WO2005088710A1 - Vorrichtung mit einem halbleiterchip und einem mikrofluidischen system und verfahren zur herstellung - Google Patents

Vorrichtung mit einem halbleiterchip und einem mikrofluidischen system und verfahren zur herstellung Download PDF

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injection molding
microfluidic system
molding component
plastic
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Andreas Risse
Daniel Ojeda
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Technische Fachhochschule Berlin
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Definitions

  • the invention relates to a device with a semiconductor chip and a microfluidic system and a method for manufacturing.
  • Document DE 101 11 458 AI describes a diagnostic device in which a sensor chip is arranged in a module comprising a chip carrier, chip and electrical contacts between chip and chip carrier.
  • the module with the sensor chip can be integrated in a chip card, which also includes microfluidic components and / or functions.
  • the chip which was previously sanded thin to about 180 ⁇ m at the wafer level, is glued to a carrier tape, which consists of gold-plated, pre-punched copper tape and possibly reinforced with a plastic tape. After standard wire bonding, the chip and the wires are encapsulated with a polymer.
  • a commercially available standard plastic card is milled out to accommodate the chip carrier module at a defined location on module size, so that after the module has been punched out of the carrier tape, it can be glued into the cutout.
  • a microfluidic system in the sense of the present application is a system with an arbitrary arrangement of at least one mil cavity into which a fluid can be introduced.
  • the system can also include an arrangement with several cavities, which are formed, for example, as microchannels.
  • the at least one cavity has an opening for introducing / discharging the fluid.
  • Electronic components are provided, for example, to record measured variables for physical properties of the fluid in the microfluidic system and / or to set operating parameters for the fluid in the microfluidic system.
  • the electronic components can have transmitting and / or receiving means for exchanging electronic data with external devices. Connections are usually provided on the module in order to couple the fluid into the microfluidic system.
  • a connection must be made between the electronic components and the microfluidic system in the manufacture of the module in order to integrate the two parts into the module.
  • adhesive connections it is known to use adhesive connections.
  • this has the disadvantage that it is difficult to achieve sufficient tightness.
  • the adhesive used can change its consistency when it comes into contact with the fluid in the microfluidic system and, for this reason, no longer exhibits the desired adhesive effect, which can also lead to leaks.
  • the object of the invention is to provide an improved device with a semiconductor chip and a microfluidic system and a method for manufacturing in which the disadvantages of the prior art are avoided, in particular adhesive or adhesive connections are avoided.
  • the invention encompasses the idea of forming a device with a semiconductor chip and a microfluidic system, in which the semiconductor chip is held free of adhesive in a plastic housing formed as an injection molding component and the microfluidic system is formed in the injection molding component.
  • the injection molding technology known per se for plastics is used to form both a housing for the semiconductor chip and the microfluidic system itself. Both the semiconductor chip and the microfluidic system are integrated in the injection molding component. It is no longer necessary to provide adhesive or adhesive connections in order to connect the semiconductor chip and microfluidic system or parts thereof.
  • the injection molding technology enables the housing for the semiconductor chip and the microfluidic system to be flexible for various To manufacture applications.
  • a suitable plastic can be selected which, in particular, has sufficient material resistance to the fluid to be introduced into the microfluidic system.
  • electrical conductor tracks are formed on the injection molding component and are connected to connections of the semiconductor chip.
  • a MID-capable plastic (MID - "Molded Interconnect Device") can be used for this purpose. Such plastics are used in connection with the production of modules which comprise a three-dimensional arrangement of circuit carriers.
  • the provided semiconductor chip is not a bare semiconductor chip, but rather a printed circuit board arrangement with components, including integrated circuits, which can also include encapsulated semiconductor chips.
  • advantageous material properties of the injection molding component result from the fact that the injection molding component is made of a foamed plastic.
  • the foamed plastic is preferably a microcellular foamed plastic.
  • the plastic is biocompatible.
  • this has the positive effect that the device is also suitable for being integrated into the body of a living being.
  • At least one fluid connection for introducing / removing a fluid into / from the milcrofluidic system (s) is integrally formed on the injection molding component.
  • a preferred embodiment of the invention can provide that the semiconductor chip is held in a recess in the injection molding component without adhesive.
  • the semiconductor chip can be fitted, for example, in a form-fitting manner into the recess of the injection molding component, wherein an elastic clamping action formed with the aid of the injection molding component can be provided.
