用于临床和家庭检验的多种分析物的特性确定规程和装置。然而在确定生理样本中的分析物的浓度过程中,生理样本的获得和检验通常需要经过繁杂的程序。且操作如检验条、刺血构件和仪表等检验元件的成功率,很大程度上依赖于使用者的视觉灵敏度和手动灵活性,需要耗费大量的人力及时间成本,同时也容易造成人为操作原因的误检。而基于碳材料(碳纳米管、石墨烯)的场效应晶体管(Field Effect Transistor,FET)生物传感器具有低操作难度、灵敏度高、低检测时间、易于小型化和集成等优点,能够无标记检测低浓度生物样本,能够有效解决上述问题,提高低浓度生物样本的检测效率及自动化程度,节省人力及时间成本,并能够有效降低检测误差,有望为各种生物标志物在特定疾病病因中的作用提供新的见解,为医学诊断开辟了新途径。
因碳基场效应晶体管生物传感器所具备的低操作难度、灵敏度高、低检测时间、易于小型化和集成等优点,碳基场效应晶体管生物传感器能够有效应用于临床实验室检验、家庭检验、食品安全以及环境监测等场景中。而为了保证其应用的可靠性及有效性,需要对碳基场效应晶体管生物传感器进行有效封装,将样本溶液限制在传感沟道和参比电极处,同时保护芯片和分析电路免受周围热、静电和震动等的影响。
而考虑到传统的封装方式无法同时满足碳基场效应晶体管生物传感器中电学连接可靠性以及液体样本需与传感沟道和参比电极直接接触的要求,目前比较可行的生物传感器封装的互连一般采用引线键合、载带自动焊或倒装芯片技术实现芯片和基板的电学连接。然而考虑到互连成本,引线键合相对其他有明显的成本优势。此外,采用共表平面技术是将单个芯片嵌入塑料基板中,并与塑料基板表面共面,然后进行金属沉积和剥离工艺以创建金属线,实现芯片和封装焊盘的电气互连。但是此技术成熟度较低,未能在大批量封装中使用。
借鉴传统的芯片封装方式在整个芯片上浇铸光固化环氧树脂封装键合线,然后以光刻方式定义传感结构的高纵横比结构开口;但是光固化环氧树脂部分溶于乙醇,残留物较多。而且刻蚀等工艺会影响碳基器件的敏感沟道,无法兼容碳基器件。光刻定义封装屏障作为封装材料流动屏障,并在封装的生物传感器模块上为传感区域留下接触孔。停留在封装屏障的封装材料固化后密封键合线。但是此种方式的存在图案化环氧树脂做封装屏障时,沟道处残留物的去除比较麻烦,会严重影响敏感沟道。
也就是说,无论哪一种方式,均无法同时保证碳基场效应晶体管生物传感器中电学连接可靠性以及液体样本分别与传感沟道和参比电极直接接触,也无法满足碳基场效应晶体管生物传感器的低温封装要求。
基于此,为了同时保证碳基场效应晶体管生物传感器中电学连接可靠性以及液体样本分别与传感沟道和参比电极直接接触,并满足碳基场效应晶体管生物传感器的低温封装要求,本申请实施例提供一种碳基管场效应晶体管生物传感器封装方法,参见图1,所述碳基管场效应晶体管生物传感器封装方法具体包含有如下内容:
步骤100:在碳基场效应晶体管生物传感芯片晶圆上设置由剥离胶形成的划片保护层。
在本申请的一个或多个实施例中,所述剥离胶具体是指不含光敏的剥离胶,如LOR、PMGI等,成分包含甲基丙烯酸甲酯,甲基丙烯酸共聚物,PGMEA等。
可以理解的是,所述碳基场效应晶体管生物传感芯片晶圆1如图2所示,其上预留了用于自动划片的划片定位标识。
步骤200:对所述碳基场效应晶体管生物传感芯片晶圆依次进行划片、在预设温度下的贴片、打线、分别在所述预设温度下的围堰和滴胶处理,以在预设的封装基板上设置形成有传感沟道和参比电极的碳基场效应晶体管生物传感芯片并封装得到对应的碳基管场效应晶体管生物传感器,其中,所述预设温度在55℃至85℃之间。
