ITTO20010392A1 - Dispositivo integrato basato sulla tecnologia dei semiconduttori, in particolare microreattore chimico. - Google Patents

Description

D E S C R I Z I O N E

del brevetto per invenzione industriale

La presente invenzione si riferisce a un dispositivo integrato basato sulla tecnologia dei semicondut-tori, in particolare un microreattore chimico.

Come è noto, il corretto funzionamento di numerosi dispositivi è subordinato a una precisa regolazione della temperatura di esercizio. Ciò può comportare delle difficoltà, specialmente quando tali dispositivi, per ragioni di ottimizzazione delle prestazioni o semplicemente per ridurre l'ingombro, devono essere integrati su un'unica piastrina di materiale semiconduttore comprendente anche dispositivi che dissipano potenze elevate. In questo caso, infatti, sorge il problema di isolare termicamente le regioni in cui sono realizzati i dispositivi di potenza, a temperatura elevata, dalle regioni che devono essere mantenute a temperatura controllata.

Ad esempio, esistono fluidi il cui trattamento richiede una regolazione sempre più precisa della tempe-ratura, in particolare quando sono coinvolte reazioni chimiche o biochimiche. A tale requisito, si unisce spesso la richiesta di utilizzare quantità molto piccole di fluido a causa del costo del fluido stesso o di una bassa disponibilità.

Questo è il caso ad esempio del processo di amplificazione del DNA (processo di reazione a catena della polimerasi o PCR, dall'inglese Polymerase Chain Reaction) in cui il controllo preciso della temperatura nelle diverse fasi (è necessario eseguire cicli termici prefissati ripetuti), la necessità di evitare il più possibile gradienti termici nelle zone di reazione del fluido (in modo che in tali zone sia presente temperatura uniforme) ed inoltre la quantità di fluido utilizzato (che è molto costoso) sono di importanza cruciale per ottenere una buona efficienza della reazione o addirittura per la riuscita della stessa.

Altri esempi di trattamento di fluidi con le caratteristiche sopra indicate sono ad esempio legati all'effettuazione di analisi chimiche e/o farmacologiche, esami biologici, ecc.

Attualmente, esistono varie tecniche che consentono il controllo termico di reagenti chimici o biochimici. Una prima tecnica utilizza un reattore formato da una basetta di vetro o di plastica sui cui viene depo-sto, con una pipetta, un fluido biologico; la basetta è appoggiata ad una piastra riscaldante chiamata "thermochuck" controllata mediante una strumentazione esterna.

Un altro reattore noto è costituito da un riscal-datore controllato da un'opportuna strumentazione e sul quale viene deposto un fluido biologico da esaminare; il riscaldatore è supportato da una basetta che porta anche un sensore disposto nelle immediate vicinanze del riscaldatore e collegato anch'esso alla strumentazione di regolazione della temperatura, in modo da consentire un controllo preciso della temperatura.

Entrambi i tipi di reattore sono spesso racchiusi in un involucro di protezione.

Uno svantaggio comune dei reattori noti descritti consiste nella grande massa termica del sistema; di conseguenza essi sono lenti ed assorbono potenze elevate. Ad esempio, nel caso del processo di PCR sopra citato, sono richiesti tempi dell'ordine di 6-8 ore.

Un altro svantaggio delle soluzioni note è legato al fatto che, date le loro dimensioni macroscopiche, essi sono in grado di trattare solo volumi di fluido relativamente elevati (volumi minimi dell'ordine dei millilitri) .

Gli svantaggi indicati si traducono in costi di trattamento molto elevati (nel caso del processo di PCR sopra citato, di parecchie centinaia di dollari); inol-tre essi restringono il campo di applicazione dei reattori noti al solo laboratorio sperimentale.

Per superare questi inconvenienti, dalla fine de-gli anni '80 sono state sviluppati dei dispositivi miniaturizzati, e quindi di massa termica ridotta, in grado di ridurre i tempi necessari per completare il processo di amplificazione del DNA.

