專利名稱：包括電源的晶片規格封裝件的制作方法
技術領域：
本發明涉及封裝件，并且更具體地涉及包括電源和電路的晶片規格的封裝件。
背景技術：
半導體和電子工業使用材料接合技術，以在半導體/電路制造過程中將不同的基片接合在一起。直接接合是一種類型的接合技術，此種接合技術頻繁地用于將不同的材料接合在一起。直接接合包括在不借助諸如粘合劑、蠟、焊料之類的特定接合劑的條件下將不同的材料接合在一起。直接接合技術可用于形成容納電氣部件的部件封裝件。部件封裝件可用于保護電氣部件不受諸如壓力變化、濕氣、體液之類不同的環境條件的影響。在一些示例中，部件封裝件可在使部件封裝件的基片緊密接觸之后放置在爐子中，以使得在不同的基片之間形成共價鍵。由于形成直接接合部中所包括的此種加熱過程會包括將接合部加熱至升高了的溫度，而封裝件的溫度敏感部件在放置于隨后使用直接接合技術進行密封的封裝件中時會經受熱損壞。此外，由于形成直接接合部的過程會包括一個或多個加熱和冷卻循環，因而被接合的不同材料的熱膨脹系數之間的失配會在不同的基片之間產生翹曲和熱應力斷裂。翹曲和熱應力斷裂會使得不同基片之間的接合部弱化，并且會降低使用直接接合技術形成的部件封裝件的氣密性。
發明內容
根據本發明的封裝裝置可構造成植入到患者體內或者患者的體外附連裝置。封裝裝置包括至少兩個基片，該至少兩個基片氣密地接合在一起，使得這兩個基片在這兩個基片之間形成封圍空腔。控制模塊可設置在封圍空腔內，該封圍空腔構造成確定患者的生理學參數和/或為患者提供電刺激。諸如電池之類的儲能裝置可包括在封圍空腔內并且可為控制模塊提供電力。封裝裝置可在低溫下由各種材料制成。在一些示例中，封裝裝置可包括半導體和/或絕緣基片(例如，硅和/或玻璃)。基片可使用激光輔助接合技術進行接合，該激光輔助接合技術在接合過程中在封裝裝置內保持相對較低的溫度，使得封裝裝置中的各部件不會熱損壞。附加地，使用低溫接合技術生產的封裝裝置不會產生不利地影響封裝件氣密性的應力破裂。在根據本發明的一個不例中，一種醫療器械包括第一基片、第二基片、控制模塊以及儲能裝置。第一基片包括第一半導體材料和第一絕緣材料中的至少一種。第二基片包括第二半導體材料和第二絕緣材料中的至少一種。第二基片接合至第一基片，使得第一和第二基片在該第一和第二基片之間形成封圍空腔。控制模塊設置在封圍空腔中。控制模塊構造成起到確定患者的生理學參數以及將電刺激輸送至患者中的至少一種功能。儲能裝置設置在空腔內，并且構造成為控制模塊供給電力。在根據本發明的另一示例中，裝置包括第一基片、第二基片以及電池。第一基片包括第一半導體材料和第一絕緣材料中的至少一種。第一基片包括多個接合墊。第二基片包括第二半導體材料和第二絕緣材料中的至少一種。第二基片接合至第一基片，使得第一和第二基片在該第一和第二基片之間形成封圍空腔。電池容納在該封圍空腔中。電池包括設置在電池的底表面上的導電觸件。導電觸件連接于(例如，焊接于)多個接合墊中的兩個或多個，使得電池的底表面面向第一基片包括接合墊的表面。在根據本發明的另一不例中，一種方法包括將控制模塊連接于第一基片和第二基片中的一個基片。第一基片包括第一半導體材料和第一絕緣材料中的至少一種。第二基片包括第二半導體材料和第二絕緣材料中的至少一種。控制模塊構造成起到確定患者的生理學參數以及將電治療輸送至患者中的一種功能。該方法還包括將儲能裝置連接于第一和第二基片中的一個基片，并且使第一和第二基片交界，使得第一和第二基片在該第一和第二基片之間形成封圍空腔。封圍空腔包括控制模塊和儲能裝置。附加地，該方法包括對第一和第二基片之間的交界部加熱，以在第一和第二基片之間形成接合部。在以下的附圖和說明中闡述一個或多個示例的進一步細節。從說明書和附圖以及從權利要求書中將明白其它特征、目的和優點。
圖1示出包括平面基片、凹陷基片以及各個部件的封裝裝置的側剖視圖。圖2示出了用于制造圖1所示封裝裝置的方法的示例流程圖。圖3A-3D示出圖1所示封裝裝置的構造的側剖視圖。圖4示出替代性封裝裝置的側剖視圖。圖5示出了用于制造圖4所示替代性封裝裝置的方法的示例流程圖。圖6A-6D示出圖4所示替代性封裝裝置的構造的側剖視圖。圖7示出了用于接合兩個基片的方法的示例流程圖。圖8示出并不包括附加材料層的兩個基片的接合部的側剖視圖。圖9示出包括一個以上的安裝在儲能裝置下方的芯片的封裝裝置的側剖視圖。圖10A-10C示出示例封裝裝置的側剖視圖，包括相鄰封裝裝置的各種布置。圖11A-11C示出直接制造在基片上的封裝裝置的示例布置的側剖視圖。圖1lD示出了包括堆疊芯片和堆疊儲能裝置的示例封裝裝置的側剖視圖。圖12示出封殼封裝裝置的側剖視圖。圖13A-13E是說明示例封裝裝置的功能塊圖，這些示例封裝裝置包括可包含在根據本發明的封裝裝置中的特征部分。圖14A-14B示出包括制造在基片的凹陷區域中的儲能裝置的示例封裝裝置的側剖視圖。