从上述描述可知,本申请实施例提供的碳基管场效应晶体管生物传感器封装方法,通过应用剥离胶作为碳基场效应晶体管生物传感芯片的划片保护层,能够有效避免去胶后在芯片上的残留,能够防止划片过程的颗粒物等影响器件的传感沟道和电学连接,进而能够在保证碳基场效应晶体管生物传感器中电学连接可靠性的基础上,还能够保证液体样本与传感沟道和参比电极直接接触,进而能够有效提高封装得到的碳基管场效应晶体管生物传感器的应用可靠性及有效性;通过以低于90℃的温度对碳基场效应晶体管生物传感芯片进行贴片、围堰和滴胶处理,能够避免高温影响碳基场效应晶体管生物传感器的性能,进而能够进一步保证碳基场效应晶体管生物传感器的应用可靠性及有效性。
为了进一步提高碳基场效应晶体管生物传感器中电学连接的可靠性,并提高液体样本分别与传感沟道和参比电极直接接触的可靠性及有效性,并进一步避免高温影响碳基场效应晶体管生物传感器的性能,在本申请实施例提供的一种碳基管场效应晶体管生物传感器封装方法中,参见图3,所述碳基管场效应晶体管生物传感器封装方法中的步骤200具体包含有如下内容:
步骤210:对所述碳基场效应晶体管生物传感芯片晶圆进行划片处理,得到各个碳基场效应晶体管生物传感芯片,而后采用显影液去除所述碳基场效应晶体管生物传感芯片上的划片保护层,并用水和异丙醇(IPA)清洗所述碳基场效应晶体管生物传感芯片,以使所述碳基场效应晶体管生物传感芯片上露出传感沟道和用于电连接的芯片焊盘。
所述碳基场效应晶体管生物传感芯片2参见图4,经去除保护层和清洗后,其中露出传感沟道4和用于电连接的芯片焊盘7。
步骤220:以所述预设温度在预设的封装基板上对所述碳基场效应晶体管生物传感芯片进行贴片处理。
步骤230:对所述封装基板上的碳基场效应晶体管生物传感芯片进行打线处理以使所述碳基场效应晶体管生物传感芯片与所述封装基板之间基于引线电连接。
步骤240:对所述碳基场效应晶体管生物传感芯片进行点胶处理以构建传感沟道和参比电极的接触孔,在所述碳基场效应晶体管生物传感芯片的外围设置围堰并以所述预设温度进行固化以形成围堰腔体。
步骤250:在所述围堰腔体中进行滴胶处理并以所述预设温度进行固化处理以固定所述引线。
为了进一步避免高温影响碳基场效应晶体管生物传感器的性能,在本申请实施例提供的一种碳基管场效应晶体管生物传感器封装方法中,参见图5,所述碳基管场效应晶体管生物传感器封装方法中的步骤220具体包含有如下内容:
步骤221:在预设的封装基板的背栅处点设低温固化导电胶,并将所述碳基场效应晶体管生物传感芯片贴设至所述封装基板的背栅处。
在本申请的一个或多个实施例中,所述封装基板3如图6所述,封装基板3上设有有背栅31和基板焊盘8。
步骤222:以所述第一温度加热固化所述低温固化导电胶(低温固化导电银胶由高性能树脂和导电银粉精研得到的胶浆),以将所述碳基场效应晶体管生物传感芯片固定在所述封装基板上,其中,所述第一温度在55℃至80℃之间。
可以理解的是,所述封装基板3与所述碳基场效应晶体管生物传感芯片2的连接关系示意图参见图7。
为了兼容硅基器件封装并进一步提高碳基场效应晶体管生物传感器中电学连接的可靠性,在本申请实施例提供的一种碳基管场效应晶体管生物传感器封装方法中,参见图5,所述碳基管场效应晶体管生物传感器封装方法中的步骤230具体包含有如下内容:
步骤231:以引线键合方式在所述封装基板上的基板焊盘和所述碳基场效应晶体管生物传感芯片上的芯片焊盘之间设置引线,以实现所述封装基板与所述碳基场效应晶体管生物传感芯片之间的电连接。
在本申请的一个或多个实施例中,引线9如图8所述,一端冶金粘结到芯片焊盘7;另一端冶金粘结到基板焊盘8上。
也就是说,通过复用用于封装硅基生物传感器的硅基自动化封装产线中的引线键合技术,能够兼容硅基器件封装线,以便于批量封装碳基管场效应晶体管生物传感器并节省成本、提高生产效率。
为了进一步避免高温影响碳基场效应晶体管生物传感器的性能,在本申请实施例提供的一种碳基管场效应晶体管生物传感器封装方法中,参见图5,所述碳基管场效应晶体管生物传感器封装方法中的步骤240具体包含有如下内容:
步骤241:以低温固化高粘度单组份环氧树脂材料(低温固化高粘度单组份环氧树脂材料为可在较低温度下加热固化的环氧树脂,由环氧树脂基料、固化剂、稀释剂、促进剂等配制而成的工程胶粘剂)在所述碳基场效应晶体管生物传感芯片的外围设置围堰并以第二温度进行固化以形成围堰腔体,其中,所述第二温度在70℃至85℃之间。
为了进一步提高碳基场效应晶体管生物传感器中电学连接的可靠性,并提高液体样本分别与传感沟道和参比电极直接接触的可靠性及有效性,在本申请实施例提供的一种碳基管场效应晶体管生物传感器封装方法中,所述碳基管场效应晶体管生物传感器封装方法中的步骤241具体包含有如下内容:
采用低温固化高粘度单组份环氧树脂材料在所述碳基场效应晶体管生物传感芯片的外围设置中心围堰,并采用所述低温固化高粘度单组份环氧树脂材料在所述中心围堰与所述封装基板的边沿之间设置外围围堰;
以所述第二温度固化所述中心围堰和所述外围围堰,以使所述中心围堰和所述外围围堰之间形成所述围堰腔体。
在本申请的一个或多个实施例中,所述围堰腔体6如图9所示,由中心围堰61和外围围堰62组成,其中,所述中心围堰设置在所述碳基场效应晶体管生物传感芯片2的传感沟道4和参比电极5的周围,阻挡灌封胶流到传感沟道4和参比电极5处;在所述中心围堰61与所述封装基板3的边沿之间设置外围围堰62,以防止灌封胶流到其他位置,影响芯片电学连接。
为了进一步避免高温影响碳基场效应晶体管生物传感器的性能,并进一步避免高温影响碳基场效应晶体管生物传感器的性能,在本申请实施例提供的一种碳基管场效应晶体管生物传感器封装方法中,参见图5,所述碳基管场效应晶体管生物传感器封装方法中的步骤250具体包含有如下内容:
步骤251:在所述围堰腔体中灌封低温固化透明AB有机硅胶(AB有机硅胶是是由乙烯基单体加入二氧化硅等助剂由AB两组分构成有机电子灌封胶)。
步骤252:以第三温度对所述低温固化透明AB有机硅胶进行固化处理以固定所述引线,其中,所述第三温度在60℃至85℃之间。
为了提高划片效率以进一步提高封装效率及便捷性,在本申请实施例提供的一种碳基管场效应晶体管生物传感器封装方法中,所述碳基管场效应晶体管生物传感器封装方法中的步骤210具体包含有如下内容:
控制全自动划片机基于预设在所述碳基场效应晶体管生物传感芯片晶圆上的划片定位标识,自动对所述碳基场效应晶体管生物传感芯片晶圆进行划片。
在本申请的一个或多个实施例中,所述全自动划片机可以选用型号为DISCODFD6340或HP-1221等的全自动划片机。
为了提高贴片效率以进一步提高封装效率及便捷性,在本申请实施例提供的一种碳基管场效应晶体管生物传感器封装方法中,所述碳基管场效应晶体管生物传感器封装方法中的步骤221具体包含有如下内容:
控制全自动贴片机分别基于预设在所述碳基场效应晶体管生物传感芯片上的贴片定位标识和预设在所述封装基板上的定位孔,自动将将所述碳基场效应晶体管生物传感芯片贴设至所述封装基板的背栅处。
在本申请的一个或多个实施例中,所述全自动贴片机可以选用TERMWAY公司全自动高精密贴片机的T8型号,也可以选用ELM280A在线式全自动贴片机等。
为了提高打线效率以进一步提高封装效率及便捷性,在本申请实施例提供的一种碳基管场效应晶体管生物传感器封装方法中,所述碳基管场效应晶体管生物传感器封装方法中的步骤231具体包含有如下内容:
控制全自动打线机基于预设在所述封装基板上的定位孔对所述封装基板上的基板焊盘和所述碳基场效应晶体管生物传感芯片上的芯片焊盘进行定位,自动以引线键合方式在所述封装基板上的基板焊盘和所述碳基场效应晶体管生物传感芯片上的芯片焊盘之间设置引线。
在本申请的一个或多个实施例中,所述全自动打线机,可以选用BRT6000PLUS全自动球焊键合机、ASM339Eagle。