Il primo di questi dispositivi è descritto nel-l'articolo di M.A. Northrup, M.T. Ching, R.M. White e R.T. Watson "DNA amplification with a microfabricated reaction chamber" Proc. 1993 IEET Int. Conf. Solid-State Sens. Actuators, pagg. 924-926, 1993 e comprende una cavità formata in un substrato di silicio monocristallino mediante un attacco anisotropo. Il fondo della cavità è costituito da una membrana sottile di nitruro di silicio sul cui bordo esterno si trovano riscaldatori di silicio policristallìno. La parte superiore della cavità viene sigillata con uno strato di vetro. Questa struttura, grazie alla sua piccola massa termica, può essere riscaldata ad una velocità di 15°C/sec., con tempi di ciclatura di 1 min. Con tale dispositivo è possibile eseguire, per un volume di fluido di 50 μΐ, venti cicli di amplificazione in tempi approssimativamente quattro volte più ridotti rispetto quelli richie-sti dai termociclatori convenzionali e con un consumo di potenza notevolmente più basso.

Tuttavia il processo descritto (come altri attual-mente utilizzati basati sull'incollaggio di due sub-strati di silicio preformati mediante attacchi anisotropi in KOH, TMAH o altre soluzioni chimiche simili) è costoso, presenta elevata criticità, bassa produttività e non è completamente compatibile con le usuali fasi di fabbricazione utilizzate nella microelettronica.

Altre soluzioni più recenti prevedono la formazione, all'interno di una prima fetta di materiale semiconduttore, di canali sepolti collegati alla superficie attraverso trincee di ingresso e di uscita, e di serba-toi ( "reservoirs") formati in una seconda fetta di materiale semiconduttore tramite attacco anisotropo, e l'incollaggio delle due fette.

Anche questa soluzione tuttavia è svantaggiosa in quanto il processo è costoso, critico, presenta bassa produttività e richiede l'uso di una pasta vetrosa contenente piombo (cosiddetto "glass frit") per l'incol-laggio delle due fette.

Un esempio di un microreattore chimico integrato in un'unica fetta di materiale semiconduttore è stato proposto nella domanda di Brevetto Europeo N.

00830400.8, depositata in data 5 giugno 2000 a nome della stessa richiedente, e verrà di seguito brevemente descritto con riferimento alle figure 1 e 2.

In dettaglio, la figura 1 mostra un microreattore chimico 1 comprendente un corpo semiconduttore 2, tipicamente di silicio monocristallino, in cui sono presenti canali sepolti 3, estendentisi parallelamente ad una superficie 4 del corpo semiconduttore 2. Preferibilmente, come mostrato con linee tratteggiate nella vista dall'alto di figura 2,,è presente una pluralità di canali sepolti 3, estendentisi a breve distanza reciproca, parallelamente fra di loro. In tal caso, i canali sepolti 3 possono avere sezione approssimativamente circolare o rettangolare, posti a distanza reciproca di 50 pm e ad una profondità di 20-30 μπι dalla superficie 4. Nel caso di sezione rettangolare, i canali sepolti 3 presentano ad esempio lato di circa 30 μπιx 200 μη, lunghezza di 10 mm ed occupano complessivamente un'area di 50 mm2. In alternativa, è possibile avere un singolo canale di lunghezza pari a circa 10 mm, larghezza pari a circa 5 mm e altezza pari a circa 20 μια. In entrambi i casi di ottiene un volume totale pari a circa 1 mm3 (1 μΐ)·

Al di sopra della superficie 4 del corpo semiconduttore 2 si estende un primo strato isolante 5, ad esempio di ossido di silicio, all'interno del quale è formato un elemento riscaldatore 10 di silicio policri-stallino. Preferibilmente, l'elemento riscaldatore 10 si estende sostanzialmente al di sopra dell'area occu-pata dai canali sepolti 3, tranne che al di sopra delle estremità longitudinali dei canali sepolti 3 stessi, dove sono realizzate aperture di ingresso 16a e di uscita 16b per i canali 3. Le aperture di ingresso 16a e di uscita 16b hanno preferibilmente lunghezza di circa 5 mm (in direzione perpendicolare al piano del dise-gno) e larghezza di circa 60 μπι. Trincee di accesso 21a e 21b si estendono allineate alle aperture dì ingresso e di uscita 16a, 16b, dalla superficie 4 fino ai canali 3, in modo da connettere i canali 3 fra loro in parallelo e a serbatoi di ingresso 19 e di uscita 20, come chiarito nel seguito.