具體實施例方式如本文所述，氣密密封的封裝裝置包括各種電氣部件，這些電氣部件容納在使用兩個基片制成的封裝件內。通常，封裝裝置的制造包括將各部件附連于其中一個基片，然后將兩個基片附連在一起，使得各個部件容納在由這兩個基片形成的空腔內。本發明的封裝裝置可包括各種不同的電氣部件。在一個示例中，封裝裝置可包括一個或多個集成電路。集成電路可在一個或多個集成電路芯片(例如，硅或玻璃)上制成，該電路芯片隨后安裝在封裝裝置中。附加地或替代地，封裝裝置可包括直接制造到其中一個或兩個基片上、例如嵌在基片內或沉積到基片上的集成電路。本發明的封裝裝置還可包括儲能裝置。在一些示例中，儲能裝置可包括電池(例如，固態電池)和/或電容器。在儲能裝置包括電池的示例中，電池可作為離散的部件制造，并隨后安裝在封裝裝置內。在其它示例中，電池可直接制造到構成封裝裝置的基片中的一個或兩個上。在儲能裝置包括電容器的示例中，電容器可作為離散部件制造，并隨后安裝在封裝件內或者可直接制造到基片的一個或兩個上。在一些示例中，封裝裝置可包括對儲能裝置進行充電的充電部件。通過對儲能裝置進行充電，封裝裝置的使用壽命可延長，且封裝裝置的容積可減小。例如，當儲能裝置包括電池時，電池容量在充電部件包括在封裝裝置中時會減小，因為電池可無需儲存用于封裝裝置使用壽命期間的初始能量，而是可以在封裝裝置的使用壽命期間重復充電。充電部件可例如包括壓電裝置、β輻射伏特裝置或光電裝置。本發明的封裝裝置可包括感測部件。例如，封裝裝置可包括諸如加速計(例如，一根或多根軸線)和/或陀螺傳感器之類的運動傳感器(例如，慣性傳感器)。附加地或替代地，封裝裝置可包括光學傳感器，這些光學傳感器包括光學發射器和接收器，該光學發射器和接收器確定封裝裝置所存在的環境特性。附加地或替代地，封裝裝置可包括電化學傳感器，這些電化學傳感器與身體組織相互作用以感測封裝裝置所存在的環境。諸如加速度計、陀螺傳感器、電化學傳感器和/或光學收發器之類的感測部件可直接制造在形成封裝裝置的其中一個基片上和/或可制造在隨后安裝在封裝裝置中的一個或多個芯片上。在一些示例中，封裝裝置可包括用于與封裝裝置外部的裝置進行通信的部件。例如，封裝裝置可包括天線。天線可制造在安裝于封裝件內的芯片(例如，玻璃或半導體)上。替代地或附加地，天線可制造在封裝裝置的其中一個基片上。替代地或附加地，天線可制造成繞線式線圈并且安裝在封裝內的其中一個基片上。在一些示例中，封裝裝置可包括諸如一體的或離散的無源部件之類的無源部件，例如電阻器、電容器、電感器等等。附加地或替代地，在一些示例中，封裝裝置可包括諸如射束或膜片之類的微電子機械系統(MEMS)。封裝裝置還可包括導電跡線，這些導電跡線將包括在封裝裝置中的部件互連起來并且將這些部件與封裝裝置外部的裝置交互。例如，封裝裝置可包括沉積在一個或多個基片上或內的一層或多層導電跡線。封裝裝置可包括一個或多個封裝件通路，這些封裝件通路從封裝裝置的內部穿過一個或兩個基片延伸至封裝裝置的外表面。在一個示例中，封裝裝置可設計成用以作為可植入醫療器械植入到患者中，且封裝裝置的各部件可通過封裝通路感測生理學電信號和/或通過一個或多個通路為患者提供電治療。在其它示例中，封裝裝置的各部件可使用體內通信(例如，組織傳導通信)來通過封裝件通路與位于患者身上或體內的其它裝置通信。在一些示例中，封裝裝置可植入到患者體內或者附連于患者體外。當封裝裝置構造成植入在患者體內時，封裝裝置可包括外部涂層，該外部涂層增強用于植入的封裝裝置的生物適應性，例如提供比用作封裝裝置基片的材料(例如，玻璃或硅酮)更大的生物適應性。例如，外部涂層可包括鈦涂層，該鈦涂層覆蓋封裝裝置的外部，排除封裝裝置外部的任何電極。在另一示例中，外部涂層可包括硅酮層，該硅酮層覆蓋封裝裝置的外部，排除封裝裝置外部的任何電極。根據包括在封裝裝置中的部件，封裝裝置可包括各種結構。封裝裝置的部件(例如，集成電路)可測量患者的生理學參數。例如，這些部件可使用加速度計、陀螺傳感器以及光學收發器來測量患者的生理學參數。附加地或替代地，部件可基于通過封裝件通路接收的電信號來測量患者的生理學參數。附加地或替代地，封裝裝置的部件可通過封裝件通路提供電刺激(例如，心臟起搏和/或神經刺激)。在一些示例中，封裝裝置可不包括從封裝裝置的內部延伸至封裝裝置的外表面的封裝件通路。在這些示例中，封裝裝置可包括測量生理學參數的傳感器(例如，溫度傳感器、壓力傳感器、加速度計、陀螺傳感器和/或光學收發器)以及可與封裝裝置的外部數據進行通信的通信部件。例 如，當傳感器是諸如加速度計或陀螺傳感器之類的運動傳感器時，封裝裝置可包括電子部件，這些電子部件接收來自運動傳感器的信號并且基于所接收的信號來確定患者的定向和/或患者的活動水平。通信裝置(例如，包括天線)則可將電路所確定的生理學參數(例如，基于植入件定向確定的定向)發送至封裝裝置外部的裝置。在封裝裝置包括封裝件通路的示例中，封裝裝置內的部件可包括附加的特征部分。例如，這些部件可測量患者的電生理學參數，其中該封裝裝置植入在該患者中或者封裝裝置在體外連接于患者。電生理學參數可包括外部心電圖信號(ECG)、內部心電圖信號(IEGM)、腦電圖信號(EEG)或其它電描記圖信號(例如，肌電圖信號、胃信號、末梢神經信號)。