为了提高点胶效率以进一步提高封装效率及便捷性,在本申请实施例提供的一种碳基管场效应晶体管生物传感器封装方法中,所述碳基管场效应晶体管生物传感器封装方法中的步骤240中的所述对所述碳基场效应晶体管生物传感芯片进行点胶处理以构建传感沟道和参比电极的接触孔的过程具体包含有如下内容:
控制全自动点胶机基于预设在所述封装基板上的定位孔对所述碳基场效应晶体管生物传感芯片进行点胶处理以构建传感沟道和参比电极的接触孔。
在本申请的一个或多个实施例中,所述全自动点胶机可以选用V4S型号或HT-D12型号的全自动点胶机。
为了进一步说明本方案,本申请还提供一种碳基管场效应晶体管生物传感器封装方法的具体应用实例,针对硅基封装中的高温(大于120℃)来源于贴片和胶封固化加热;高温对碳基器件性能有较大影响的问题,以及传统封装线进行的场效应晶体管封装通常把电路和芯片在一个腔室密封。这种封装方式无法满足碳基场效应晶体管生物传感器中在保证可靠电学连接的同时保证液体样本与传感沟道4和参比电极5直接接触的要求的问题,本申请应用实例采用较低的封装温度(封装温度不高于90℃),保证了碳基器件的性能;芯片封装通过标准硅基器件封装的切片、贴片、打线电学连接,胶封;还能够兼容现有的硅基器件封-装线,批量进行封装。具体结合适合碳基芯的剥离胶划片保护层、高粘度单组份环氧树脂的围堰材料和低温固化透明AB有机硅胶作为灌封材料。兼容现有的硅基器件封装线,同时此单组份环氧树脂对生物无毒无害,避免对传感性能的影响。
参见图10,本申请应用实例提供的碳基管场效应晶体管生物传感器封装方法具体包含有如下内容:
1、生物芯片
获取碳基场效应晶体管生物传感芯片晶圆1,其中,该碳基场效应晶体管生物传感芯片晶圆1可以为经过SU8钝化的晶圆级碳基场效应晶体管生物传感芯片晶圆1,且其上预留了用于自动划片的标识(mark)。
2、划片保护层
在碳基场效应晶体管生物传感芯片晶圆1上整体涂敷单层剥离胶,作为划片保护层,以防止划片过程的颗粒物等影响器件的传感沟道4和电学连接。现有的普通封装一般采用紫外光刻胶(如S1813、5350等)作为划片保护层,但是在碳基芯片中,在去胶后可能会有一定残留,因此,现有的紫外光刻胶并不适用于碳基场效应晶体管生物传感芯片2的封装,而本申请使用剥离胶作为划片保护层,只需使用显影液就可直接完美去除,因此能够有效适用于碳基场效应晶体管生物传感芯片2的封装且能够实现碳基场效应晶体管生物传感芯片2的低温封装。
3、生物芯片划片
自动划片机识别晶圆上的定位mark后,通过编辑好程序自动进行划片。
划片后,显影液清洗去掉剥离胶划片保护层;用水和异丙醇清洗晶圆。去保护层和清洗主要是带走黏附在晶圆表面的划片残留物,同时漏出传感沟道4和电学连接的芯片焊盘(Pad)7。
4、贴片
使用全自动贴片机,通过识别芯片上的定位标记和封装基板3上的定位孔确定贴片位置。通过编辑好程序进行大批量贴片。在封装(PCB)基板背栅31处点低温固化导电胶(55~80℃);芯片对准封装基板3背栅31处标记,贴到封装基板3上;加热固化进而固定芯片。使用不同于硅基的高温导电胶,采用低温固化导电胶避免了较高固化温度对晶体管性能的影响。
全自动贴片机(如TERMWAY公司全自动高精密贴片机T8、ELM280A在线式全自动贴片机)是用来实现高速、高精度地全自动地贴放元器件的设备,是整个SMT生产中最关键、最复杂的设备。在生产线中,通过移动贴装头把表面贴装元器件准确地放置PCB焊盘上的一种设备。分为手动和全自动两种。贴片机是SMT的生产线中的主要设备,贴片机已从早期的低速机械贴片机发展为高速光学对中贴片机,并向多功能、柔性连接模块化发展。
5、打线
采用硅基使用的引线键合技术(Wire Bonding,WB)进行电学连接。全自动打线机自动自动识别封装基板3的定位孔,进而确定芯片焊盘7和PCB基板焊盘8,通过编辑好程序进行批量打线。一端冶金粘结到芯片焊盘7;另一端冶金粘结到基板焊盘8上。
6、围堰