Regioni di contatto 11, ad esempio di alluminio, si estendono attraverso aperture del primo strato isolante 5 e sono in contatto elettrico con due estremità opposte dell'elemento riscaldatore 10, per consentire il passaggio di corrente elettrica attraverso l'elemento riscaldatore 10 e il riscaldamento della zona sottostante .

Al di sopra del primo strato isolante 5, lateralmente sfalsato rispetto ai canali sepolti 3, si estende un elettrodo di rilevamento 12 formato da un multistra-to, ad esempio di alluminio, titanio, nichel e oro, in modo di per sé noto e non descritto in dettaglio.

Un secondo strato isolante 13, ad esempio di ossido TEOS (TetraEtilOrtoSilicato) si estende al di sopra del primo strato isolante 5 e presenta un'apertura at-traverso la quale sporge l'elettrodo di rilevamento 12.

I serbatoi di ingresso 19 e di uscita 20 sono ri-cavati all'interno di uno strato di resist 18, sovra-stante il secondo strato isolante 13. In particolare, e come mostrato nella vista dall'alto di figura 2, nella quale i canali 3 sono rappresentati tratteggiati, il serbatoio di uscita 20 è formato in prosecuzione del-l'apertura di uscita 16b (e quindi è collegato con l'estremità dei canali 3 prossima all'elettrodo di ri-levamento 12) e scopre l'elettrodo di rilevamento 12 stesso. Il serbatoio di ingresso 19 è formato invece in prosecuzione dell'apertura di ingresso 16a ed è quindi collegato all'estremità opposta dei canali 3. Preferibilmente, i serbatoi 19, 20 presentano lunghezza (in direzione perpendicolare al piano di figura 1) pari a circa 6 mm; il serbatoio di ingresso 19 presenta larghezza (in direzione orizzontale in figura 1) compresa fra 300 μιη e l,5mm, preferibilmente pari a circa 1 mm, in modo da ottenere un volume di almeno 1 mm<3 >e il serbatoio di uscita 20 presenta larghezza compresa fra 1 e 4 itoti, preferibilmente pari a circa 2,5 mm.

Preferibilmente, lo strato di resist 18 è formato da un resist negativo avente conducibilità compresa fra 0,1 e 1,4 W/m K, coefficiente di espansione termica CTE < 50 ppm/K, quale il materiale noto con il nome "SU8" (Shell Upon 8), prodotto dalla SOTEC MICROSYSTEMS. Ad esempio, lo strato di resist 18 presenta uno spessore compreso fra 300 pm e 1 mm, preferibilmente 500 μτη.

Il microreattore 1 descrìtto presenta però dei li-miti di utilizzo, dovuti alla mancanza di isolamento termico fra il riscaldatore 10 e la regione in cui è realizzato l'elettrodo di rilevamento 12. In molti ca-si, infatti, è richiesto che il fluido presente nel serbatoio di uscita 20 sìa mantenuto a un temperatura controllata sensibilmente inferiore alla temperatura del fluido che si trova all'interno dei canali 3. In particolare, occorre che fra il riscaldatore 10 e la regione in cui è realizzato l'elettrodo di rilevamento 12 vi sia una notevole differenza di temperatura, ad esempio dell'ordine di 40-50°C. Tuttavia, l'elevata conducibilità termica del silicio consente al calore generato dal riscaldatore 10 di propagarsi sostanzialmente a tutta la piastrina in cui è realizzato il microreattore 1 e quindi non è possibile ottenere la differenza di temperatura richiesta.

Il problema dell'isolamento termico può riguardare anche sensori o attuatori comprendenti strutture microelettro-meccaniche (MEMS, dall'inglese "Micro-Electro-Mechanical-Systems "), che talvolta è necessario inte-grare con dispositivi di potenza. In questi casi, l'isolamento è richiesto sia per evitare di sottoporre le strutture micro-elettro-meccaniche a pericolose sollecitazioni termiche, sia perché l'efficienza e la pre-cisione dei dispositivi sono legate alla presenza di ben determinate condizioni operative.

