相关申请的交叉引用
[0001] 本申请要求2012年3月16日提交的美国
专利申请13/422,216的优先权，其全部内容在此通过引用并入本文中。
发明内容
[0002] 公开了用于对例如结合有压
力传递和
生物适合的材料的介电常数敏感器件进行屏蔽的技术。
附图说明
[0003] 图1示出具有介电常数屏蔽的生物可植入
传感器器件的第一
实施例。
[0004] 图2示出具有介电常数屏蔽的生物可植入传感器器件的第二实施例。
[0005] 图3示出具有介电常数屏蔽的生物可植入传感器器件的第三实施例。
具体实施方式
[0007] 固态器件的性能可能会受到该器件周围环境的介电常数中的改变的影响。如果在一种环境，例如在具有近似为1的相对介电常数的空气中对该器件进行校准，并然后使该器件在不同的环境，例如可具有大约80的相对介电常数的液态
水(水的相对介电常数作为
温度、
频率、
盐度等的函数极易变化)中进行操作，则来自该器件的输出可能是易误解的。在介电常数敏感器件的广泛的多种应用中，改变中的介电常数环境的影响可能是重要的，且特别是在电容性压力传感器在活的有
机体中使用时已经观察到这种影响。
[0008] 电容性压力传感器有时被用在难以进行重新校准的情形中，例如，在活的有机体中用于测量血压，以及在
汽车轮胎内部用于测量胎压。在此上下文中，避免必须重新校准传感器以解决介电常数环境中的改变是有用的。介电常数屏蔽可以使改变中的介电常数环境对固态器件的影响最小化，减小或消除重新校准的需要。
[0009] 任何对其环境的介电常数中的改变敏感的器件都有可能得益于介电常数屏蔽。
半导体器件，例如CMOS器件是已知的在特定情况下对环境介电常数中的改变敏感的器件。微
机电系统(MEMS)也可能对环境介电常数中的改变敏感。这种MEMS可被设计来用作传感器，包括电容性压力传感器，并且可以被形成在CMOS半导体器件上。
[0010] MEMS电容性压力传感器可以用在多种上下文中，以测量
流体的压力，例如测量血压或者测量轮胎内部的空气压力。为了测量血压，通常将例如通过将该器件密封在诸如
硅树脂的生物适合的材料中来使电容性压力传感器变得生物适合的。硅树脂满足为测量压力而长期植入所需的技术和生物学要求。硅树脂因为其生物适合性、长期
稳定性，以及将压力从其内表面传递到其外表面的能力而是一种近乎理想的材料。
[0011] 不过，硅树脂是生物适合的，部分原因在于其是多孔的。当硅树脂暴露于诸如血液的流体时，流体和/或水汽将渗透硅树脂。这种渗透将置换空气，或诸如此类浸没之前存在流体，从而改变周围环境的介电常数，并由此剧烈地改变电容性压力传感器读数。因此在浸入之后要求立即进行重新校准。此外，渗透过程有可能花费时间的很大变化量，使得电容性压力传感器读数可能在数小时、数天或数星期内连续改变。并且，由于渗透物质的成分可能随时间改变(例如，血
液化学性质、药物的浓度以及其它健康条件变化)，渗透对介电常数的影响有可能不可预知地变化。这种不可预知性要求在长时间段上警惕地监测传感器的校准。对于其它应用来说，可以优选不同的保护涂层，通常是塑料或其它非金属涂层，然而类似多孔的替换涂层将具有许多与硅树脂相同的优点和缺点。
[0012] 图1示出生物可植入传感器器件的一个实施例。在该实施例中，生物可植入传感器器件包括具有外表面2的半导体器件1。传感器3被形成在半导体器件1的外表面2上。第一金属
粘合剂层4粘附于半导体器件1的外表面2的一部分上。介电常数屏蔽层5
