专利名称：液体浸入传感器的制作方法
技术领域：
本发明涉及ー种液体浸入传感器，包括承载导电感测元件的基板。本发明还涉及ー种包括这种液体浸入传感器的集成电路。本发明还涉及ー种包括这种集成电路的电子设备。
背景技术：
如今，集成电路(IC)可以包括湿敏传感器，湿敏传感器包括在IC中，以确定如已经返回其制造厂商的故障IC是否由于暴露至湿气，如浸水事件，而已经损坏，或者确定IC本身是否存在故障。确定引起故障的外部影响对于确定将IC或包括该IC的电子装置返回的消费者是否有权利对该装置要求保修主张来说可能是至关重要的，因为诸如前述浸水事 件之类的误用通常使保修无效。US 4，057，823公开了ー种用于相対湿度监测的结构，其可以构建在集成电路芯片中。通过阳极浸蚀法使硅芯片上的一小片区域成为多孔的。随后氧化该区域，并且在该多孔区域的一部分上沉积金属对电极(counter electrode)。由于对电极下的电介质中相对大的表面积和该结构的开放性，环境湿气会快速地扩散到电极下面的电介质中并吸附在ニ氧化硅表面上，以便通过该装置的电容或电导的可测量变化来反映环境湿度的变化。这种湿敏传感器的缺陷在于，为了确定从现场返回的电子设备是否已经经受过度湿气，必须在电子设备的使用寿命期间连续监测传感器，并将其測量结果或者至少将超过预定阈值的测量结果存储以供随后读取。这是因为吸附的湿气可以从多孔区域逐步释放，这意味着在较长时间段之后不再能够进行精确的湿气检测。然而连续监测是不实际的解决方案，而且这不能用在无源组件中。
发明内容
本发明寻求提供ー种1C，其暴露于水的事件不必在实际暴露期间进行检测。根据本发明的第一方面，提供了 ー种液体浸入传感器，包括基板，承载导电感测元件以及用于腐蚀导电感测元件的腐蚀剂，所述腐蚀剂邻近导电感测元件固定设置，并且可溶于所述液体。因此，仅当腐蚀剂浸入在液体(例如水)中时导电感测元件才暴露在腐蚀剂下，液体释放溶解形式的腐蚀剂，这使腐蚀剂与导电感测元件接触。腐蚀导致对导电感测元件的永久损坏，使得实际暴露可以在随后检测，这使得本发明的液体浸入传感器特别适合于在无源组件(例如RF ID标签，仅在置于兼容电磁场中时被激活)中使用。另外，提供固定形式的腐蚀剂防止导电感测元件在高湿度环境下的不期望腐蚀，这是由于在这种条件下不会(显著)释放腐蚀剂。这里，这降低了这种传感器的错误肯定读出风险，即，浸入事件的错误假定。在本申请的上下文中应当指出，“可溶/可溶解”意在包括在液体中溶解的腐蚀剂以及在液体中悬浮的腐蚀剂。优选地，液体浸入传感器集成在集成电路(IC)中，其中基板是半导体基板。例如这允许对包括这种IC的电子设备的浸入事件进行可靠检测。这样的可靠检测例如对于移动电子设备(例如，移动通信设备、便携式计算机、个人数字助理等)尤其有意义，其中这种浸入事件的检测与确定保修资格有夫。在实施例中，导电感测元件包括在相对接触端子之间延伸的导电部分。这有助于简单地通过测量导电部分的电參数(例如，电阻或阻抗、电导率、电容等)来直接检测浸入事件，因为该參数典型地受腐蚀事件的影响。腐蚀剂可以置于壁区域中，以保护导电感测元件不暴露在非浸入条件(例如，在包括固定腐蚀剂的基板区域上出现凝结期间)下释放的少量腐蚀剂下。壁防止少量溶解的腐蚀剂流向导电感测元件。在实施例中，导电感测元件包括多个分别连接至导线的键合焊盘。这允许导电感测元件至外部端子的导电连接，例如IC封装的连接。备选地，至少ー些所述导线连接相应的键合焊盘，使得可以通过这种键合焊盘之间的线的腐蚀(例如，损坏)来检测浸入事件。