附加地或替代地，封裝裝置的部件可為患者提供電治療，例如這些部件可通過封裝件通路提供神經刺激和/或心臟起搏功能。此外，當封裝裝置包括諸如天線之類的通信部件時，封裝裝置的各部件可發送由封裝裝置感測到的指示生理學參數的數據。附加地或替代地，封裝裝置的部件可使用組織傳導通信就生理學數據而與封裝裝置外部的裝置進行通 目。圖1示出封裝裝置100的側剖視圖，該封裝裝置包括平面基片102、凹陷基片104以及諸如儲能裝置(ESD) 106和芯片108 (例如，集成電路芯片)之類的各種部件。凹陷基片104限定了例如圖3D中附圖標記110所示的凹陷區域。諸如ESD106和芯片108之類的封裝部件附連于平面基片102并由該平面基片支承。凹陷基片104可在形成于平面基片102和凹陷基片104之間的界面處連接于平面基片102。根據用于平面基片102和凹陷基片104的材料以及用于接合平面基片102和凹陷基片104的方法，界面112可包括界面材料，例如非晶硅層或金屬(例如，鉬)層。根據所使用的材料和接合方法，該界面材料可以為埃至微米量級的厚度。在其它示例中，界面112可不包括沉積在平面基片102或凹陷基片104上的材料層，例如圖8中的界面112所示。下文將參見圖7對在平面基片102和凹陷基片104之間形成接合部的方法進行描述。雖然圖1所示的封裝裝置100示出封裝部件附連于平面基片102，然而在其它示例中，封裝部件也可附連于凹陷基片104，例如圖4的封裝裝置114的側剖視圖所示。雖然封裝裝置(例如，封裝裝置100、114)在本發明中示作包括平面基片102和凹陷基片104，封裝裝置也可包括具有不同幾何形狀的基片，只要各個部件可容納在形成于各個基片之間的空腔內即可。例如，包括在封裝裝置中的基片可各自限定凹陷部分，來封圍封裝裝置的各部件。雖然本發明的封裝裝置(例如，封裝裝置100、114)示作包括形成在兩個基片之間的單個空腔，本發明的封裝裝置也可包括形成在接合于單個支承基片的多個基片之間的多個空腔。例如，封裝裝置可包括單個支承基片(例如，平面基片102)和兩個罩蓋基片(例如，凹陷基片104)，這些基片接合在一起以形成兩個單獨的空腔。在該示例中，第一空腔可形成在支承基片和第一罩蓋基片之間，而第二空腔可形成在支承基片和第二罩蓋基片之間。包括兩個空腔的封裝裝置的電氣部件可包括在兩個單獨的空腔內。在一些示例中，封裝裝置可使用間隔基片來制造，以增大封裝裝置的空腔的容積。在這些示例中，封裝裝置的各部件可包括在支承基片上，而間隔基片可(例如，圍繞各部件的周緣)連接于支承基片。間隔基片可例如形成窗口，該窗口構造成圍繞封裝裝置的各部件。隨后，罩蓋基片可放置在間隔基片之上并連接于該間隔基片，使得支承基片、間隔基片以及罩蓋基片形成其間容納有各部件的空腔。平面基片102和凹陷基片104可包括各種材料。例如，平面基片102和凹陷基片104可包括但不局限于半導體材料和絕緣材料。在一些情形中，平面基片102和/或凹陷基片104可包括硅基片和/或碳化硅基片。平面基片102和/或凹陷基片104可包括玻璃基片，例如硼硅玻璃、青玉或熔融石英。雖然本發明的基片102、104描述成包括半導體和絕緣材料，可設想的是，其它材料也可用作本發明的基片102、104。封裝裝置(例如，100、114)的平面基片102和凹陷基片104可由相同材料制成或者可由不同的材料制成。在一個示例中，平面基片和凹陷基片102、104都可包括例如切割自玻璃晶片(例如，硼硅玻璃)的玻璃基片。在該示例中，多個封裝裝置可制造在單個玻璃晶片上，隨后從玻璃晶片切割下以形成各個如圖1所示的封裝裝置。在另一示例中，平面基片102和凹陷基片104可包括半導體材料，例如基片102、104都可切割自硅晶片。在該示例中，多個封裝裝置可制造在單個硅晶片上，隨后從硅晶片切割下以形成各個如圖1所示的封裝裝置。在另一示例中，基片102、104中的一個可包括玻璃基片，而基片102、104中的另一個可包括另一種材料，例如半導體基片(例如，切割自硅晶片的硅料板)。在該示例中，多個封裝裝置可制造在玻璃晶片或另一種材料的晶片上，隨后從該晶片切割下以形成各個如圖1所示的封裝裝置。平面基片102和凹陷基片104之間顯示為界面112的接合部的形成可基于平面基片102和凹陷基片104所選擇的材料組合。例如，當界面層(例如，非晶硅)附加于基片102、104中的一個時,兩個玻璃基片可接合在一起。在另一不例中，兩個娃基片可接合在一起而無需附加的界面層。參見圖7對關于接合平面基片102和凹陷基片104的方法的示例細節進行更詳細地描述。平面基片102和凹陷基片104接合在一起，使得平面基片102和凹陷基片104在封裝裝置100內形成空腔116。平面基片102包括形成空腔116的一部分的表面118。表面118可稱為平面基片102的內表面118。平面基片102位于內表面118的相對側上的表面120可形成封裝裝置100的外表面的一部分。表面120可稱為平面基片102的外表面120。在一些示例中，根據平面基片102、凹陷基片104以及包括在空腔116內各部件的總厚，封裝裝置100可為0.75毫米至3毫米量級的厚度。