生物芯片封装结构的制作方法
【专利摘要】一种生物芯片封装结构，包括：生物芯片，所述生物芯片的上表面上具有感应区和环绕所述感应区的焊盘；空腔壁，位于感应区和焊盘之间的生物芯片的上表面上，空腔壁环绕所述感应区，在感应区上形成空腔；封盖层，位于空腔壁的顶部表面，封闭空腔的开口，所述封盖层中具有至少一个出口和进口，出口和进口与空腔相通；胶带层，位于封盖层的顶部表面，封闭所述出口和进口的一端开口；第三基板，第三基板上形成有电路，第三基板的上表面与生物芯片的下表面压合；引线，将生物芯片上的焊盘与第三基板上的电路电连接。本实用新型的封装结构感应区不会被污染或损伤。
【专利说明】生物芯片封装结构
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及封装技术，特别涉及一种生物芯片封装结构。
【背景技术】
[0002]近年来，随着基因工程的发展，已经确定了各种生物体的软色体组的核苷酸系列。为了获得生物样品的生物信息，各种生物芯片(比如:DNA芯片)也应运而生，生物芯片成为测试各种生物样品的过程中被广泛应用的工具。生物芯片的原理是利用参考材料和目标材料之间的生化反应，来判断目标材料的生物信息。
[0003]在实际的生产和使用中，为了防止生物芯片的被污染或损坏，需要对生物芯片进行封装，形成生物芯片封装结构，生物芯片封装结构为生化反应提供了内部的反应空间。
[0004]现有被广泛应用的生物芯片封装技术为传统的单颗芯片封装，即在芯片上形成若干生物芯片，然后将晶圆进行分割形成分立的单个芯片，接着对单个芯片一个一个的进行封装。可见，现有的生物芯片封装技术较为复杂，成本较高且效率很低。另外，在生物芯片的封装过程中，生物芯片是暴露在外部的环境中，极易对生物芯片造成损伤或污染。
实用新型内容
[0005]本实用新型解决的问题是怎样防止生物芯片的封装过程中的芯片污染。
[0006]为解决上述问题，本实用新型提供了一种生物芯片的封装结构，包括:生物芯片，所述生物芯片的上表面上具有感应区和环绕所述感应区的焊盘；空腔壁，位于感应区和焊盘之间的生物芯片的上表面上，空腔壁环绕所述感应区，在感应区上形成空腔；封盖层，位于空腔壁的顶部表面，封闭空腔的开口，所述封盖层中具有至少一个出口和进口，出口和进口与空腔相通；胶带层，位于封盖层的顶部表面，封闭所述出口和进口的一端开口 ；第三基板，第三基板上形成有电路，第三基板的上表面与生物芯片的下表面贴合；引线，将生物芯片上的焊盘与第三基板上的电路电连接。
[0007]可选的，所述空腔壁的材料为高分子有机材料。
[0008]可选的，所述高分子有机材料为环氧树脂、聚酰亚胺、苯并环丁烯或聚苯并恶唑。
[0009]可选的，所述封盖层的材料为玻璃、硅或陶瓷。
[0010]可选的，所述胶带层为UV解胶胶带或热解胶胶带。
[0011]可选的，每个封装结构中，所述生物芯片的数量为多个。
[0012]可选的，所述胶带层上还具有保护层。
[0013]可选的，所述保护层的材料为光刻胶。
[0014]与现有技术相比，本实用新型的技术方案具有以下优点:
[0015]本实用新型生物芯片的封装结构包括空腔壁、封盖层和胶带层，所述空腔壁环绕所述感应区，封盖层位于空腔壁的顶部表面，封闭空腔的开口，所述封盖层中具有至少一个出口和进口，出口和进口与空腔相通，胶带层位于封盖层的顶部表面，封闭所述出口和进口的一端开口，通过空腔壁、封盖层和胶带层将生物芯片的感应区密封，防止生物芯片的感应区受到污染或损伤，保证生物芯片的检测灵敏度，提高了封装结构的稳定性和可靠性。
[0016]进一步，在所述胶带层上具有保护层，所述保护层能防止胶带层的损伤。
【专利附图】
【附图说明】
[0017]图1?图10为本实用新型实施例生物芯片的封装过程的结构示意图。
【具体实施方式】