  • a flat contact is formed for areas in which there are outer surface sections of the semiconductor chip and surface sections of the Opposing injection molding component, at least in partial areas between the outer surface sections of the semiconductor chip and the surface sections of the injection molding component. This contact arises in particular when the plastic is applied directly to the surface of the semiconductor chip during the production of the injection molded component, in particular during injection.
  • the flat contact leads to the formation of the best possible holding effect for fixing the semiconductor chip to the housing.
  • the semiconductor chip comprises actuator means for setting an operating parameter for a fluid in the microfluidic system and / or sensor means for detecting a measurement variable for a physical property of a fluid in the microfluidic system.
  • the electrically controllable semiconductor chip can have a direct effect on the fluidic system.
  • a further embodiment of the invention can provide that the semiconductor chip comprises a control loop in order to adjust the actuator means as a function of the measured variable, which is detected with the aid of the sensor means. In this way, depending on the state of the fluid in the microfluidic system, it is possible to act directly on the microfluidic system.
  • influencing the microfluidic system by the semiconductor chip is facilitated in that a wall section of a microchannel of the microfluidic system is formed with the semiconductor chip.
  • this embodiment also facilitates the action of the actuator means for setting an operating parameter for the fluid in the milcrofluidic system. Temperature, pressure or similar physical quantities can be set as operating parameters with the aid of the Alctor means.
  • the actuator means can also comprise a micropump for conveying the fluid in the milk fluid system. Similar physical quantities can be detected with the aid of the sensor means, for example pressure, temperature, flow rate, chemical and / or biological measured quantities.
  • 1A to IF show a schematic illustration to explain a method for producing a device with a semiconductor chip and a microfluidic system in an injection molding component
  • FIG. 2 shows an embodiment of a device with a semiconductor chip and a milcrofluid system in an injection molding component in cross section
  • 3 shows another embodiment of a device with a semiconductor chip and a milcrofluidic system in an injection molding component in cross section
  • FIG. 4 shows a further embodiment of a device with a semiconductor chip and a microfluidic system in an injection molding component in cross section;
  • FIG. 5 shows an additional embodiment of a device with a semiconductor chip and a milcrofluid system in an injection molding component in cross section.
  • a method for producing a device having a semiconductor chip 1 and a milcrofluidic system 2 is described below with reference to FIGS. 1A to IF.
  • an injection mold 3 which has a combination of several molded parts 3a, 3b, 3c, 3d, 3e with which a mold cavity 4 is formed.
  • the molded part 3e is also referred to as a core, and a molding compound 5 made of a plastic material is injected into the cavity 4 through an inlet opening 6 (cf. FIG. 1B).
  • the plastic can be any plastic material suitable for injection molding technology. Depending on the application, the person skilled in the art can select a plastic from the many available plastic materials which are known in connection with injection molding technology. In a special embodiment, an MID-compatible plastic (MID - "Molded Interconnect Device”) is used as the plastic.
  • Such plastics are used in connection with the production of modules which have a three-dimensional include dimensional arrangement of circuit carriers.
  • the property of the plastic is particularly important that electrical conductor tracks can be arranged on the MID-compatible plastic. Embodiments using MID-compatible plastics are described below with reference to FIGS. 4 and 5.
  • the molding compound 5 fills the cavity 4 after the injection and is then cured, so that an injection molded component 7 is produced. Then some of the molded parts 3b-3e are removed and the semiconductor chip 1 is inserted into a recess 8. In this way, a direct contact is formed between surface sections of the semiconductor chip 1 and the injection molding component 7. For a better fastening of the semiconductor chip 1 in the recess 8, the use of an adhesive can be provided in the embodiment according to FIGS. 1A-1F.
  • a microchannel 9, which is part of the microfluidic system 2, is formed below the semiconductor chip 1.
  • electrical conductor tracks 10a, 10b are also applied to the injection molding component 7. Furthermore, a new upper tool part 11 is now arranged above the semiconductor chip 1 according to FIG. ID. A plastic compound is again injected via an opening 12 in order to overmold the semiconductor chip 1 and the electrical conductor tracks 10a, 10b. The device with the semiconductor chip 1 and the milk fluid system 2 in the injection molding component 7 is then removed from the mold, which is shown in FIG. 1E.
  • the semiconductor chip 1 can be a silicon chip, for example.
  • the semiconductor chip 1 is introduced as a bare chip in the injection molding component 7, that is to say without a coating previously applied, as is customary for integrated circuits.
  • the semiconductor chip 1 comprises alarm means 20 and sensor means 21, which are shown schematically in FIG. 2.