例如，平面基片102可具有大約200微米或較小的厚度，芯片108可具有在100-150微米范圍內或較小的厚度，而ESD106可具有在200微米或更大量級上的厚度。封裝裝置100的面積(例如，平面基片102的表面積)可以在10-50mm2的量級上，該面積通過2至5毫米范圍內的寬度乘以5至10毫米范圍內的長度得到。根據本發明的其它示例封裝裝置可具有大于或小于以上所述的那些尺寸。例如，在一些示例中，封裝裝置的厚度可小于0.75毫米或者大于3毫米。此外，在一些示例中，封裝裝置的寬度和長度可小于2毫米或者大于10毫米。平面基片102可在內表面118上包括接合墊122。接合墊122可包括諸如金屬之類的導電材料，例如銅、鋁、鈦、鉬、金和鎳。諸如ESD106和芯片108之類的部件可使用諸如金-錫或錫-鉛之類的焊接材料而連接于接合墊122。焊接材料的在封裝裝置的各部件之間形成連接部的各個沉積部分可稱為焊接凸點124。接合墊122可由導電跡線電氣地互連。例如，導電跡線可在內表面118上沉積為一層或多層，或者可嵌在(例如，蝕刻和沉積在)平面基片102中。以附圖標記126示出將ESD106連接于芯片108的示例導電跡線。導電跡線可包括諸如金屬之類的導電材料或者適合于電氣地連接根據本發明封裝裝置各部件的任何其他導體，該金屬例如是銅、鋁、鈦、鉬、金、鎳。雖然可使用焊接凸點124將各部件附連于內表面118上的接合墊122，也可使用其它方法將這些部件附連于接合墊122。例如，可使用熱壓柱形凸焊、導電粘合劑、各向異性導電膜、帶式自動接合以及引線接合中的至少一種將各部件附連于接合墊122。在一些示例中，平面基片102可包括沉積在平面基片102的外表面120上的一個或多個外部墊128。外表面120上的外部墊128可包括諸如金屬之類的導電材料，例如鈦、鉬、金、鈮或這些材料的合金。在一些示例中，當將封裝裝置100構造成植入到患者體內時，外部墊128可包括生物適應性材料，例如鈦、鉬、金、鈮或這些材料的合金。附加地或替代地，外部墊128可包括鉭和/或鉭合金。在平面基片102在該平面基片102的外表面120上包括外部墊128的示例中，平面基片102可包括將內表面118上的接合墊122和/或導電跡線電連接于外表面120上的外部墊128的封裝件通路130。在平面基片102包括硅基片的示例中，封裝件通路130可通過經由成形工藝貫穿硅而形成。在平面基片102包括玻璃(例如，硼硅浮化玻璃)的示例中，封裝件通路130可使用任何導電金屬形成，例如鈦、鎢、銅、鎳、金、鉬以及諸如PbSruAuSn之類的焊料。外部墊128可大體沿著外表面120沉積，使得外部墊128大致與外表面120齊平，例如外部墊在厚度上可在微米量級上。在一些示例中，外部墊128可接收諸如ECG、IEGM以及EEG之類的電生理學信號。附加地或替代地，外部墊128可向患者提供電刺激，例如心臟起搏刺激和/或神經刺激。外部墊128還可在封裝裝置100的各部件和封裝裝置100外部的裝置之間產生組織傳導通信。在一些示例中，封裝通路130可并不終止于外部墊128，而是可連接于本文參見圖12所述的導線132-1、132-2。各個部件可包括在根據本發明的封裝裝置(例如，封裝裝置100、114)中。例如，各部件可包括模擬/數字集成電路，這些模擬/數字集成電路提供信號調節功能(例如，過濾和放大)、信號處理功能、邏輯功能。集成電路還可包括存儲器(例如，易失性/非易失性)，該存儲器儲存集成電路所使用的程序，以提供與本文所描述的集成電路相關聯的功能。集成電路也可在存儲器中儲存測得的生理學參數。包括在封裝裝置中的集成電路可制造在包括于封裝裝置中的一個或多個芯片(例如，圖1所示的芯片)上。在另一示例中，當平面基片102包括半導體材料(例如，硅)時，集成裝置(例如，集成電路)可制造在平面基片102 (例如，圖1lC所示的集成裝置134)上或內。在一些示例中，封裝裝置100中的集成電路可檢測患者的電生理參數，其中封裝裝置100植入在患者體內或者封裝裝置100附連于該患者。在一些示例中，封裝裝置100中的集成電路可構造成使用延伸到患者體內的外部墊128和/或導線132-1、132-2通過封裝件通路130來測量諸如ECG、IEGM和EEG之類的電生理學信號。在其它示例中，封裝裝置100中的集成電路可構造成確定附連于封裝裝置100的外部墊128和/或導線132-1、132-2之間的阻抗。在一個示例中，集成電路可通過在外部墊(或導線)中的兩個之間施加電壓且隨后測量響應于所施加的電壓而產生的電流來測量阻抗。集成電路則可測量阻抗來確定導線一體性。在另一示例中，集成電路可用于利用連接于神經套的裝置來測量神經響應。在其它示例中，封裝裝置100中的集成電路可構造成向患者提供電治療。例如，根據封裝裝置100植入的應用情況，集成電路可執行心臟起搏和/或神經刺激功能。包括在封裝裝置100中的集成電路和其它部件(例如，傳感器)可從所包括ESD106接收電力。