[0018]正如【背景技术】所言，现有技术在对生物芯片进行封装时，制作工艺较为复杂，效率低，并且生物芯片容易被污染或损伤。
[0019]为此，本实用新型提供了一种生物芯片封装结构，通过空腔壁、封盖层和胶带层将生物芯片的感应区密封，防止生物芯片的感应区受到污染或损伤。
[0020]为使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本实用新型的具体实施例做详细的说明。在详述本实用新型实施例时，为便于说明，示意图会不依一般比例作局部放大，而且所述示意图只是示例，其在此不应限制本实用新型的保护范围。此外，在实际制作中应包含长度、宽度及深度的三维空间尺寸。
[0021]图1?图10为本实用新型实施例生物芯片的封装过程的结构示意图。
[0022]首先，请参考图1和图2，图2为图1沿切割线AB方向的剖面结构示意图，提供第一基板100，所述第一基板100的上表面形成有若干生物芯片，所述生物芯片包括感应区101和环绕所述感应区101的焊盘102。
[0023]本实施中，所述第一基板100可以为晶圆，第一基板100的材料可以为硅、硅锗、碳化硅等。所述第一基板100包括若干呈行列排列的芯片区域11和位于芯片区域11之间的切割道区域12，所述芯片区域11用于形成生物芯片，后续沿着切割道区域12对第一基板100进行切割形成若干个分立的晶粒，每一个晶粒对应形成一个生物芯片。
[0024]在本实用新型的其他实施例中，所述第一基板的材料还可以为玻璃、石英、陶瓷、尼龙膜或塑料膜等。
[0025]若干生物芯片形成在第一基板上，所述生物芯片可以用于基因表达谱、极易分型、突变或多态(如单核苷酸多态性)的检测，所述生物芯片也可以用于蛋白质或缩氨酸的分析，所述生物芯片还可以用于潜在药物的筛选、以及新药物的研发和制备中的检测等。
[0026]每个生物芯片包括设置在芯片区域11上的感应区101和连接到感应区101的焊盘102 (或探针)，所述感应区101与焊盘102可以直接连接，也可以通过两者之间的互连结构连接。在具体的实施例中，感应区101可以在杂交分析中抗水解且基板稳定的材料制成，例如:可由当与PH值为6?9的磷酸盐或缓冲剂接触是基板稳定的材料制成。在具体的实施例中，所述感应区101可以包括:氧化硅层，如等离子体增强的TEOS层、高密度等离子体氧化物层或热氧化层等；硅酸盐层，如硅酸铪层或硅酸锆层等；金属氧化物层层，如氧化钛层、氧化铝层、氧化铝层、氧化铪层、或氧化铟锡层等；聚酰亚胺；聚胺；金属，如金、银或钯等；或聚合物，如聚苯乙烯、聚丙烯酸酯或聚乙烯等。所述焊盘102的类型可以根据待测试的生物样本的种类和测试的项目进行改变。
[0027]每个芯片区域11上的感应区101或焊盘102的数量可以为一个或多个，以满足不
同应用的需求。[0028]在本实施例中，所述感应区101位于芯片区域11的中间位置，所述焊盘102位于芯片区域11的边缘位置。在其他实施例中，所述焊盘和感应区的位置也可以根据布线要求灵活调整。
[0029]在本实施例中，不同芯片区域11的焊盘102独立设置。在其他实施例中，相邻芯片区域的焊盘相连接，即所述焊盘跨越切割道区域，由于切割道区域在封装完成后会被切割开，所述跨越切割道区域的焊盘被切割开，因此不会影响任意一个生物芯片的性能。
[0030]接着，参考图3，提供第二基板200，所述第二基板200中形成有若干进口 21和出口 22 ;在第二基板200的上表面形成胶带膜202，胶带膜202封闭出口 21和进口 22的一端开口。
[0031]所述第二基板200的材料可以为玻璃、硅或陶瓷等。可以通过激光打孔或半导体制程中的刻蚀工艺在第二基板200中形成出口 21和进口 22。