全自动点胶机通过识别PCB基板的定位孔去顶点胶位置,通过编辑好的程序进行批量点胶。硅基的通常是整体密封,本申请通过控制点胶头的点胶位置,构建传感沟道4和参比电极5的接触孔。
构建了内外2层围堰作为灌封胶流动的阻挡坝,且2层围堰之间形成围堰腔体6,用低温固化高粘度单组份环氧树脂材料做围堰材料。中心围堰61(厚度设置为1-2mm)在芯片敏感沟道和参比电极5周围,阻挡灌封胶流到传感沟道4和参比电极5处。70-85℃快速固化(5-10min),形成开放的测试窗口。外围围堰62(厚度设置为1.5-2mm)使用同种材料,防止灌封胶流到其他位置,影响芯片电学连接。
7、滴胶
为了固定引线9,提高电学连接的可靠性,使用低温固化透明AB有机硅胶作为灌封材料。在中心围堰61和外围围堰62间滴加透明AB有机硅胶(胶厚1-1.5mm);60-85℃加热快速(3-5min)固化完成。
综上所述,本申请应用实例提供的碳基管场效应晶体管生物传感器封装方法,采用较低封装温度且兼容传统硅基封装方式进行,借此,可避免封装制程中的温度对生物材料涂层的损害。
需要明确的是,本申请并不局限于上文所描述并在图中示出的特定配置和处理。为了简明起见,这里省略了对已知方法的详细描述。在上述实施例中,描述和示出了若干具体的步骤作为示例。但是,本申请的方法过程并不限于所描述和示出的具体步骤,本领域的技术人员可以在领会本申请的精神后,作出各种改变、修改和添加,或者改变步骤之间的顺序。
本申请中,针对一个实施方式描述和/或例示的特征,可以在一个或更多个其它实施方式中以相同方式或以类似方式使用,和/或与其他实施方式的特征相结合或代替其他实施方式的特征。
以上所述仅为本申请的优选实施例,并不用于限制本申请,对于本领域的技术人员来说,本申请实施例可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本申请的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种碳基管场效应晶体管生物传感器封装方法,其特征在于,包括:
在碳基场效应晶体管生物传感芯片晶圆上设置由剥离胶形成的划片保护层;
对所述碳基场效应晶体管生物传感芯片晶圆依次进行划片、在预设温度下的贴片、打线、分别在所述预设温度下的围堰和滴胶处理,以在预设的封装基板上设置形成有传感沟道和参比电极的碳基场效应晶体管生物传感芯片并封装得到对应的碳基管场效应晶体管生物传感器,其中,所述预设温度在55℃至85℃之间。
2.根据权利要求1所述的碳基管场效应晶体管生物传感器封装方法,其特征在于,所述对所述碳基场效应晶体管生物传感芯片晶圆依次进行划片、在第一温度下的贴片、打线、分别在第二温度下的围堰和滴胶处理,包括:
对所述碳基场效应晶体管生物传感芯片晶圆进行划片处理,得到各个碳基场效应晶体管生物传感芯片,而后采用显影液去除所述碳基场效应晶体管生物传感芯片上的划片保护层,并用水和异丙醇清洗所述碳基场效应晶体管生物传感芯片,以使所述碳基场效应晶体管生物传感芯片上露出传感沟道和用于电连接的芯片焊盘;
以所述预设温度在预设的封装基板上对所述碳基场效应晶体管生物传感芯片进行贴片处理;
对所述封装基板上的碳基场效应晶体管生物传感芯片进行打线处理以使所述碳基场效应晶体管生物传感芯片与所述封装基板之间基于引线电连接;
对所述碳基场效应晶体管生物传感芯片进行点胶处理以构建传感沟道和参比电极的接触孔,在所述碳基场效应晶体管生物传感芯片的外围设置围堰并以所述预设温度进行固化以形成围堰腔体;
在所述围堰腔体中进行滴胶处理并以所述预设温度进行固化处理以固定所述引线。
3.根据权利要求2所述的碳基管场效应晶体管生物传感器封装方法,其特征在于,所述以所述预设温度在预设的封装基板上对所述碳基场效应晶体管生物传感芯片进行贴片处理,包括:
在预设的封装基板的背栅处点设低温固化导电胶,并将所述碳基场效应晶体管生物传感芯片贴设至所述封装基板的背栅处;