  • the sensor means 21 are used to record measured variables for physical properties of a fluid which is located in the microfluidic system 2. Measured variables can be recorded, for example, for pressure, temperature or physical properties.
  • operating parameters for the fluid in the milk fluid system 2 can be set. the, for example by regulating the pressure and / or the temperature.
  • the sensor means 21 and the Alctor means 20 are connected to one another so that they are formed as part of a control circuit 22. In this way, it is possible for the alerting means 20 to be set in response to the measured variables detected with the aid of the sensor means 21.
  • transmission / reception means 23 are furthermore formed, which serve to exchange electronic data with external devices (not shown) via a wireless or a wired data line.
  • Any electronic components and / or component components for example micropumps, microvalves or the like, can be integrated in the semiconductor chip 1.
  • the entire spectrum of integrated components can be used, which can be produced as a semiconductor chip with the aid of suitable semiconductor technologies and / or technologies of microsystem technology.
  • the microfluidic system 2 comprises several microchannel sections 30, 31.
  • the arrangements of the semiconductor chip 1 and the milcrofluidic system 2 are similar to FIGS. 2 and 3.
  • electrical conductor tracks 40, 41 are applied to the injection molding component 7, which lead to connections of the semiconductor chip 1 lead. With the aid of the electrical conductor tracks 40, 41, electrical signals can be injected into the semiconductor chip 1 or tapped from it.
  • the injection molding component 7 in the embodiments according to FIGS. 4 and 5 is preferably made of a MID-compatible plastic.

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Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung mit einem Halbleiterchip (1) und einem mikrofluidischen System (2) sowie ein Verfahren zur Herstellung der Vorrichtung. Bei der Vorrichtung wird der Halbleiterchip (1) in einem als Spritzgießbauteil (7) ausgebildeten Gehäuse aus Kunststoff klebemittelfrei gehalten. Das Spritzgießbauteil (7) nimmt darüber hinaus auch das mikrofluidische System (2) auf, wodurch in dem Spritzgießbauteil (7) eine Kombination von Halbleiterchip (1) und mikrofluidischem System (2) hergestellt ist.

Description

Vorrichtung mit einem Halbleiterchip und einem mikrofluidischen System und Verfahren zur Herstellung
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung mit einem Halbleiterchip und einem mikrofluidischen System sowie ein Verfahren zur Herstellung.
Die fortschreitende Entwicklung im Bereich von Mikrosystembauteilen hat dazu geführt, daß es möglich ist, Vorrichtungen herzustellen, die sowohl ein mikrofluidisches System als auch Elektronikkomponenten in einem Modul umfassen. Ein solches Modul ist beispielsweise aus der Druckschrift DE 101 22 133 bekannt.
In dem Dokument DE 101 11 458 AI ist ein Diagnosegerät beschrieben, bei dem ein Sensor- Chip in einem Modul aus Chipträger, Chip und elektrischen Kontakten zwischen Chip und Chipträger angeordnet ist. Das Modul mit dem Sensor-Chip kann in eine Chipkarte integriert sein, die auch mikrofluidische Komponenten und/oder Funktionen umfaßt. Der üblichen Chipkartentechnologie entsprechend wird der Chip, welcher zuvor auf Waverebene auf etwa 180 μm dünn geschliffen wurde, hierbei auf ein Trägerband, das aus vergoldetem, vorge- stanztem Kupferband besteht und eventuell mit einem Kunststoff-Band verstärkt ist, geklebt. Nach einer Standard-Drahtbondung werden der Chip und die Drähte mit einem Polymer verkapselt. Eine kommerziell erhältliche Standard-Plastikkarte wird zur Aufnahme des Chip- Träger-Moduls an einer definierten Stelle auf Modulgröße ausgefräßt, so daß nach Ausstanzen des Moduls aus dem Trägerband, dieses in die Ausfräsung eingeklebt werden kann.