使用由ESD106提供的電力，包括在封裝裝置100中的集成電路可提供放大功能、過濾功能、邏輯功能以及信號處理功能。在一些示例中，集成電路可使用從ESD106接收的電力向患者提供電刺激(例如，心臟起搏和/或神經刺激)。在其它示例中，集成電路可使用從ESD106接收的電力來檢測患者的電生理學信號。ESD106可包括用于儲能并且可設置在空腔116內的任何合適裝置。在一個示例中，ESD106可包括電池、例如固態電池。在一些示例中，當ESD106包括固態電池時，固態電池可包括鋰磷氮氧(LiPON)。雖然可使用固態電池，然而在其它示例中，ESD106可包括其它類型的電池結構和化學物。例如，ESD106可包括薄膜電池結構。在一些示例中，當ESD106包括固態電池時，固態電池可并不包括典型的薄膜結構。在一些示例中，ESD106可包括可再充電電池。在其它示例中，ESD106可包括非可再充電電池。ESD106可包括ESD觸件136，這些ESD觸件為ESD106提供與封裝裝置100的其它部件的連接點。當ESD106包括固態電池時，ESD觸件136可以是沿著電池的底部表面設置的導電觸件。設置在固態電池上的導電觸件可例如使用焊接凸點124來接觸。因此，當固態電池作為ESD106包括在封裝裝置100中時，固態電池可構造成使用焊接凸點124連接于接合墊122。如圖1所示，用于將裝置連接于平面基片102的焊接凸點124的尺寸可改變。例如，用于將ESD106連接于平面基片102的焊接凸點124可比用于將芯片108連接于平面基片102的焊接凸點124相對較大，因為芯片108如圖1所示設置得在ESD106和平面基片102之間較靠近平面基片102.
在一些示例中，ESD106可包括電容器，該電容器儲存電荷，用以隨后傳遞至封裝裝置100的各部件。當ESD106包括電容器時，電容器可在電容器的表面上包括觸件，這些觸件可使用焊接凸點124而連接于平面基片102的接合墊122。在一些示例中，封裝裝置100可包括充電裝置，該充電裝置對ESD106進行充電且由此可延長封裝裝置100的壽命。充電裝置可包括β輻射伏特裝置或光電裝置，該β輻射伏特裝置或光電裝置產生由ESD106接收的電流。在封裝裝置100在體外固定于患者的示例中，充電裝置可包括光電裝置。在該情形中，平面基片102和凹陷基片104中的一個或兩個可為透明的，以入射光(例如，為硅酸硼玻璃)。在其它示例中，充電裝置可包括壓電發電機、放射性同位素熱電發電機、熱電帕爾貼發電機或感應充電裝置(例如，包括感應線圈)。充電裝置可包括在安裝于封裝件100內的芯片上，例如芯片108。在其它示例中，充電裝置可制造在平面基片102的內表面118上，例如作為類似于圖1lC所示集成裝置134的集成裝置。在一些示例中，封裝裝置100可包括諸如加速度計或陀螺傳感器之類的傳感器。包括在封裝裝置100中的傳感器可接收來自ESD106的電力。諸如加速度計和陀螺傳感器之類的傳感器可如同一個或多個芯片(例如芯片108)那樣包括在封裝裝置中。傳感器也可集成到封裝裝置的平面基片102和凹陷基片104的一個或兩個上，例如如同類似于圖1lC所示集成裝置134的集成裝置那樣。在傳感器包括發射光并且接收所發出光的反射部分的光學收發部件的示例中，光學收發部件可包括在一個或多個芯片上或者集成到平面基片102和凹陷基片104的一個或兩個中。封裝裝置100中的集成電路可構造成基于從傳感器接收的數據來確定患者的各個生理學參數。例如，集成電路可基于從包括在封裝裝置100中的運動傳感器(例如，加速度計和陀螺傳感器)的數據來確定患者的定向以及患者的活動水平。在其它示例中，當光學收發部件包括在封裝裝置100中時，集成電路可基于從光學收發部件()接收的數據來確定血液中代謝物水平的變化，例如血氧飽和度或葡萄糖水平，或者確定組織穿透力變化。在一些示例中，封裝裝置100可包括諸如天線之類的通信裝置。當封裝裝置100包括天線時，天線可包括在安裝于封裝裝置100中和/或平面基片102和凹陷基片104的一個或多個芯片上。在一些示例中，封裝裝置100內的天線可使用由醫療工業建立的遙測協議進行通信。包括在封裝裝置100中的集成電路可經由包括在封裝裝置100中的天線來發送和接收數據。數據可包括由傳感器測得的患者生理學參數以及通過封裝件通路130測得的生理學電信號。附加地或替代地，封裝裝置100可包括組織傳導通信部件(S卩，體內通信部件)，該組織傳導通信部件使用組織傳導通信來與封裝裝置100外部的裝置進行通信。在組織傳導通信過程中，封裝裝置100可采用或接收外部墊128處的電壓信號或者經由導線132與外部裝置進行通信。圖2示出了用于制造封裝裝置100的方法的示例流程圖。圖3A-3D示出封裝裝置100的構造的側剖視圖。如本文所描述的，用于制造封裝裝置100的技術通常也可適用于制造根據本發明的其它封裝裝置結構。雖然圖3A-3D示出了單個封裝裝置的構造，而多個封裝裝置100也可制造在單個基片(例如，硅或玻璃晶片)上，然后在構造了多個封裝裝置100之后從單個晶片切割下。換言之，基片102可以是封裝裝置100制造在其上的較大基片(例如，晶片)的一部分。在一些示例中，基片104也可以是包括多個凹陷區域110的較大基片的一部分，該較大基片放置在單個晶片的頂部以形成多個封裝裝置100。如圖3A所示，接合墊122、導電跡線以及封裝件通路130可制造在平面基片102