以所述第一温度加热固化所述低温固化导电胶,以将所述碳基场效应晶体管生物传感芯片固定在所述封装基板上,其中,所述第一温度在55℃至80℃之间。
4.根据权利要求2所述的碳基管场效应晶体管生物传感器封装方法,其特征在于,所述对所述封装基板上的碳基场效应晶体管生物传感芯片进行打线处理以使所述碳基场效应晶体管生物传感芯片与所述封装基板之间基于引线电连接,包括:
以引线键合方式在所述封装基板上的基板焊盘和所述碳基场效应晶体管生物传感芯片上的芯片焊盘之间设置引线,以实现所述封装基板与所述碳基场效应晶体管生物传感芯片之间的电连接。
5.根据权利要求2所述的碳基管场效应晶体管生物传感器封装方法,其特征在于,所述在所述碳基场效应晶体管生物传感芯片的外围设置围堰并以所述预设温度进行固化以形成围堰腔体,包括:
以低温固化高粘度单组份环氧树脂材料在所述碳基场效应晶体管生物传感芯片的外围设置围堰并以第二温度进行固化以形成围堰腔体,其中,所述第二温度在70℃至85℃之间。
6.根据权利要求5所述的碳基管场效应晶体管生物传感器封装方法,其特征在于,所述以低温固化高粘度单组份环氧树脂材料在所述碳基场效应晶体管生物传感芯片的外围设置围堰并以第二温度进行固化以形成围堰腔体,包括:
采用低温固化高粘度单组份环氧树脂材料在所述碳基场效应晶体管生物传感芯片的外围设置中心围堰,并采用所述低温固化高粘度单组份环氧树脂材料在所述中心围堰与所述封装基板的边沿之间设置外围围堰;
以所述第二温度固化所述中心围堰和所述外围围堰,以使所述中心围堰和所述外围围堰之间形成所述围堰腔体。
7.根据权利要求2所述的碳基管场效应晶体管生物传感器封装方法,其特征在于,所述在所述围堰腔体中进行滴胶处理并以所述预设温度进行固化处理以固定所述引线,包括:
在所述围堰腔体中灌封低温固化透明AB有机硅胶;
以第三温度对所述低温固化透明AB有机硅胶进行固化处理以固定所述引线,其中,所述第三温度在60℃至85℃之间。
8.根据权利要求2所述的碳基管场效应晶体管生物传感器封装方法,其特征在于,所述对所述碳基场效应晶体管生物传感芯片晶圆进行划片处理,包括:
控制全自动划片机基于预设在所述碳基场效应晶体管生物传感芯片晶圆上的划片定位标识,自动对所述碳基场效应晶体管生物传感芯片晶圆进行划片。
9.根据权利要求3所述的碳基管场效应晶体管生物传感器封装方法,其特征在于,所述将所述碳基场效应晶体管生物传感芯片贴设至所述封装基板的背栅处,包括:
控制全自动贴片机分别基于预设在所述碳基场效应晶体管生物传感芯片上的贴片定位标识和预设在所述封装基板上的定位孔,自动将将所述碳基场效应晶体管生物传感芯片贴设至所述封装基板的背栅处。
10.根据权利要求4所述的碳基管场效应晶体管生物传感器封装方法,其特征在于,所述以引线键合方式在所述封装基板上的基板焊盘和所述碳基场效应晶体管生物传感芯片上的芯片焊盘之间设置引线,包括:
控制全自动打线机基于预设在所述封装基板上的定位孔对所述封装基板上的基板焊盘和所述碳基场效应晶体管生物传感芯片上的芯片焊盘进行定位,自动以引线键合方式在所述封装基板上的基板焊盘和所述碳基场效应晶体管生物传感芯片上的芯片焊盘之间设置引线;
以及,所述对所述碳基场效应晶体管生物传感芯片进行点胶处理以构建传感沟道和参比电极的接触孔,包括:
控制全自动点胶机基于预设在所述封装基板上的定位孔对所述碳基场效应晶体管生物传感芯片进行点胶处理以构建传感沟道和参比电极的接触孔。
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- 2022-11-03 CN CN202211372209.1A patent/CN115910802B/zh active Active
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