[0032]所述第二基板200可以为透明或不透明的，当对待检测生物样品的数据分析(例如杂交分析)是利用可见光和/或UV光的荧光材料检测方法时，所述第二基板200为透光的，具体的，所述第二基板200的材料可以为钠钙玻璃。
[0033]后续将第二基板200与第一基板压合，并通过切割第二基板形成封盖层，封盖层用于封闭感应区上的空腔，以保护生物芯片的感应区并形成反应腔的通道。所述出口 21和进口 22与后续感应区上形成的空腔(或反应腔)相通，出口 21和进口 22用于将流体(如生物样品、洗涤溶液或氮气等)引入到后续形成的空腔中或者从空腔中的去除流体(如生物样品、洗涤溶液或氮气等)。所述出口 21和进口 22的数量至少为I个，在具体的实施例中，可以只设置一个出口 21和一个进口 22 ;也可以设置一个进口 22，多个出口 21 ;也可以设置多个进口 22，一个出口 21 ;也可以设置多个进口 22，多个出口 21。
[0034]在第二基板200中形成出口 21和进口 22后，在所述第二基板200的上表面形成胶带膜202，所述胶带膜202用于封闭出口 21和进口 22 —端的开口，防止感应区上的空腔与外部环境的接触，后续在切割和刻蚀焊盘上的第二基板200和粘合层时，可以防止感应区通过空腔和出口 21和进口 22暴露在外部环境中，防止感应区被污染或损伤。
[0035]所述胶带膜202可以为UV解胶胶带或热解胶胶带或其他合适的材料，所述胶带膜202可以通过直接粘贴、滚胶、压膜等方式形成在第二基板200的上表面。本实施例中，胶带膜202在封装的过程中保护感应区不被污染或损伤，在形成生物芯片封装结构后，所述胶带膜202可以通过UV光照射或者加热的方式很方便的揭除，以露出出口 21和进口 22，胶带膜202可以很方便的形成，并且极易揭除，胶带膜202的形成过程和揭除过程都不会对感应区造成污染或损伤。
[0036]在本实用新型的其他实施例中，还可以在所述胶带膜上形成保护膜，后续采用切割去除相邻空腔之间的保护膜、胶带膜、第二基板和部分厚度的粘合层，形成环绕所述感应区的空腔壁、位于空腔壁顶部表面封闭空腔的封盖层、以及位于封盖层的上表面封闭出口和进口的一端开口的胶带层、以及位于胶带层上的保护层，所述保护层能在采用等离子干法去胶工艺去除焊盘上剩余的粘合层材料，暴露出焊盘的表面时，保护封盖层上的胶带层不会受到损伤。
[0037]所述保护膜的材料可以为光刻胶，保护膜的形成工艺为旋涂工艺、喷涂工艺或贴膜工艺，保护膜的形成工艺简单并且不会对胶带膜造成损伤。在本实用新型的其他实施例中，所述保护膜还可以为其他合适的材料和形成工艺。
[0038]接着，请参考图4，在第二基板200的下表面上形成粘合层205，所述粘合层205中的具有若干空腔201，每个空腔201的暴露出第二基板200中形成的至少一个出口 21和进Π 22。
[0039]所述粘合层205用于将第一基板100 (请参考图2)和第二基板200粘合在一起，所述空腔201作为生物芯片的反应腔室。
[0040]形成所述粘合层205的工艺为网板印刷，其过程为:首先将带有若干开口的网板贴合第二基板200的下表面，开口的位置与第二基板200的下表面上形成的粘合层205的位置对应；在网板的开口内填充粘合层材料；移除网板，在第二基板200的下表面上形成粘合层205，在粘合层205中形成空腔201。在本实用新型的其他实施例中，也可以通过光刻工艺形成所述粘合层205和空腔201，具体过程为采用干膜或湿膜工艺在第二基板的下表面上形成粘合层，然后对粘合层进行光刻工艺(包括曝光和显影)，在粘合层中形成空腔。
[0041]所述粘合层205的材料为高分子有机材料，所述高分子有机材料为环氧树脂、聚酰亚胺、苯并环丁烯或聚苯并恶唑等，本实施例中，所述粘合层205的材料为环氧树脂。