(200)上。例如，可使用一系列掩模、蝕刻和沉積步驟來制造接合墊122、導電跡線以及封裝件通路130。接合墊122可由導電跡線電氣地互連，這些導電跡線可沉積在內表面118上和/或嵌在平面基片102內。接合墊122、導電跡線以及封裝件通路130可包括各種導電材料。內表面118上的接合墊122可用于隨后安裝ESD106或可例如包括各種集成電路和傳感器的其它芯片。在封裝裝置可包括制造在內表面118上的儲能裝置、集成電路和/或傳感器的示例中，這些裝置可在將部件安裝于內表面118的后續操作之前進行制造。如圖3B所示，芯片108則可連接于平面基片102 (202)的內表面118上的接合墊122。在將芯片108安裝在平面基片102上之前，諸如金-錫或錫-鉛之類的焊料可附加于位于芯片108的底部表面上的接合墊。附加于芯片108的接合墊的焊料可在芯片108的接合墊上形成焊接凸點124。在安裝過程中，芯片108可放置在接合墊122上，焊接凸點124可熔融且隨后冷卻，從而為芯片108提供與接合墊122的電氣和物理連接。如圖3C所示，ESD106 (即，ESD觸件136)則可連接于平面基片102 (204)的內表面118上的接合墊122。ESD106的ESD觸件136可包括在ESD106的底部表面上，例如ESD106面向平面基片102的內表面118的表面。ESD觸件136可構造成使用焊接凸點124接合于接合墊122。焊料可在將ESD106安裝在平面基片102之前附加于ESD觸件136。在一些示例中，ESD106可放置在芯片108的頂部之上并且連接于接合墊122，該接合墊設置在芯片108的周緣外部。換言之，ESD106可安裝在平面基片102上，使得ESD106跨過芯片108。因此，在ESD106的連接之后，芯片108可夾在ESD106和平面基片102之間。雖然在圖1和圖3D中將ESD106示作跨過單個芯片108，然而在其它示例中，ESD106可跨過單個以上的芯片。例如，如圖9所示，ESD106可跨過兩個或多個芯片。附加地或替代地，如圖1lC所示，ESD106可跨過集成電路或者集成到平面基片102中的其它裝置。在一些示例中，如圖10A-10C所示，ESD106可并不跨過芯片，而是可在芯片旁邊連接于內表面118上的接合墊122。如圖3D所示，凹陷基片104然后可放置在ESD106的頂部和芯片108之上，使得凹陷基片104與平面基片102 (206)接觸。凹陷基片104包括確定凹陷區域110界限的緣部138。緣部138可包括確定凹陷區域110界限的平坦表面區域。凹陷基片104在緣部138的平坦表面處與平面基片102交界。凹陷基片104可在緣部138的平坦表面和平面基片102
(208)之間的界面處接合至平面基片102。例如，凹陷基片104和平面基片102可直接接合在緣部138的平坦表面和平面基片102之間的界面處，隨后暴露于加熱源(例如，激光或其它光源)以增強直接接合的強度。下文將參見圖7對用于接合平面基片102和凹陷基片104的示例方法進行詳細描述。在一些示例中，如圖3D所示，可以在將凹陷基片104放置成與平面基片102接觸之前，將界面層140沉積在緣部138上。例如，當平面基片102和凹陷基片104包括玻璃基片時，界面層140 (例如，非晶硅)可使用濺射工藝沉積在緣部138上。在該示例中，界面層140可通過形成吸光層(例如，當激光用于促進接合時)或者通過形成導電層(例如，便于陽極接合)來促進凹陷基片104和平面基片102之間的接合。在其它示例中，在基片102、104中的一個或兩個包括硅基片的情形下，平面基片102和凹陷基片104可接合而無需沉積界面層140。在又一些示例中，作為參見圖7所述接合的附加或替代，基片102、104可例如使用苯并環丁烯(BCB)或液晶聚合物(LCP)來附連在一起和/或密封。在其它示例中，也使用除了圖7所述工藝的其它接合工藝，例如其它半導體或MEMS接合技術。雖然參見圖2和圖3A-3D示出并描述的方法包括在平面基片102上制造接合墊122、導電跡線126以及封裝件通路130以及將芯片108和ESD106連接于平面基片102，然而在一些示例中，凹陷基片104也可包括這些部件。例如，如圖4所示，凹陷基片104可包括接合墊122、導電跡線126、封裝件通路130、芯片108以及ESD106。平面基片102可接合至凹陷基片104以封圍包括在凹陷基片104上的部件。圖5示出了用于制造圖4所示封裝裝置114的方法的示例流程圖。圖6A-6D示出了封裝裝置114的構造的側剖視圖。如圖6A所示，接合墊122、導電跡線126和封裝件通路130可制造在凹陷基片104 (300)上。在一些示例中，如上所述，界面層140 (例如，非晶硅)也可沉積在凹陷基片104的緣部138的表面上。