Scopo dell'invenzione è quindi mettere a disposizione un dispositivo integrato che consenta superare gli inconvenienti descritti.

Secondo la presente invenzione viene realizzato un dispositivo integrato come definito nella rivendicazio-ne 1.

Per una migliore comprensione dell'invenzione, ne vengono ora descritte alcune forme di realizzazione, a puro titolo di esempio non limitativo e con riferimento ai disegni allegati, nei quali:

- la figura 1 mostra una sezione longitudinale di un dispositivo integrato oggetto di una precedente domanda di brevetto;

- la figura 2 è una vista in pianta dall'alto del dispositivo di figura 1;

- la figura 3 mostra una vista in pianta dall'alto di un dispositivo integrato secondo una prima forma di realizzazione dell'invenzione;

- la figura 4 è una vista laterale del dispositivo integrato di figura 3, sezionato secondo un piano di traccia IV-IV di figura 3;

- la figura 5 è uno schema circuitale semplificato di una parte del dispositivo integrato di figura 3; e - la figura 6 mostra una sezione longitudinale di un dispositivo integrato, in una seconda forma di rea-lizzazione dell'invenzione.

Con riferimento alle figure 3 e 4, è indicato nel suo complesso con 30 un microreattore chimico per dia-gnostica molecolare integrato in un "die". Per semplicità, nel seguito della descrizione, si farà riferimen-to a un dispositivo di questo tipo; ciò non si deve tuttavia considerare limitativo, in quanto l'invenzione può essere applicata anche a dispositivi differenti.

Il microreattore 30 comprende un circuito idraulico 31, parzialmente realizzato all'interno di un corpo semiconduttore 32, tipicamente di silicio monocristallino e avente spessore di circa 600-700 μπι (ad esempio 670 μιη), una pluralità di elementi riscaldatori 33, un dispositivo di rilevamento 34 e un elemento dissipatore 35.

Il circuito idraulico 31 comprende una pluralità di aperture di ingresso 37, per ricevere capillari (non mostrati) attraverso i quali viene introdotto un fluido contenente reagenti chimici, canali sepolti 38, e con-dotti di uscita 39, sfocianti in un serbatoio di uscita 40. Più in dettaglio, i canali sepolti 38 sono realiz-zati all'interno del corpo semiconduttore 32 e si estendono parallelamente a e a distanza da una superfi-cie 42 del corpo semiconduttore 32 stesso; inoltre, ciascuno dei canali sepolti 38 è collegato a una ri-spettiva apertura di ingresso 37 e a un rispettivo con-dotto di uscita 39 attraverso trincee di accesso 43, in modo da formare un condotto estendentesi longitudinal-mente rispetto al corpo semiconduttore 32. Le aperture di ingresso 37 da un lato e i condotti di uscita 39 e il serbatoio di uscita 40 dall'altro sono definiti in una prima, rispettivamente in una seconda struttura 45, 46 di resist, entrambe realizzate al di sopra della superficie 42 del corpo semiconduttore 32. Preferibilmen-te, il resist è SU8 e presenta uno spessore compreso fra 300 μπι e 500 μπι, ad esempio 400 μιιι.

Gli elementi riscaldatori 33, realizzati in silicio policristallino, sono annegati all'interno del corpo semiconduttore 32, in prossimità della superficie 42, ed elettricamente isolati dal corpo semiconduttore 32 stesso in modo di per sé noto e non illustrato in dettaglio. In una preferita forma di realizzazione dell'invenzione, sono presenti tre elementi riscaldatori 33, disposti trasversalmente al di sopra dei canali sepolti 38 e fra loro equidistanti. Una prima porzione 32a del corpo semiconduttore 32 che alloggia gli ele-menti riscaldatori 33 e i canali sepolti 38 forma una porzione ad elevata temperatura di funzionamento.

Il dispositivo di rilevamento 34 comprende una pluralità di elettrodi di rilevamento 49, disposti sul fondo del serbatoio di uscita 40, e un elemento riscal-datore di uscita 50, anch'esso annegato nel corpo semiconduttore 32, in prossimità della superficie 42. Una seconda porzione 32b del corpo semiconduttore 32 che porta il dispositivo di rilevamento 34 forma una porzione a bassa temperatura di funzionamento.