Bei einem mikrofluidischen System in Sinne der vorliegenden Anmeldung handelt es sich um ein System mit einer beliebigen Anordnung von wenigstens einem Mil ohohlraum, in den ein Fluid eingebracht werden kann. Das System kann auch eine Anordnung mit mehreren Hohlräumen umfassen, die beispielsweise als Mikrokanäle gebildet sind. Der wenigstens eine Hohlraum verfügt über eine Öffnung zum Einführen/ Abführen des Fluids. Elektronikkompo- nenten sind vorgesehen, um beispielsweise Meßgrößen für physikalische Eigenschaften des Fluids in dem mikrofluidischen System zu erfassen und/oder Betriebsparameter für das Fluid in dem mikrofluidischen System einzustellen. Darüber hinaus können die Elektronikkompo- nenten Sende- und/oder Empfangsmittel zum Austausch elektronischer Daten mit externen Geräten aufweisen. An dem Modul sind üblicherweise Anschlüsse vorgesehen, um das Fluid in das mikrofluidi- sche System einzukoppeln. Des weiteren muß bei der Herstellung des Moduls eine Verbindung zwischen den Elektronikkomponenten und dem mikrofluidischen System hergestellt werden, um die beiden Teile in das Modul zu integrieren. In diesem Zusammenhang ist es bekannt, Klebeverbindungen zu nutzen. Dieses hat jedoch den Nachteil, daß es schwierig ist, eine ausreichende Dichtheit zu erreichen. Darüber hinaus besteht das Problem, daß der verwendete Klebstoff bei Kontakt mit dem Fluid in dem mikrofluidischen System seine Konsistenz verändern kann und aus diesem Grund die gewünschte Haftwirkung nicht mehr entfaltet, was ebenfalls zu Lecks führen kann.
Aus dem Stand der Technik ist weiterhin bekannt, bei der Herstellung von mikrofluidischen Systemen die Spritzgieß-Technologie für Kunststoffe zu verwenden. Auf diese Weise können Klebeverbindungen beim Herstellen des mikrofluidischen Systems zumindest teilweise vermieden werden. Um das Modul mit Elektronikkomponenten und mikrofluidischem System herzustellen, ist es jedoch weiterhin notwendig, die Elektronikkomponenten und das mi- krofluidische System zur Modulherstellung dann mittels Klebstoff miteinander zu verbinden.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine verbesserte Vorrichtung mit einem Halbleiterchip und einem mikrofluidischen System sowie ein Verfahren zur Herstellung anzugeben, bei denen die Nachteile des Standes der Technik vermieden sind, insbesondere Haft- oder Klebeverbindun- gen vermieden sind.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Vorrichtung nach dem unabhängigen Anspruch 1 und ein Verfahren nach dem unabhängigen Anspruch 13 gelöst.
Die Erfindung umfaßt den Gedanken, eine Vorrichtung mit einem Halbleiterchip und einem mikrofluidischen System zu bilden, bei der der Halbleiterchip in einem als Spritzgießbauteil ausgebildeten Gehäuse aus Kunststoff klebemittelfrei gehalten wird und das mikrofluidische System in dem Spritzgießbauteil gebildet ist. Auf diese Weise wird die als solche bekannte Spritzgieß-Technologie für Kunststoffe verwendet, um sowohl ein Gehäuse für den Halbleiterchip als auch das mikrofluidische System selbst zu bilden. Sowohl Halbleiterchip als auch mikrofluidisches System sind in das Spritzgießbauteil integriert. Es ist nicht länger notwendig, Klebe- oder Haftverbindungen vorzusehen, um Halbleiterchip und mikrofluidisches Sy- stem oder Teile hiervon miteinander zu verbinden. Die Spritzgieß-Technologie ermöglicht es, das Gehäuse für den Halbleiterchip und das mikrofluidische System flexibel für verschiedene Anwendungen herzustellen. So kann in Abhängigkeit vom Anwendungsfall ein geeigneter Kunststoff ausgewählt werden, der insbesondere eine ausreichende Materialbeständigkeit gegenüber dem in das mikrofluidische System einzubringenden Fluid aufweist.
Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung kann vorgesehen sein, daß an dem Spritzgießbauteil elektrische Leiterbahnen gebildet sind, die an Anschlüsse des Halbleiterchips angeschlossen sind. Zu diesem Zweck kann ein MID-fähiger Kunststoff genutzt werden (MID - „Moulded Interconnect Device"). Derartige Kunststoffe werden im Zusammenhang mit der Herstellung von Modulen verwendet, die eine dreidimensionale Anordnung von Schaltungsträgern, umfassen. Im Unterschied zu dem bei der vorliegenden Erfindung vorgese- hen Halbleiterchip handelt es sich bei den Schaltungsträgern nicht um einen blanken Halbleiterchip, sondern um eine Leiterplattenanordnung mit Bauteilen, einschließlich integrierten Schaltungen, welche auch eingekapselte Halbleiterchips umfassen können.