[0042]在本实用新型的其他实施例中，请参考图5和图6，图5为图6的部分结构的俯视结构示意图，在第二基板200中形成至少一个出口 21和进口 22后，然后形成覆盖所述第二基板200上表面的胶带层202，所述胶带层202封闭所述出口 21和进口 22的一端开口，接着，在第二基板200的下表面上形成粘合层205，所述粘合层205中的具有空腔201，空腔201的底部暴露出第二基板200中形成的至少一个出口 21和进口 22，所述空腔201的相对的两侧壁上还分别具有向空腔201内延伸的第一延伸壁207和第二延伸壁208，第一延伸壁207和第二延伸壁208相互平行，第一延伸壁207或第二延伸壁208的延伸端与相对的侧壁不接触，第一延伸壁207的延伸端与第二延伸壁208的延伸端部分区域C重叠，所述出口 21和进口 22分别位于第一延伸壁207和第二延伸壁208两侧剩余的空腔201上方的第二基板200中。第一延伸壁207和第二延伸壁208在采用网板印刷或光刻工艺形成粘合层205和空腔201时同时形成，本实用新型实施例中，通过在空腔201的侧壁形成向空腔201内延伸的第一延伸壁207和第二延伸壁208，第一延伸壁207和第二延伸壁208将空腔201划分为“S”型的区域，后续将第二基板200的下表面与第一基板的上表面通过粘合层205压合时，使感应区位于空腔201内，空腔201内的第一延伸壁207和第二延伸壁208压合在部分感应区上，第一延伸壁207和第二延伸壁208将感应区也划分为“S”型的区域，当从进口 22向空腔201内引入流体(如生物样品、洗涤溶液或氮气等)后，流体沿感应区的“S”型的区域流动，并可以从出口 21吸出，因此通过形成第一延伸壁207和第二延伸壁208限定了流体在感应区上流动的路径，有利于提闻生物芯片检测的灵敏度。
[0043]在本实用新型的其他实施例中，所述第一延伸壁207和第二延伸壁208的数量可以为多个，多个第一延伸壁207和第二延伸壁208交替的分布在空腔201的相对的侧壁上。
[0044]在本实用新型的其他实施例中，所述第一延伸壁207和第二延伸壁208可以采用其他的分布或排布方式。
[0045]参考图7,将第二基板200的下表面与第一基板100的上表面通过粘合层205压合，使感应区101位于空腔201内。
[0046]通过粘合层205、第二基板200和胶带膜202将生物芯片的感应区101与外部环境隔离，第一基板100与第二基板200可以通过粘合层205直接压合，压合过程不存在溶液或腐蚀性气体等，不会对感应区101造成污染或损伤，并在在后续的封装过程中，感应区101与外部环境隔离(或者完全封闭)，也不会受到污染或损伤。
[0047]然后，请参考图8，切割去除焊盘102和切割道区域12上(或者相邻空腔201之间的第一基板100上)的胶带膜202 (参考图7)、第二基板200和部分厚度的粘合层205，形成环绕所述感应区101的空腔壁204、位于空腔壁204顶部表面封闭空腔201的封盖层206、以及位于封盖层206的上表面封闭出口 21和进口 22的一端开口的胶带层203。
[0048]切割所述胶带膜202、第二基板200和部分厚度的粘合层205采用刀片切割工艺，相比于干法或湿法刻蚀工艺，采用刀片切割工艺效率高、工艺简单、污染小、采用切割工艺温度低不会破坏感应区的活性和检测灵敏度，并且采用刀片切割无需根据待刻蚀材料选择刻蚀气体或刻蚀溶液，采用刀片切割工艺也无需形成掩膜层，可以防止在形成掩膜层和去除掩膜层时对感应区101的损伤或污染。本实施例中，采用刀片对胶带膜202和部分厚度的第二基板200进行切割。
[0049]本实施例中，在切割完成后，相邻空腔201之间的第一基板100 (或者焊盘102和切割道区域12上)上剩余部分厚度的粘合层205材料，防止切割过程中的过切割对焊盘102造成损伤，后续可以通过等离子体干法去胶工艺或激光去胶工艺去除相邻空腔201之间的第一基板100上剩余的粘合层205材料。