Una pluralità di sensori di temperatura 53 (ad esempio cinque), di tipo noto, sono disposti in prossimità degli elementi riscaldatori 33 e, preferibilmente, in prossimità di opposte estremità dell'elemento riscaldatore di uscita 50.

Secondo l'invenzione, l'elemento dissipatore 35 è ricavato nel corpo semiconduttore 32, fra la prima porzione 32a, ad elevata temperatura di funzionamento, e la seconda porzione 32b, a bassa temperatura di funzio-namento. In particolare, l'elemento dissipatore 35 comprende una membrana 51, avente spessore di circa 10-15 μιη, disposta al di sotto dei condotti di uscita 39, in modo da collegare la prima e la seconda porzione 32a, 32b, ed estendentesi trasversalmente sostanzialmente per tutta la larghezza del corpo semiconduttore 32; e una pluralità dì setti 52, estendentisi ortogonalmente alla membrana 51, fra loro paralleli. I setti 52, aven-ti sezione rettangolare o trapezoidale, sono separati fra loro e dalle porzioni 32a, 32b del corpo semiconduttore 32 per mezzo di trincee di isolamento termico 54 e sono fra loro uniti lateralmente attraverso due opposte pareti 55. Le trincee di isolamento termico 54 presentano in pianta forma sostanzialmente rettangolare e hanno lunghezza pari a circa 400 μιη e larghezza di circa 10-12 mm.

Preferibilmente, il microreattore 1 comprende an-che un primo e un secondo dissipatore metallico 57, 58, di tipo noto. In particolare, il primo dissipatore metallico 57 è collegato, attraverso un primo strato di interfaccia 59, alla prima porzione 32a del corpo semiconduttore 32, su una faccia opposta alla superficie 42; e il secondo dissipatore metallico 58 è collegato alla seconda porzione 32b del corpo semiconduttore 32 attraverso un secondo strato di interfaccia 60. Gli strati di interfaccia 59, 60 possono essere dello stesso materiale o di materiali differenti; ad esempio, il primo strato di interfaccia 59 è di Kapton e il secondo strato di interfaccia 60 è di un materiale noto come "FR5" .

Uno strato protettivo 61, ad esempio di policarbonato, è incollato sopra la prima e la seconda struttura 45, 46 e sovrasta sostanzialmente l'intera superficie 42 del corpo semiconduttore 32, tranne che in corri-spondenza di un'apertura 62 al di sopra del serbatoio di uscita 40. In questo modo, lo strato protettivo 61 ricopre e chiude superiormente le aperture di ingresso 37 e i condotti di uscita 39 del circuito idraulico 31, mentre il serbatoio di uscita 40 è scoperto per permettere il prelievo del fluido al termine del processo chimico .

Il microreattore 1 è alloggiato in una sede passante 64 di una piastra di supporto 65, di materiale plastico (ad esempio FR5), alla quale è a sua volta incollato. In particolare, il corpo semiconduttore 31, le struttura 45, 46 e lo strato protettivo 61 sporgono da una prima faccia della piastra di supporto 65, mentre i dissipatori metallici 57, 58 sporgono da una seconda faccia opposta alla prima.

In uso, gli elementi riscaldatori 33 portano e mantengono la prima porzione 32a del corpo semicondut-tore 32 a una prima temperatura operativa, ad esempio circa 90°C, in modo da riscaldare il fluido presente nei canali sepolti 38 e attivare il processo chimico; l'elemento riscaldatore di uscita 50 mantiene il dispo-sitivo di rilevamento 34 e la seconda porzione 32b del corpo semiconduttore 32 a una seconda temperatura ope-rativa, ad esempio circa 50°C.

L'elemento dissipatore 35 disaccoppia termicamente l'una dall'altra la prima e la seconda porzione 32a, 32b, impedendo che il calore generato dagli elementi riscaldatori 33 si propaghi fino al dispositivo di rilevamento 34. Infatti, la membrana 51, di silicio, presenta elevata conducibilità termica, ma ha spessore ri-dotto (10-15 μτη) e quindi, nel complesso, alta resi-stenza termica; inoltre, i setti 52 fungono da alette di raffreddamento, aumentando la superficie di scambio termico e favorendo la dispersione del calore nell'ambiente. I dissipatori metallici 57, 58 contribuiscono a migliorare ulteriormente la dispersione del calore, consentendo così di ottenere condizioni di esercizio ottimali .