Vorteilhafte Materialeigenschaften des Spritzgießbauteils ergeben sich bei einer Ausführungsform der Erfindung dadurch, daß das Spritzgießbauteil aus einem geschäumten Kunststoff ist. Bevorzugt ist der geschäumte Kunststoff ein mikrozellular geschäumter Kunststoff.
Vorteilhaft kann vorgesehen sein, daß der Kunststoff biokompatibel ist. Dieses hat insbesondere die positive Wirkung, daß die Vorrichtung auch geeignet ist, in den Körper eines Lebewesens integriert zu werden.
Zur Gewährleistung hoher Ansprüche hinsichtlich der Dichtheit des mikrofluidischen Sy- stems kann bei einer zweckmäßigen Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen sein, daß an dem Spritzgießbauteil mindestens ein Fluidanschluß zum Einführen/ Abführen eines Fluids in das/aus dem milcrofluidische(n) System einstückig angeformt ist.
Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung kann vorsehen, daß der Halbleiterchip klebemittelfrei in einer Ausnehmung in dem Spritzgießbauteil gehalten wird. Hierbei kann der Halbleiterchip beispielsweise formschlüssig in die Ausnehmung des Spritzgießbauteils eingepaßt sein, wobei eine mit Hilfe des Spritzgießbauteils gebildete elastische Klemmwirkung vorgesehen sein kann.
Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, daß für Bereiche, in denen sich äußere Oberflächenabschnitte des Halbleiterchips und Oberflächenabschnitte des Spritzgießbauteils gegenüberliegen, zumindest in Teilbereichen zwischen den äußeren Oberflächenabschnitten des Halbleiterchips und den Oberflächenabschnitten des Spritzgießbauteils ein flächiger Kontakt gebildet ist. Dieser Kontakt entsteht insbesondere dann, wenn der Kunststoff bei der Herstellung des Spritzgießbauteils direkt auf die Oberfläche des Halbleiter- chips aufgebracht wird, insbesondere beim Einspritzen. Der flächige Kontakt führt zur Ausbildung einer möglichst guten Haltewirkung zum Fixieren des Halbleiterchips an dem Gehäuse.
Zur Erhöhung des Integrationsgrads der Vorrichtung kann bei Ausgestaltungen der Erfindung vorgesehen sein, daß der Halbleiterchip Aktormittel zum Einstellen eines Betriebsparameters für ein Fluid in dem mikrofluidischen System und/oder Sensormittel zum Erfassen einer Meßgröße für eine physikalische Eigenschaft eines Fluids in dem mikrofluidischen System umfaßt. Auf diese Weise ist eine direkte Einwirkung des elektrisch zu steuernden Halbleiter- chips auf das milσofluidische System möglich.
Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung kann vorsehen, daß der Halbleiterchip einen Re- gelkreis umfaßt, um die Aktormittel in Abhängigkeit von der Meßgröße einzustellen, die mit Hilfe der Sensormittel erfaßt wird. Hierdurch kann in Abhängigkeit vom Zustand des Fluids in dem mikrofluidischen System direkt auf das mikrofluidische System eingewirkt werden.
Die Beeinflussung des mikrofluidischen Systems durch den Halbleiterchip wird bei einer Fortbildung der Erfindung dadurch erleichtert, daß mit dem Halbleiterchip ein Wandabschnitt eines Mikrokanals des mikrofluidischen Systems gebildet ist. Auf diese Weise wird beispielsweise das Erfassen der Meßgröße mit Hilfe der Sensormittel erleichtert, da ein direkter Kontakt zwischen dem Fluid in dem mikrofluidischen System und dem Halbleiterchip ausgebildet werden kann. In gleicher Weise erleichtert diese Ausführungsform auch das Wirken der Aktormittel zum Einstellen eines Betriebsparameters für das Fluid in dem milcrofluidischen System. Als Betriebsparameter können mit Hilfe der Alctormittel beispielsweise Temperatur, Druck oder ähnliche physikalische Größen eingestellt werden. Die Aktormittel können auch eine Mikropumpe zum Fördern des Fluids in dem milcrofluidischen System umfassen. Ahnlich physikalische Größen können mit Hilfe der Sensormittel erfaßt werden, zum Beispiel Druck, Temperatur, Fließgeschwindigkeit, chemische und/oder biologische Meßgrößen.
Die vorteilhaften Ausgestaltungen des Verfahrens zur Herstellung der Vorrichtung mit einem Halbleiterchip und einem milcrofluidischen System in den abhängigen Unteransprüchen wei- sen die in Verbindung mit den zugehörigen Verfahrensansprüchen genannten Vorteile entsprechend auf.