叠加在且粘附于第一金属粘合剂层4上，以便改善介电常数屏蔽与半导体器件1之间的
接触。第二金属粘合剂层6叠加在且粘附于介电常数屏蔽层5上。生物适合的最外部保护层7叠加在且粘附于第二金属粘合剂层6上，以便改善介电常数屏蔽5与保护层7之间的接触。这些层之间的强粘附防止保护层7(在生物学应用中通常为硅树脂)的局部层离，其嵌入硅树脂层的机械性质中的结果改变，以及随之发生的校准参数中的改变(即，压力传递函数的改变)。尽管图1示出第一金属粘合剂层4直接接触外表面2，但将理解的是，半导体器件的
电子元件将与施加于外部的任何金属
电隔离。通常，介电常数屏蔽层5将电连接到接地。
可替换地，介电常数屏蔽可以仅被施加到半导体器件1的一个表面，如图1中所示，或者可以叠加在半导体器件1的不止一侧上，乃至叠加在半导体器件1的所有侧面上。
[0013] 通常，如图1中所示，最外部保护层7将完全密封半导体器件1。金属粘合剂4，6以及介电常数屏蔽5通常将
覆盖器件1的除其上形成传感器3的表面部分以外的全部外表面2，但可替换地，其可以覆盖传感器3。使传感器3不被金属粘合剂4，6以及介电常数屏蔽5覆盖可以改善力向传感器的动力学传输，如果传感器3是电容性压力传感器，则这一点是特别重要的。
[0014] 图2示出可植入的生物适合的传感器器件的另一实施例。在该实施例中，第一生物适合的保护层14叠加在且粘附于半导体器件11的外表面12的一部分上。再次，传感器13被形成在外表面12上。第一金属粘合剂层15叠加在且粘附于第一生物适合的保护层14上。介电常数屏蔽层16叠加在且粘附于第一金属粘合剂层15上。第二金属粘合剂层17叠加在且粘接到介电常数屏蔽层16上。第二生物适合的最外部保护层18叠加在且粘附于第二金属粘合剂层17上。如同图1的实施例，金属粘合剂15，17以及介电常数屏蔽16通常将覆盖器件11的除其上形成传感器13的表面部分以外的全部外表面12，但可替换地，可以覆盖传感器13。
[0015] 图3示出可植入的生物适合的传感器器件的另一实施例，具有带有外表面22的半导体器件21，传感器23被形成在外表面22上，第一生物适合的保护层24叠加在且粘附于半导体器件21的外表面22的一部分上，第一金属粘合剂层25叠加在且粘附于第一生物适合的保护和压力传递层24上，介电常数屏蔽层26叠加在且粘附于第一金属粘合剂层25上，第二金属粘合剂层27叠加在且粘附于介电常数屏蔽层26上，以及第二生物适合的最外部保护层28叠加在且粘附于第二金属粘合剂层27上。该实施例与图2的实施例类似，但区别在于，介电常数屏蔽26，金属粘合剂25和27以及最外部保护和压力传递层28均将各层完全地密封在内。介电常数屏蔽26以及金属粘合剂25和27也叠加在传感器23上。
[0016] 传感器可以是形成在半导体表面上的微机电器件。半导体可以是CMOS器件。传感器可以是例如电容性压力传感器。
[0017] 第一和第二金属粘合剂层可以是相同的材料。该材料可以包括、或者基本上或完全由钨与
钛的
合金组成。介电常数屏蔽层可包括导电金属或金属合金。介电常数屏蔽可包括、基本上或完全由金组成。保护层可包括、基本上或完全由硅树脂组成。
[0018] 金属粘合剂或介电常数屏蔽或者两者都可以通过电
镀金属化、或溅射、或任何其它工艺来沉积，其中将金属或金属合金的薄层沉积在限定的预先确定的几何形状中。
[0019] 介电常数屏蔽至少起到两个作用。第一，
导电性(最好是高导电性)介电常数屏蔽将有助于使传感器附近的介电常数中的改变对传感器的影响最小化。导电性介电常数屏蔽可以充当部分