基板可以包括从腐蚀剂延伸到导电感测元件的沟槽，使得可以更高效地向着导电感测元件弓I导释放的腐蚀剂。当被集成到IC中时，该IC还可以包括到电路元件的导电连接，其中导电连接与腐蚀剂空间分离，使得腐蚀剂溶解在液体中时，保护导电连接不暴露在腐蚀剂下。可以通过在腐蚀剂与导电连接之间提供阻挡结构来改进这样的保护。集成电路还可以包括导电连接至导电感测元件的測量电路以测量导电感测元件的电參数。在实施例中，測量电路适于将测量的电參数与參考值相比较。
參照附图通过非限制示例更详细描述本发明的实施例，在附图中图1-7示意性示出了本发明的液体浸入传感器的各个实施例。
具体实施例方式应当理解，附图仅是示意性的，却并未按比例示出。还应当理解，贯穿附图使用相同附图标记来表示相同或类似的部件。在图I中，示出了根据本发明的液体浸入传感器的实施例。基板10(可以是任何适合的基板，优选地是半导体基板，更优选地是硅基板)设有导电感测元件20，导电感测元件20包括接触端子如键合焊盘22，在接触端子之间设置导电部分24，诸如金属或易受腐蚀的其他导电材料(例如，多晶硅)的带或条。在本发明的上下文中，腐蚀是由于电化学行为引起的金属劣化，以下将更较详细地说明。在未受腐蚀状态下，导电部分24的电參数将指示该未受腐蚀状态。这样的參数因此可以被视为导电部分24的已知良好状态的參考參数。可以测量任何适合的电參数。例如，可以测量端子22之间导电部分24的电阻或阻杭。这可以以任何合适方式来測量，例如，在电压或电流域中测量。腐蚀剂30可以以任何适合方式固定在基板10上。例如，可以使用液溶性粘合剂(例如水溶性粘合剤)将腐蚀剂30以固态或干燥形式粘附至基板10。备选地，腐蚀剂30可以置于完全水溶性或部分水溶性(例如，具有水溶性盖)的容器(未示出)中，使得腐蚀剂可以通过其容器的(部分)溶解而释放。适合的水溶性材料的非限制示例包括水溶性聚合物，例如，PVA(聚乙烯醇)聚乙烯吡咯烷酮、明胶、羟丙基甲基纤维素、羟甲基乙基纤维素、羟丙基纤维素、以及聚氧化乙烯。本领域技术人员清楚其他适合的材料。在本发明的上下文中，短语“固定”意味着固定到基板上或者通过保持结构容纳在基板上。换言之，该术语应当是指，在正常使用时腐蚀剂不能在基板上自由移动，直到因液体浸入传感器暴露于感兴趣液体(对于大多数应用领域应当是水)而被释放。无论如何，应当理解本发明的原理可以应用于针对任何类型液体的浸入传感器。在图I的辅助下说明本发明的液体浸入传感器的一般原理。在液体浸入传感器浸入到例如通过溶解腐蚀剂30和/或其容器(在腐蚀剂30通过容器固定的情况下)而能够释放腐蚀剂30的液体中时，腐蚀剂30以溶解形式30’流向导电感测元件20，特别是导电部分24。如上所述，腐蚀是由于电化学行为而引起的金属劣化。腐蚀过程的发生需要四个部件-阳极，即导电部分24;-阴极，即腐蚀剂30;-电解质，即溶解阴极的液体；-阳极与阴极之间的电连接，即电解质与阳极建立物理接触。使用术语“阳极”和“阴极”是有意为之的，因为需要两种材料之间存在电势差，即，阳极更倾向于失去电子，而阴极更倾向于获得电子。该电势差的存在是腐蚀的主驱动力。因此，一般而言，只要存在所需的电势差，就可以选择阳极和阴极材料的任何组合，并且阴极材料可溶解或者至少是可悬浮于感兴趣液体中。优选地，从按腐蚀能力降序排列的以下金属列表中选择导电部分24 :Mg、Zn、Al、Cd、Pd、Tin、Ni、Cu、Si、Au和Pt。更优选地，使用在半导体工艺中常规使用的金属，例如，Al、Cu、Ti、Ta、W及其合金,因为这意味着可以在无需增加半导体制造工艺复杂度的情况下实现液体浸入传感器。可以从贵金属、高含氧量材料、以及非金属成分的组中选择腐蚀剂30的适合候选。例如，Al的化学腐蚀可以由管芯表面上污染物的存在来触发。例如，已知在半导体工艺中，晶片制造期间诸如P、S和Cl等腐蚀性污染物的不完全清洗或过量使用可以使半导体管芯上的铝结构极易受到这些污染物的腐蚀。