I setti 52 hanno anche una importante funzione meccanica di sostegno per la membrana 51, che sarebbe altrimenti troppo fragile e facilmente soggetta a rot-ture. Infatti, i setti 52, che sono collegati fra le pareti laterali 55, impediscono la flessione della membrana 51 sia in senso longitudinale, sia in senso tra-sversale .

Secondo un ulteriore aspetto dell'invenzione, gli elementi riscaldatori 33 vengono azionati separatamen-te, come mostrato in figura 5. In particolare, gli ele-menti riscaldatori 33 sono qui schematizzati mediante resistori collegati ciascuno fra massa e un rispettivo generatore di corrente comandato 71; i generatori di corrente comandati 71 alimentano agli elementi n scaldatori 33 rispettive correnti II, 12, 13. In figura 5, è illustrato anche l'elemento riscaldatore di uscita 50, anch'esso schematizzato mediante un resistore collegato a un generatore di corrente costante 72.

Un circuito di controllo 73, di per sé noto, presenta una pluralità di ingressi 73a, collegati ciascuno all'uscita di un rispettivo sensore di temperatura 53, e almeno tre uscite, ognuna delle quali è collegata a un terminale di controllo 71a di un rispettivo generatore di corrente comandato 71. I sensori di temperatura 53 forniscono al circuito di controllo 73 rispettivi segnali elettrici di temperatura T1-T5. In base a tali segnali elettrici di temperatura T1-T5, il circuito di controllo 73 genera e fornisce ai terminali di control-lo 71a dei generatori di corrente comandati 71 rispettivi segnali di controllo SI, S2, S3, per controllare separatamente e indipendentemente i valori delle correnti II, 12, 13 fornite agli elementi riscaldatori 33. In questo modo, è possibile riscaldare in maniera uni-forme la prima porzione 32a del corpo semiconduttore 32 e, in particolare, la zona in cui sono formati i canali sepolti 38.

Il dispositivo integrato descritto presenta i se-guenti vantaggi. In primo luogo, l'elemento dissipatore integrato permette di ottenere un buon isolamento termico fra zone che devono essere mantenute a temperature di esercizio notevolmente diverse. Ciò è particolarmente importante nel caso di funzionamento continuo del dispositivo .

In particolare, è vantaggioso l'impiego dei setti 52. Infatti, oltre ad aumentare la superficie di scambio termico e quindi la capacità di disperdere calore, i setti 52 hanno una funzione di supporto meccanico della membrana 51, che è perciò difficilmente soggetta a rotture, come discusso in precedenza. Di conseguenza, è possibile realizzare membrane di pochi micron di spessore e quindi presentanti resistenza termica piuttosto elevata.

Un ulteriore vantaggio è dato dal fatto che il di-spositivo integrato può essere realizzato interamente utilizzando le usuali fasi di processo impiegate nella microelettronica ed è quindi semplice ed economico da realizzare .

Una seconda forma di realizzazione dell'invenzione verrà di seguito illustrata con riferimento alla figura 6, nella quale parti uguali a quelle già mostrate sono dotate degli stessi numeri di riferimento.

Secondo tale forma di realizzazione, un microreat-tore chimico 80 comprende il circuito idraulico 31, gli elementi riscaldatori 33, il dispositivo di rilevamento 34, lo strato protettivo 61 di policarbonato e un elemento dissipatore 81.

In questo caso, l'elemento dissipatore 81 comprende, oltre alla membrana 51, ai setti 52 e alle trincee di isolamento termico 54, anche una camera di raffred-damento 82, definita fra due setti 52 adiacenti e di-stanziati ad esempio di 700 μιη. La camera di raffreddamento 82, che è riempita di un fluido di raffreddamento (tipicamente acqua), e almeno una delle trincee di isolamento termico 54 sono realizzate al di sotto del serbatoio di uscita 40; inoltre, gli elettrodi di rilevamento 49 e l'elemento riscaldatore di uscita 50 del dispositivo di rilevamento 34 sono realizzati sopra la membrana 51.