[0050]本实施例中，相邻空腔201之间(或者焊盘102和切割道区域12上)的第一基板100上剩余粘合层205的厚度小于20微米，减小了后续刻蚀工艺的负担，以减小刻蚀过程中对空腔壁204刻蚀以及空腔壁204底部的粘合层205的刻蚀。
[0051]接着，请参考图9，刻蚀焊盘102和切割道区域12上(或者相邻空腔201之间的第一基板100上)上剩余的粘合层205材料(参考图8)，暴露出焊盘102的表面和第一基板100的切割道区域11的表面。
[0052]刻蚀剩余的粘合层205材料采用各向异性的等离子体干法去胶工艺，所述等离子体干法去胶工艺采用的气体为氧气，氧气在射频功率的作用下形成等离子体，等离子体对第一基板100上剩余的粘合层205材料进行刻蚀。由于空腔壁204、焊盘102和胶带层203的材料相对于粘合层205的材料不相同，干法去胶过程中，对胶带层203和空腔壁204的刻蚀量较小，并且对焊盘102的损伤较小。刻蚀过程中，由于空腔壁204、胶带层203和粘合层205的保护，感应区101不会受到损伤或污染。
[0053]在本实用新型的其他实施例中，也可以采用激光去胶工艺去除刻蚀焊盘102和切割道区域12上剩余的粘合层205材料(参考图8)，暴露出焊盘102的表面和第一基板100的切割道区域11的表面。
[0054]激光去胶工艺是将强激光作为热源对粘合层205材料进行加热，使得粘合层205材料快速升温，激光照射区域的粘合层205材料发生气化，所述气化可以为直接物理气化或者化学反应气化。具体的，激光刻蚀去除焊盘102上剩余的粘合层205材料的过程为:激光头发射的激光聚焦在焊盘102上的剩余的粘合层205材料中；激光头相对于第一基底100来回运动，去除焊盘102上剩余的粘合层205材料，暴露出焊盘102的表面。采用激光刻蚀无需形成掩膜就可以选择性的去除焊盘上的粘合层205材料，不会对胶带层203和空腔壁204带来损伤，保证胶带层203和空腔壁204的完整性，以更好的在后续的封装过程中保护感应区101不会被损伤或沾污，并且，采用激光去胶工艺时，激光产生的热量只会积聚在焊盘102上的粘合层205中，感应区101不会受到激光去胶时的热量影响，因而整个激光去胶过程为低温过程，不会对感应区的检测灵敏度产生影响，另外激光刻蚀为非接触刻蚀，反应副产物为气态，污染小。
[0055]所述激光去胶工艺分为多次激光刻蚀，每次激光刻蚀去除部分厚度的剩余的粘合层205材料，直至暴露出焊盘102的表面，以达到较好的去除效果，干净的去除焊盘102上的第二基板200材料。
[0056]激光去胶工艺中的激光刻蚀为多次时，每一次激光刻蚀的功率相同或不相同。本实施例中，所述激光刻蚀的次数至少包括第一次激光刻蚀和第二次激光刻蚀，第一次激光刻蚀去除部分厚度的粘合层材料，形成凹槽，第二次激光刻蚀去除凹槽底部剩余的粘合层材料，形成暴露出焊盘表面的开口，第一激光刻蚀时的激光的功率大于第二次激光刻蚀时的激光功率，在干净的去除焊盘上的粘合层材料的同时，减小了对焊盘的损伤。第一激光刻蚀时去除的粘合层材料的厚度大于第二激光刻蚀时去除的粘合层材料的厚度，提高去除粘合层材料时的效率。
[0057]最后，请参考图10，沿切割道区域12将第一基板100 (参考图9)进行分割(或切割相邻焊盘102之间的第一基板100)，形成单个的生物芯片106 ;将生物芯片106的下表面与第三基板300的上表面贴合；将生物芯片106上的焊盘102与第三基板300上的电路(图中未示出)通过引线301电连接，从而形成生物芯片的封装结构104。
[0058]对第一基板100的分割工艺，第一基板100和第三基板300的贴合工艺，以及引线键合形成引线301的工艺请参考现有的工艺，在此不再赘述。
[0059]本实用新型实施例还提供了一种上述封装方法形成的生物芯片封装结构，请参考图10，包括:
[0060]生物芯片106，所述生物芯片106上表面上具有感应区101和环绕所述感应区101的焊盘102 ；
[0061]空腔壁204，位于感应区101和焊盘102之间的生物芯片106上表面上，空腔壁204环绕所述感应区101，在感应区101上形成空腔201 ；
[0062]封盖层206，位于空腔壁204的顶部表面，封闭空腔201的开口，所述封盖层206中具有至少一个出口 21和进口 22，出口 21和进口 22与空腔201相通；
[0063]胶带层203，位于封盖层206的顶部表面，封闭所述出口 21和进口 22的一端开口 ；
[0064]第三基板300，第三基板300上形成有电路(图中未示出)，第三基板300的上表面与生物芯片106的下表面贴合；
[0065]引线301，将生物芯片106上的焊盘102与第三基板300上的电路电连接。
[0066]具体的，所述空腔壁204的材料为高分子有机材料，所述高分子有机材料为环氧树脂、聚酰亚胺、苯并环丁烯或聚苯并恶唑等。
[0067]所述封盖层206的材料为玻璃、硅或陶瓷。
[0068]所述胶带层203可以为UV解胶胶带或热解胶胶带或其他合适的胶带材料。
[0069]每个封装结构104中，所述生物芯片106的数量可以为多个。
[0070]所述胶带层203上还具有保护层(图中未示出)，所述保护层的材料为光刻胶或其他合适的材料。[0071]综上，本实用新型实施例的生物芯片封装结构，通过空腔壁、封盖层和胶带层的将感应区密封，防止感应区裸露在外，从而在生物芯片的封装过程中，保护生物芯片，防止感应区受到污染或损伤。
[0072]虽然本实用新型披露如上，但本实用新型并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本实用新型的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本实用新型的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。
【权利要求】
1.一种生物芯片的封装结构，其特征在于，包括: 生物芯片，所述生物芯片的上表面上感应区和环绕所述感应区的焊盘； 空腔壁，位于感应区和焊盘之间的生物芯片的上表面上，空腔壁环绕所述感应区，在感应区上形成空腔； 封盖层，位于空腔壁的顶部表面，封闭空腔的开口，所述封盖层中具有至少一个出口和进口，出口和进口与空腔相通； 胶带层，位于封盖层的顶部表面，封闭所述出口和进口的一端开口 ； 第三基板，第三基板上形成有电路，第三基板的上表面与生物芯片的下表面贴合； 引线，将生物芯片上的焊盘与第三基板上的电路电连接。
2.如权利要求1所述的生物芯片的封装结构，其特征在于，所述空腔壁的材料为高分子有机材料。
3.如权利要求2所述的生物芯片的封装结构，其特征在于，所述高分子有机材料为环氧树脂、聚酰亚胺、苯并环丁烯或聚苯并恶唑。
4.如权利要求1所述的生物芯片的封装结构，其特征在于，所述封盖层的材料为玻璃、硅或陶瓷。
5.如权利要求1所述的生物芯片的封装结构，其特征在于，所述胶带层为UV解胶胶带或热解胶胶带。
6.如权利要求1所述的生物芯片的封装结构，其特征在于，每个封装结构中，所述生物芯片的数量为多个。
7.如权利要求1所述的生物芯片的封装结构，其特征在于，所述胶带层上还具有保护层。
8.如权利要求7所述的生物芯片的封装结构，其特征在于，所述保护层的材料为光刻胶。
【文档编号】C12M1/00GK203668360SQ201320735611
【公开日】2014年6月25日 申请日期:2013年11月19日 优先权日:2013年11月19日
【发明者】王之奇, 喻琼, 王蔚 申请人:苏州晶方半导体科技股份有限公司