因此，适合的腐蚀剂30的非限制示例可以包括氯化物盐，氯化物盐与水接触会产生高腐蚀性媒质。加速腐蚀的其他污染物包括含溴化物、碘化物、和氰化物盐离子。如上所述，腐蚀剂30还可以是会溶解在水中的O2源，或者可以是酸性媒质。备选地，腐蚀剂30可以是支持电化腐蚀的贵金属，例如P或Au。如图I的箭头所示，在溶解的腐蚀剂30’与导电部分24物理接触时，导电部分24在该接触区域处腐蚀。由于腐蚀过程改变了导电部分24的导电材料的电参数，例如，增加了其阻抗，可以通过经由连接端子22测量导电部分24的电参数，来简单确定液体浸入传感器暴露于液体下。在测量的电参数与其参考值(显著)偏离的情况下，已经确认了导电部分24的(部分)腐蚀，因此指示了液体浸入传感器曾浸入在液体中，这是由于确认的腐蚀、指示已经释放了腐蚀剂。这样的测量可以以任何适合的方式来进行。例如，在液体浸入传感器集成到IC中的情况下，IC可以包括连接至端子22用于测量导电部分24的电参数的测量电路。IC可以包含一些形式的存储器，在这些存储器中存储了参考值，其中测量电路适于如上所述对导电部分24的测量电参数与其参考值执行比较。备选地，端子22可以连接至例如液体浸入传感器的封装(例如，包含这种传感器的封装IC)的外部端子，在这种情况下，可以经由所述外部端子在外部执行测量。可选地，腐蚀剂30可以被壁结构40围绕，提供壁结构40以防止或者至少降低凝结液滴从腐蚀剂30的区域移动到导电部分24。优选地，壁结构40是非腐蚀结构。例如，壁结构的适合材料包括Si02、SiN, SiC、SiCN、Si和有机聚合物。典型地，围绕壁40具有不超过几个液滴的高度，使得在凝结期间(例如，在高湿度、条件中)形成的液滴不能容易从壁结构40逸出，而在浸入事件中，典型地浸入液体浸入传感器的液体的体积是使得可以认为壁结构40的高度是可忽略的。因此，有利地，这样的壁结构40可以用于极大地防止非浸入事件(例如上述湿度条件)引起腐蚀剂30释放期间导电部分24的腐蚀。可以在从几百纳米到几微米的范围(例如，IOO-IOOOnm)内选择壁结构的高度。壁结构40可以具有与导电部分24相同的高度，这是由于这可以简化液体浸入传感器的后续工艺步骤。图2示出了本发明的备选实施例，其中在基板10中形成沟槽或沟道50以将溶解的腐蚀剂30从其原始位置引导到导电部分24。这具有更高效地将溶解的腐蚀剂30传送至导电部分24的优点。这不仅会加速导电部分24的腐蚀，而且还降低了溶解的腐蚀剂30溢到基板的不期望部分(例如，没有被设计为用作腐蚀感测元件的其他腐蚀敏感区域)的风险。在图I和2中，导电部分24采用了基板10上安装的导电条的形状。然而，这种导电部分的其他实施例是同样可行的。例如，导电部分不需要与基板10物理接触。在图3所示的实施例中，液体浸入传感器包括键合焊盘22与外部端子(未示出)(例如，IC封装中的外部端子)之间的多个线形导电部分24。在释放腐蚀剂30时，如图4中虚线所示，至少一些线24被腐蚀，使得改变焊盘22和线24所形成的导电感测元件20的电参数。在实施例中，选择线24的粗细，使得在线24暴露在溶解的腐蚀剂30下时，暴露的线的导电路径被损坏，使得线有效地用作腐蚀敏感熔丝。在备选实施例中，如图5所示，线24连接在基板10上的两个键合焊盘22之间，这些焊盘导电连接至另一电路(未示出)(例如前述用于测量线24的电参数的测量电路)，以检测线24暴露于腐蚀剂30下。图6示出了本发明的另一实施例，其中多个接触端子22 (例如键合焊盘)和导电部分24(例如，线)的分布方式使得它们围绕固定的腐蚀剂30。这具有以下优点至少一个导电部分24可能被腐蚀，因为不管浸入事件之后溶解的腐蚀剂沿着哪一方向流动，这种流动也会遇到至少一个导电部分24。因此，获得具有改进可靠性的液体浸入传感器。