Die Erfindung wird im folgenden anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf eine Zeichnung näher erläutert. Hierbei zeigen: Fig. 1 A bis IF eine schematische Darstellung zur Erläuterung eines Verfahrens zur Herstellung einer Vorrichtung mit einem Halbleiterchip und einem mikrofluidischen System in einem Spritzgießbauteil;
Fig. 2 eine Ausführungsform einer Vorrichtung mit einem Halbleiterchip und einem milcrofluidischen System in einem Spritzgießbauteil im Querschnitt; Fig. 3 eine andere Ausführungsform einer Vorrichtung mit einem Halbleiterchip und einem milcrofluidischen System in einem Spritzgießbauteil im Querschnitt;
Fig. 4 eine weitere Ausführungsform einer Vorrichtung mit einem Halbleiterchip und einem mikrofluidischen System in einem Spritzgießbauteil im Quer- schnitt; und
Fig. 5 eine zusätzliche Ausführungsform einer Vorrichtung mit einem Halbleiterchip und einem milcrofluidischen System in einem Spritzgießbauteil im Querschnitt.
Im folgenden wird anhand der Fig. 1 A bis IF ein Verfahren zum Herstellen einer Vorrichtung mit einem Halbleiterchip 1 und einem milcrofluidischen System 2 beschrieben.
Gemäß Fig. 1A ist ein Spritzgießwerkzeug 3 vorgesehen, welches über eine Kombination mehrerer Formteile 3a, 3b, 3c, 3d, 3e verfügt, mit denen ein Formhohlraum 4 gebildet ist. Das Formteil 3e wird auch als Kern bezeichnet, hl dem Fonnhohlraum 4 wird eine Formmasse 5 aus einem Kunststoffmaterial über eine Einlaßöffnung 6 eingespritzt (vgl. Fig. 1B). Bei dem Kunststoff kann es sich um ein beliebiges für die Spritzgieß-Technologie geeignetes Kunststoffmaterial handeln. Der Fachmann kann je nach Anwendungsfall einen Kunststoff aus den vielen verfügbaren Kunststoffmaterialien auswählen, die in Zusammenhang mit der Spritzgieß-Technologie bekannt sind. Bei einer besonderen Ausführungsform wird als Kunststoff ein MID-fähiger Kunststoff (MID - „Molded Interconnect Device") verwendet. Derartige Kunststoffe werden in Verbindung mit der Herstellung von Modulen genutzt, die eine dreidi- mensionale Anordnung von Schaltungsträgern umfassen. In diesem Zusammenhang ist insbesondere die Eigenschaft des Kunststoffes von Bedeutung, daß auf dem MID-fähigen Kunststoffen elektrische Leiterbahnen angeordnet werden können. Ausfuhrungsformen unter Verwendung MID-fähiger Kunststoffe werden unten unter Bezugnahme auf die Fig. 4 und 5 be- schrieben.
Gemäß Fig. IC füllt die Formmasse 5 den Hohlraum 4 nach dem Einspritzen aus und wird anschließend ausgehärtet, so daß ein Spritzgießbauteil 7 entsteht. Danach werden einige der Formteile 3b-3e entfernt, und der Halbleiterchip 1 wird in eine Ausnehmung 8 eingesetzt. Auf diese Weise wird zwischen Oberflächenabschnitten des Halbleiterchips 1 und des Spritzgieß- bauteils 7 ein direkter Kontakt gebildet. Zur besseren Befestigung des Halbleiterchips 1 in der Ausnehmung 8 kann die Verwendung eines Haft-/Klebemittels bei der Ausführungsformen nach den Fig. 1A-1F vorgesehen sein. Unterhalb des Halbleiterchips 1 ist ein Mikrokanal 9 gebildet, der Teil des mikrofluidischen Systems 2 ist.
Gemäß Fig. ID sind auf dem Spritzgießbauteil 7 weiterhin elektrische Leiterbahnen 10a, 10b aufgebracht. Im weiteren wird nun gemäß Fig. ID ein neuen Werkzeugoberteil 11 oberhalb des Halbeiterchips 1 angeordnet. Über eine Öffnung 12 wird erneut eine Kunststoffmasse eingespritzt, um den Halbleiterchip 1 und die elektrischen Leiterbahnen 10a, 10b zu überspritzen. Anschließend wird die Vorrichtung mit dem Halbleiterchip 1 und dem milcrofluidischen System 2 in dem Spritzgießbauteil 7 entformt, was in Fig. 1E dargestellt ist.