Il microreattore 80 è incollato su una piastra dì supporto 83, ad esempio di FR5, che delimita inferiormente la camera di raffreddamento 82. La piastra dì supporto 83 è provvista di prime aperture passanti 84, che consentono la circolazione dell'aria nelle trincee di isolamento termico 54, e di seconde aperture passan-ti 85 per collegare la camera di raffreddamento 82 con un capillare di mandata 86 e un capillare di ritorno 87, a loro volta collegati con un serbatoio termostatato 89, in cui il fluido di raffreddamento viene mantenuto sostanzialmente a temperatura costante. Una pompa 90 preleva il fluido di raffreddamento dal serbatoio termostatato 89 e lo invia alla camera di raffreddamento 82 attraverso il capillare di mandata 86. In questo modo, il fluido di raffreddamento viene continuamente fatto circolare fra la camera di raffreddamento 82, dove assorbe il calore che si propaga dagli elementi riscaldatori 33 attraverso la membrana 51, e il serbatoio termostatato 89, dove il calore assorbito viene disperso .

Oltre ai vantaggi già descritti a proposito del microreattore 30 delle figure 3 e 4, il microreattore chimico 80 di figura 6 presenta ingombro e massa ridotti, in quanto il dispositivo dissipatore 81, maggiormente efficiente, è realizzato in parte al di sotto del serbatoio di uscita 40. Inoltre, sempre per la maggiore efficienza del dispositivo dissipatore 81, non è necessario utilizzare dissipatori metallici ausiliari.

Infine, è chiaro che ai dispositivi integrati de-scritti possono essere apportate numerose modifiche e varianti senza per questo uscire dall'ambito della pre-sente invenzione.

Innanzi tutto, l'invenzione può essere applicata anche a dispositivi diversi dai microreattori chimici. In particolare, è possibile realizzare in tecnologia MEMS vari tipi micromotori, di microattuatori e di sensori (ad esempio accelerometri o sensori di pressione) in cui una microstruttura e dispositivi ad elevata di-spersione di potenza devono essere fabbricati all'interno di una stessa fetta semiconduttrice.

Inoltre, possono essere apportate modifiche anche al microreattore chimico descritto. Ad esempio, il numero e la forma dei setti 52 e delle trincee di isolamento termico 54 possono essere diversi rispetto a quanto mostrato. Il circuito per il controllo delle correnti alimentate agli elementi riscaldatori 33 può essere realizzato diversamente. In particolare, le uscite dei sensori di temperatura 53 possono essere collegate direttamente ai terminali di controllo 71a di rispettivi generatori di corrente comandati 71.

Il circuito idraulico 31 può essere modificato per permettere dì introdurre manualmente mediante pipette il fluido contenente i reagenti. In questo caso, in luogo delle aperture di ingresso 37 è possibile preve-dere serbatoi di ingresso di forma sostanzialmente ci-lindrica superiormente aperti e collegati con un rispettivo canale sepolto 38.

Claims (16)