如圖6B所示，芯片108則可連接于凹陷基片104 (302)上的接合墊122。在將芯片108安裝在凹陷基片104上之前，焊料可附加于位于芯片108的底部表面上的接合墊。如圖6C所示，ESD106 (即，ESD觸件136)則可連接于凹陷基片104 (304)上的接合墊122。如圖6D所示，平面基片102則放置在凹陷基片104上，在ESD106和芯片108頂部的上方，使得平面基片102在凹陷基片104 (306)的緣部138的表面處與凹陷基片104接觸。平面基片102可在緣部138的平坦表面和平面基片102 (308)之間的界面處接合至凹陷基片104。可使用保持于足夠低的溫度以與ESD106和/或空腔116內的其它裝置(例如，電荷存儲器)兼容的工藝來執行此種接合。例如，凹陷基片104和平面基片102可直接接合在緣部138的平坦表面和平面基片102之間的界面處，隨后由對界面進行加熱的激光器處理以增強直接接合的強度。下文將參見圖7對用于接合平面基片102和凹陷基片104的示例方法進行詳細描述。雖然圖6A-6D示出了單個封裝裝置114的構造，而多個封裝裝置114也可制造在單個基片(例如，硅或玻璃晶片)上，然后在構造了多個封裝裝置114之后從單個晶片切割下。換言之，基片104可以是包括多個凹陷區域110的較大基片(例如，晶片)的一部分，且封裝裝置114的各部件包括在這些凹陷區域110中。在一些示例中，基片102也可以是較大基片的一部分，該較大基片放置在包括多個凹陷區域110的單個晶片的頂部之上以形成多個封裝裝置114。圖7示出了用于將平面基片102接合至凹陷基片104的方法的示例流程圖，使得在平面基片102和凹陷基片104之間形成氣密密封。用于接合兩種基片的示例方法在2010年10月26日提交的題為“Laser Assisted Direct Bonding (激光輔助直接接合)”的美國專利申請12/912,433中進行了描述。將兩個或多個基片接合(例如，直接接合)在一起以形成單體結構的過程可包括首先制備基片的接觸表面，然后將基片放置成彼此接觸以在(例如，不使用粘合劑層的)基片之間建立接合部(例如，直接接合)。隨后，可以對接合部進行加熱以強化該接合部。在一個示例中，可將激光引導在基片之間的界面處，以對界面進行加熱并強化接合部。使用激光來加熱界面可提供集中的能量(例如，集中在界面的區域中)，該集中的能量對界面充分地加熱以促進接合，但不會對基片、空腔以及連接于基片的部件進行顯著地加熱。例如，當使用激光來加熱界面時，封裝裝置可加熱至不超過200° C。在一些示例中，使用激光來加熱界面不會致使材料焊接(例如，熔融和聚結)在界面處。對于封裝裝置100的各部件的潛在熱損壞會由于各部件受熱達到的溫度以及各部件受熱的時長而產生。在一些示例中，當ESD106包括含有LiPON的固態電池時，如果固態電池在延長的時間段內(例如，超過幾分鐘)保持大約180° C或更高溫度的話會損壞，然而例如當使用SnPb時則在2分鐘或更短時間內保持220° C下在焊料回流條件下則不會損壞，。因此，當使用激光對界面進行加熱時，連接于基片的各部件(例如，固態電池)不會被加熱至可能損壞這些部件的溫度。這會與使用諸如陽極、熔融或玻璃粉接合之類的其它方法來加熱接合部的情況相反。這些工藝(例如，陽極、熔融或玻璃粉接合)會需要范圍從400至1100° C的溫度，并且會致使整個封裝裝置在接合過程中達到這一溫度，而這會導致各部件發生熱損壞。因此，在一些示例中，當使用除了激光加熱以外的加熱方法時，連接于基片的部件可能會熱損壞。在一些示例中，當使用激光增強的接合方法時，界面會被加熱至較高的溫度(例如，400至1100° C)，然而封裝裝置的剩余部分則不會被加熱至較高的溫度，因為加熱集中在激光聚焦的位點處并且因為基片不會將熱量傳導至封裝裝置在激光加熱區域以外的各部分。此外，當基片用在封裝裝置中時，由于玻璃基片可以是隔熱的，因而連接于基片的各部件可進一步與界面的激光加熱隔離。因此，包括玻璃基片的根據本發明封裝裝置可包括熱敏感的部件。包括在封裝裝置中的這些部件可甚至設置在接合過程中有激光引導在其上的界面附近而不會經受熱損壞。相對于其它可獲得的封裝方案，這使得在本發明的封裝裝置內產生更緊湊且靈活的部件布置方案。平面基片102和凹陷基片104的彼此交界的表面可稱為基片102、104的“交界表面”。平面基片102的交界表面可以是內表面118在平面基片102的周緣附近的一部分，凹陷基片104在此與平面基片接觸。凹陷基片104的交界表面可以是凹陷基片104的緣部138的平坦表面。在一些示例中，例如當平面基片102和凹陷基片104中的一個包括硅基片時，緣部138的平坦表面可不包括交界層140。在其它示例中，例如當平面基片102和凹陷基片104都是玻璃基片時，緣部138的平坦表面可包括交界層140 (例如，非晶硅)，以促進接合。可以在將交界表面放置成彼此接觸之前就將交界表面中的一個或兩個制備好以用于直接接合。表面制備可使得交界表面的不同原子或分子彼此吸引。