In den Fig. 2 bis 5 sind Ausführungsformen für eine Vorrichtung mit dem Halbleiterchip 1 und dem mikrofluidischen System 2 in dem Spritzgießbauteil 7 dargestellt, die mit Hilfe des beschriebenen Verfahrens herstellbar sind. Bei dem Halbleiterchip 1 kann es sich beispielsweise um einen Siliziumchip handeln. Grundsätzlich wird der Halbleiterchip 1 als blanker Chip in dem Spritzgießbauteil 7 eingebracht, das heißt ohne eine vorher aufgebrachte Um- mantelung, wie sie für integrierte Schaltungen üblich ist.
Der Halbleiterchip 1 umfaßt bei der Ausfuhrungsform nach Fig. 2 Alctormittel 20 und Sen- sonnittel 21, die in Fig. 2 schematisch dargestellt sind. Die Sensormittel 21 dienen zum Erfassen von Meßgrößen für physikalische Eigenschaften eines Fluids, welches sich in dem mikrofluidischen System 2 befindet. Meßgrößen können beispielsweise für den Druck, die Tem- peratur oder älinliche physikalische Eigenschaften erfaßt werden. Mit Hilfe der Alctormittel 20 können Betriebsparameter für das Fluid in dem milcrofluidischen System 2 eingestellt wer- den, beispielsweise indem der Druck und/oder die Temperatur geregelt werden. Es ist vorgesehen, daß die Sensormittel 21 und die Alctormittel 20 miteinander verbunden sind, so daß sie als Teil eines Regelkreises 22 gebildet sind. Auf diese Weise ist es ennöglicht, daß die Alctormittel 20 in Reaktion auf die mit Hilfe der Sensormittel 21 erfaßten Meßgrößen eingestellt werden.
Gemäß Fig. 2 sind weiterhin Sende-/Empfangsmittel 23 gebildet, die dazu dienen, elektronische Daten mit externen Geräten (nicht dargestellt) über eine drahtlose oder eine drahtgebundene Datenleitung auszutauschen. In den Halbleiterchip 1 können beliebige elektronische Komponenten und/oder Bauteilkomponenten, beispielsweise Mikropumpen, Mikroventile oder dergleichen, integriert sein. Grundsätzlich ist das gesamte Spektrum von integrierten Bauteilen nutzbar, die mit Hilfe geeigneter Halbleitertechnologien und/oder Technologien der Mikrosystemtechnik als Halbleiterchip herstellbar sind.
Bei der in Fig. 3 dargestellten Ausführungsform für die Vorrichtung mit Halbleiterchip 1 und mikrofluidischem System 2 umfaßt das mikrofluidische System 2 mehrere Milcrokanalab- schnitte 30, 31.
Bei den Ausführungsformen gemäß den Fig. 4 und 5 sind die Anordnungen des Halbleiterchips 1 und des milcrofluidischen Systems 2 ähnlich zu den Fig. 2 bzw. 3. Es sind jedoch elektrische Leiterbahnen 40, 41 auf dem Spritzgießbauteil 7 aufgebracht, die zu Anschlüssen des Halbleiterchips 1 führen. Mit Hilfe der elektrischen Leiterbahnen 40, 41 können elelctri- sehe Signale in den Halbleiterchip 1 eingelcoppelt oder von diesem abgegriffen werden. Um die elektrischen Leiterbahnen 40, 41 auf dem Spritzgießbauteil 7 ausbilden zu können, ist das Spritzgießbauteil 7 in den Ausführungsformen nach den Fig. 4 und 5 bevorzugt aus einem MID-fähigen Kunststoff.
In Abweichung zu der Ausführungsform des Herstellungsverfahrens, wie es unter Bezugnah- me auf die Figuren 1A-1F erläutert wurde, kann bei der Herstellung der Ausführungsformen in den Figuren 2 bis 5 vorgesehen sein, in einem einzigen Spritzgießvorgang sowohl des mikrofluidische System 2 herzustellen als auch den Halbleiterchip 1 einzugießen, so daß er im Spritzgießbauteil 7 aufgenommen ist. Bei der Ausführungsform nach den Figuren 1A-1F erfolgte dies mit Hilfe von zwei Spritzgieß-Schritten. Die in der vorstehenden Beschreibung, den Ansprüchen und der Zeichnung offenbarten Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination für die Verwirklichung der Erfindung in ihren verschiedenen Ausfuhrungsformen von Bedeutung sein.