1. R IV E N D ICA Z IO N I 1. Dispositivo integrato comprendente un corpo se-miconduttore (32), avente una porzione ad elevata tem-peratura di funzionamento (32a) e una porzione a bassa temperatura di funzionamento (32b) e mezzi di isolamen-to termico (35; 81); caratterizzato dal fatto che detti mezzi di isola-mento termico (35; 81) comprendono mezzi dissipatori interposti fra detta porzione ad elevata temperatura di funzionamento (32a, 33) e detta porzione a bassa temperatura di funzionamento (32b, 34).
2. 2. Dispositivo secondo la rivendicazione 1, carat-terizzato dal fatto che detti mezzi dissipatori (35; 81) comprendono una membrana (51), collegante detta porzione ad elevata temperatura di funzionamento (32a, 33) e detta porzione a bassa temperatura di funzionamento (32b, 34), e una pluralità di setti (52) estendentisi detta membrana (51).
3. 3. Dispositivo secondo la rivendicazione 2, caratterizzato dal fatto che detti setti (52) sono disposti sostanzialmente ortogonali a detta membrana (51) e fra loro paralleli.
4. 4. Dispositivo secondo la rivendicazione 2 o 3, caratterizzato dal fatto che detti setti (52) sono separati fra loro e da detta porzione ad elevata temperatura di funzionamento (32a, 33) mediante trincee di isolamento termico (54).
5. 5. Dispositivo secondo una qualsiasi delle riven-dicazioni 1-4, caratterizzato dal fatto di comprendere un primo e un secondo dissipatore ausiliario (57, 58), collegati a detta porzione ad elevata temperatura di funzionamento (32a, 33) e, rispettivamente, a detta porzione a bassa temperatura di funzionamento (32b, 34).
6. 6. Dispositivo secondo una qualsiasi delle riven-dicazioni 2-4, caratterizzato dal fatto di comprendere una camera di raffreddamento (82), contenente un fluido di raffreddamento e definita, al di sotto di detta mem-brana (51), fra due setti (52) adiacenti.
7. 7. Dispositivo secondo la rivendicazione 6, caratterizzato dal fatto che detta camera di raffreddamento (82) è in collegamento fluidico con un serbatoio termostatato (89) attraverso mezzi di circolazione (86, 87, 90) per far circolare detto fluido di raffreddamento fra detta camera di raffreddamento (82) e detto serbatoio termostatato (89).
8. 8. Dispositivo secondo la rivendicazione 7, caratterizzato dal fatto che detta camera di raffreddamento (82) è disposta almeno parzialmente al di sotto di detta porzione a bassa temperatura di funzionamento (32b,
9. 9. Dispositivo secondo una qualsiasi delle riven-dicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto di esse-re un microreattore chimico (30; 80).
10. 10. Dispositivo secondo la rivendicazione 9, ca-ratterizzato dal fatto di comprendere una pluralità di elementi riscaldatori (33) riscaldanti detta porzione ad elevata temperatura di funzionamento (32a, 33), det-ti elementi riscaldatori (33) essendo azionati separa-tamente e indipendentemente mediante rispettivi genera-tori di corrente (71).
11. 11. Dispositivo secondo la rivendicazione 10, ca-ratterizzato dal fatto di comprendere una pluralità di sensori di temperatura (53), fornenti rispettivi segna-li elettrici di temperatura (T1-T5) e dal fatto che detti generatori di corrente (71) sono generatori di corrente comandati, aventi rispettivi terminali di con-trollo (71a) riceventi rispettivi segnali di controllo (SI, S2, S3), correlati a detti segnali elettrici di temperatura (T1-T5) .
12. 12. Dispositivo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni 9-11, caratterizzato dal fatto dì comprendere un circuito idraulico (31) includente: almeno un'apertura di ingresso (37); almeno un condotto di uscita (39), sfociante in un serbatoio di uscita (40); e almeno un canale sepolto (38), estendentesi al-l'interno di detto corpo semiconduttore (32), paralle-lamente a e a distanza da una superficie (42) di detto corpo semiconduttore (32), detto almeno un canale se-polto (38) essendo collegato a detta almeno un'apertura di ingresso (37) e a detto almeno un condotto di uscita (39).
13. 13. Dispositivo secondo la rivendicazione 12, ca-ratterizzato dal fatto che detti mezzi dissipatori (35; 81) sono almeno parzialmente disposti al di sotto di detto almeno un condotto di uscita (39).
14. 14. Dispositivo integrato incapsulato, comprenden-te un "die" (30; 80) includente almeno un corpo semiconduttore (32), caratterizzato dal fatto di comprendere uno strato protettivo (61) di policarbonato, portato da detto "die" (30; 80), e una piastra di supporto (65; 82), detto "die" (30; 80) essendo portato da detta pia-stra di supporto (65; 82).
15. 15. Dispositivo secondo la rivendicazione 14, caratterizzato dal fatto che detta piastra (65) presenta un'apertura passante (64) e dal fatto che detto "die" (30; 80) è alloggiato all'interno di detta apertura passante (65) e sporge da entrambi i lati di detta piastra (65).
16. 16. Dispositivo integrato, sostanzialmente come descritto con riferimento alle figure annesse.