法拉第笼，减小介电常数环境中的改变具有的对于传感器中或周围的电
磁场的影响。这种屏蔽效果还保护了在器件内实现的全部电子
电路。
[0020] 第二，介电常数屏蔽可充当流体屏障，防止介电常数变更中的物质(例如血液)渗透到保护层的至少一部分。大约0.2到5微米的厚度被认为足以使金属性介电常数屏蔽层基本上变得水不能渗透。不过，为了使该屏障对于其它流体不能渗透，可能要求更大或更小的厚度。通过使保护层与流体隔离，流体不能渗透的介电常数屏障在传感器周围创建了一个区域，其中介电常数环境被维持并且不变更。此外，可以是有利的是，不仅直接在传感器周围的区域，而且全部
电子电路都应当针对改变中的介电常数受到保护，因为改变中的介电常数还有可能引起电子电路中的改变，并因此可能导致改变器件的校准数据。保护层的无流体区域可以是0.3到2毫米厚，这取决于所考虑的流体的介电常数特性。
[0021] 在其中介电常数屏蔽叠加在传感器上的实施例中，如果介电常数屏蔽可靠且精确地传递压力，则该传感器将工作良好。为了实现良好的压力传递，介电常数屏蔽和相关联的粘合剂层应当是柔性的。更薄的介电常数屏蔽一般更柔性。不过，如下面解释的，介电常数屏蔽还应当是流体不能渗透的，这要求取决于流体与屏蔽材料的特别的组合的特定最小厚度。金被发现能工作良好，其对于血液及其组成成分相对不能渗透，同时依然相对薄且柔性。金的优点还在于其高的导电性。
[0022] 本文中所述的介电常数屏蔽可以应用于广泛的多种系统中，尤其是在美国专利No.7,682,313、7,686,768中所述的可植入压力监视器，所述美国专利No.7,682,313、7,686,768在此通过引用并入本文中。这种可植入压力监视器的一个示例在图4中示出，其中将ASIC安装在
基板平台上，并且通过
导线与天线组件连接。通常，如图1-3中所示，将对包括基板以及其它附属物(诸如天线和连接导线)的整个器件进行密封。可以将这种监视器植入到适当的
位置，以监视患者体内的多个心脏血管空间，诸如左
心房、右心房、左心室、右心室、升主动脉、主动脉弓、降胸主动脉、腹动脉、
肺动脉、头臂动脉、右
锁骨下动脉、左锁骨下动脉、右颈总动脉、左颈总动脉、左髂动脉、右髂动脉、右股动脉、左股动脉等。
[0023] 除了上面所述的在活的有机体内的应用以外，传感器，特别是电容性压力传感器可以用在广泛的多种上下文中。在介电常数环境可能随时间演变且传感器的性能容易受这种改变影响的任何上下文中，介电常数屏蔽可以被使用并且是有益的。当然，在非生物上下文中，保护层不必是生物适合的，但依然可以是多孔或者否则是易受到介电常数中的改变影响的，并且因此可以从介电常数屏蔽的添加中受益。
[0024] 在电容性压力传感中，即使在不使用介电常数屏蔽的场合，也能够针对改变中的介电常数环境的影响进行校正。电容性压力传感器通常被形成有对压力中的改变敏感的主动电容性
薄膜。来自主动电容性薄膜的输出
信号通常被用于直接计算所感测的压力。不过，该
输出信号可能部分归因于碰撞压力，以及部分归因于介电常数环境。为了处理该问题，可以形成电容性压力传感器，使得它也具有对压力中的改变不敏感的被动电容性薄膜。然后，来自被动电容性薄膜的信号可被翻译成仅响应于介电常数中的改变。然后，可以从来自主动电容性薄膜的信号减去归因于介电常数的信号，只留下归因于压力中的改变的信号。以这种方式，可使用成对的主动和被动压力薄膜来针对改变中的介电常数进行校正。