Claims

Ansprüche
1. Vorrichtung mit einem Halbleiterchip (1) und einem milcrofluidischen System (2), wobei der Halbleiterchip (1) in einem als Spritzgießbauteil (7) ausgebildeten Gehäuse aus Kunststoff klebemittelfrei gehalten wird und daß das mikrofluidische System (2) in dem Spritzgießbauteil (7) gebildet ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß an dem Spritzgießbauteil (7) elelctrische Leiterbahnen (10a, 10b; 40, 41) gebildet sind, die an Anschlüsse des Halbleiterchips (1) angeschlossen sind.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Spritzgießbauteil (7) aus einem geschäumten Kunststoff ist.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der geschäumte Kunststoff ein mikrozellular geschäumter Kunststoff ist.
5. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeich- n e t, daß der Kunststoff ein biokompatibler Kunststoff ist.
6. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß an dem Spritzgießbauteil (7) mindestens ein Fluidanschluß zum Einführen/Abführen eines Fluids in das/aus dem mikrofluidische(n) System (2) einstückig angeformt ist.
7. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Halbleiterchip (1) klebemittelfrei in einer Ausnehmung (8) in dem Spritzgießbauteil (7) gehalten wird.
8. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeich- n e t, daß in Bereichen, in denen sich äußere Oberflächenabschnitte des Halbleiterchips (1) und Oberflächenabschnitte des Spritzgießbauteils (7) gegenüberliegen, zumindest in Teilbereichen zwischen den äußeren Oberflächenabschnitten des Halbleiterchips (1) und den Oberflächenabschnitten des Spritzgießbauteils (7) ein flächiger Kontakt gebildet ist.
9. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeich- net, daß der Halbleiterchip (1) Alctormittel (20) zum Einstellen eines Betriebsparameters für ein Fluid in dem mikrofluidischen System (2) umfaßt.
10. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Halbleiterchip (1) Sensormittel (21) zum Erfassen einer Meßgröße für eine physikalische Eigenschaft eines Fluids in dem milcrofluidischen System (2) umfaßt.
11. Vorrichtung nach Anspruch 9 und 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Halbleiterchip (1) einen Regelkreis (22) umfaßt, um die Alctormittel (20) in Abhängigkeit von der Meßgröße einzustellen, die mit Hilfe der Sensormittel (21) erfaßt wird.
12. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeich- n e t, daß mit dem Halbleiterchip (1) ein Wandabschnitt eines Mikrokanals (9) des mikrofluidischen Systems (2) gebildet ist.
13. Verfahren zum Herstellen einer Vorrichtung mit einem Halbleiterchip (1) und einem mikrofluidischen System (2), wobei der Halbleiterchip (1) in einem als Spritzgießbauteil (7) ausgebildeten Gehäuse aus Kunststoff klebemittelfrei angeordnet wird und das mikrofluidische System (2) in dem Spritzgießbauteil (7) gebildet wird.
14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß an dem Spritzgießbauteil (7) elelctrische Leiterbahnen (10a, 10b; 40, 41) zum Ankoppeln an Anschlüsse des Halbleiterchips (1) gebildet werden.
15. Verfahren nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Kunststoff zum Ausbilden des Spritzgießbauteils (7) aufgeschäumt wird.
16. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch ge ennzeichnet, daß der Kunststoff mi- lcrozellular aufgeschäumt wird.
17. Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß als Kunststoff ein biokompatibler Kunststoff verwendet wird.
18. Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß an dem Spritzgießbauteil (7) mindestens ein fluider Anschluß zum Einführen/ Abführen eines Fluids in das/aus dem mikrofluidische(n) System (2) einstückig angeformt wird.
19. Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß der Halbleiterchip (1) klebemittelfrei in einer Ausnehmung (8) des Spritzgießbauteils (7) eingebracht und gehalten wird.
20. Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß in Bereichen, in denen sich äußere Oberflächenabschnitte des Halbleiterchips (1) und Oberflächenabschnitte des Spritzgießbauteils (7) gegenüberliegen, zumindest teilweise zwischen den äußeren Oberflächenabschnitten des Halbleiterchips (1) und den Oberflächenabschnitten des Spritzgießbauteils (7) ein flächiger Kontakt gebildet wird.
21. Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß mit Hilfe des Halbleiterchips (1) ein Wandabschnitt eines Milcrolcanals (9) des mikrofluidischen Systems (2) gebildet wird.
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