单独的接触端子22和导电部分24对可以形成分离的多个液体浸入传感器的一部分，或者可以是单个液体浸入传感器的分离部分。如上所述，液体浸入传感器可以集成到IC上，IC典型地包括用于将键合焊盘连接至例如引线框封装的其他导电连接(例如，金属化层和线)。在这样的实施例中，这样的其他导电连接优选地应当与腐蚀剂30间隔足够远，使得在浸入事件之后，避免或者至少限制对其他导电连接的腐蚀损害。在图7所示的实施例中，导电感测元件20和固定的腐蚀剂30置于单独的隔间70中，隔间70用作腐蚀剂30与IC的其他导电连接60之间的阻挡结构。其他阻挡结构是可行的，并且本领域技术人员经清楚这些阻挡结构。 应注意，上述实施例说明而非限制本发明，在不背离所附权利要求范围的前提下，本领域技术人员将能够设计出许多备选实施例。在权利要求中，括号之间的任何附图标记不应构成对权利要求的限制。词语“包括”不排除权利要求所陈述的元件或步骤以外的其他元件或步骤的存在。元件之前的词语“一(个)”不排除存在多个这样的元件。可以利用包括若干不同元件的硬件来实现本发明。在列举了若干装置的设备权利要求中，这些装置 中的若干装置可以由同一硬件来实现。在互不相同的从属权利要求中阐述特定措施并不表示不能有利地使用这些措施的组合。
权利要求
1.ー种液体浸入传感器，包括基板(10)，基板承载导电感测元件(20)以及用于腐蚀导电感测元件的腐蚀剂(30)，所述腐蚀剂固定在导电感测元件附近，并且可溶于所述液体。
2.根据权利要求I所述的液体浸入传感器，其中，基板(10)是半导体基板。
3.根据权利要求I或2所述的液体浸入传感器，其中，导电感测元件(20)包括在相对接触端子(22)之间延伸的导电部分(24)。
4.根据任一前述权利要求所述的液体浸入传感器，其中，腐蚀剂(30)置于壁区域(40)中。
5.根据任一前述权利要求所述的液体浸入传感器，其中，导电感测元件(20)包括多个键合焊盘(22)，每ー键合焊盘均连接至导线(24)。
6.根据权利要求5所述的液体浸入传感器，其中，所述导线(24)中的至少ー些导线连接相应的键合焊盘(22)。
7.根据任一前述权利要求所述的液体浸入传感器，其中，基板(10)包括从腐蚀剂(30)延伸到导电感测元件(20)的沟槽(50)。
8.根据任一前述权利要求所述的液体浸入传感器，其中，腐蚀剂(30)是从包括氯化物、溴化物、碘化物和氰化物盐、氧产生化合物以及贵金属的组中选择的。
9.ー种集成电路，包括权利要求1-8中任一项所述的液体浸入传感器。
10.根据权利要求9所述的集成电路，还包括到电路元件的导电连接(60)，其中导电连接与腐蚀剂(30)空间分离，使得在腐蚀剂溶解在液体中时，防止导电连接暴露在腐蚀剂下。
11.根据权利要求10所述的集成电路，其中，通过腐蚀剂与导电连接之间的阻挡结构(70)来防止导电连接(60)暴露在腐蚀剂(30)下。
12.根据权利要求9-11中任一项所述的集成电路，还包括測量电路，导电耦合至导电感测元件，以测量导电感测元件的电參数。
13.根据权利要求12所述的集成电路，其中，測量电路适于将测量的电參数与參考值 相比较。
14.ー种电子设备，包括权利要求9-13中任一项所述的集成电路。
全文摘要
公开了一种液体浸入传感器，包括基板(10)，基板承载导电感测元件(20)以及用于腐蚀导电感测元件的腐蚀剂(30)，所述腐蚀剂固定在导电感测元件附近，并且可溶于所述液体。
文档编号G01N27/04GK102667459SQ201080056770
公开日2012年9月12日 申请日期2010年11月29日 优先权日2009年12月15日
发明者奥瑞利·休伯特, 尤里·维克多诺维奇·波诺马廖夫, 罗埃尔·达门, 马蒂亚斯·梅兹 申请人:Nxp股份有限公司