這些吸引力可在平面基片102和凹陷基片104之間產生直接接合。交界表面上執行的表面制備的類型可例如基于基片102、104的化學成分而改變。交界表面中的一個或兩個可通過拋光來制備，以去除諸如毛刺、鑿槽、脊部之類的表面畸形或其它不平整性(400)。不同的技術可用于對交界表面進行拋光。例如，交界表面可進行機械拋光、化學拋光或者通過化學-機械拋光(CMP)技術進行處理。可對交界表面進行拋光，直到表面具有相對較低的表面粗糙度為止。對交界表面進行拋光直到表面具有相對較低的表面粗糙度為止可增強直接接合成形。雖然較光滑的交界表面由于使得不同表面的原子或分子能緊密接觸而通常會便于改進直接接合成形，但在一些示例中，相對粗糙的表面也可接合在一起。作為拋光的附加或替代，可通過對交界表面進行清潔以從交界表面(402)去除顆粒和污染物來使交界表面準備好直接接合。清潔交界表面可包括超聲波和/或超音速清潔。除了拋光和清潔以外，可通過化學地激活一個或兩個交界表面(404 )來制備交界表面以進行直接接合。當交界表面彼此接觸時，化學激活可促進交界表面之間形成直接接合。化學激活可包括使交界表面暴露于等離子(例如，氮或氧等離子)。不管所使用的特定技術如何，在適當地使交界表面準備好直接接合之后，交界表面可彼此接觸以在基片102、104之間建立直接接合(406)。在一些示例中，對基片102、104進行加熱可通過提供能量以克服形成共價接合的激活能量障礙來促進交界表面之間形成接合(408 )。在一些示例中，交界表面之間形成的直接接合能可選地通過將激光引導在交界部的至少一部分上來進行加熱(410)。激光提供的能量可對形成在交界部處的直接接合進行加熱。通常，交界表面之間的直接接合可使基片102、104相對于彼此保持基本上固定的結構。例如使用激光對形成在基片102、104之間的直接接合進行熱處理會比加熱之前形成的接合部具有較大的強度。在圖7所述方法的一個實施例中，平面基片102和凹陷基片104可包括玻璃基片(例如，硼硅玻璃)。基片102、104中的一個可包括硅層(例如，非晶硅)，該硅層在基片102、104彼此接觸之前沉積在基片102、104之間的交界部處。在該實施例中，可選擇用于加熱交界部(例如，加熱硅層)的激光，使得激光發射通過玻璃基片(基片102或基片104)并由硅層吸收，致使對硅層進行加熱并對基片102、104之間的接合部進行加強。在圖7所述方法的另一實施例中，基片102、104中的一個可包括玻璃基片(例如，硼硅玻璃)，而基片102、104中的另一個可包括半導體基片(例如，硅)。在該實施例中，可選擇用于加熱交界部(例如，加熱硅層)的激光，使得激光發射通過玻璃基片并由半導體層吸收，致使對半導體/玻璃交界部進行加熱并對基片102、104之間的接合部進行加強。圖8-12示出本發明封裝裝置的各個特征部分。圖8示出平面基片102和凹陷基片104之間不包括附加材料層(例如，交界層140)的接合部的側剖視圖，而該附加的材料層在一些情形中用于促進平面基片102、104之間的接合。圖9示出在ESD106下方安裝于平面基片102的多個芯片142、144的側剖視圖。圖10A-10C示出示例封裝裝置的側剖視圖，包括相鄰封裝裝置的各種布置。圖11A-10C示出直接制造在平面基片102上的封裝裝置的示例布置的側剖視圖。圖1lD示出了包括堆疊芯片和堆疊ESD的示例封裝裝置的側剖視圖。圖12示出了包括導線132-1、132-2的示例封裝裝置的封殼的側剖視圖。現在將按序對圖8-12中的每個附圖進行描述。圖8示出平面基片102和凹陷基片104之間的交界部112并不包括沉積在平面基片102或凹陷基片104上的附加的材料層(例如，交界層140)的封裝裝置146。在該示例中，平面基片102和凹陷基片104中的一個或兩個可包括半導體基片，例如硅基片。例如，平面基片102和凹陷基片104中的一個可以是玻璃基片，而凹陷基片104和平面基片102中的另一個可以是半導體基片，例如娃基片。在另一不例中，平面基片102和凹陷基片104都可以是半導體基片，例如硅基片。如上文參見圖7的描述，可使用激光輔助接合技術來對圖8中的平面基片102和凹陷基片104之間的硅/玻璃或硅/硅交界部進行接合，而無需附加交界層140 (例如，非晶硅層)。圖9示出類似于圖1所示封裝裝置100的封裝裝置148，然而封裝裝置148包括安裝在ESD106之下的一個以上的芯片。在圖9中，ESD106跨過安裝于平面基片102的兩個芯片142、144。雖然兩個芯片142、144在圖9中示作安裝在ESD106下方，而在其它示例中，兩個以上的芯片也可安裝在ESD106下方。封裝裝置148與圖1所示封裝裝置100的不同之處還在于圖9所示的封裝裝置并不包括封裝件通路130。例如，用于一些感測應用而包括諸如溫度傳感器、壓力傳感器、力口速度計以及陀螺傳感器之類傳感器的封裝裝置可無需通過外部墊128來提供與患者的電交互。換言之，諸如溫度傳感器、壓力傳感器、加速度計以及陀螺傳感器之類的傳感器可在封裝在封裝件內的同時檢測患者的生理學參數，例如患者體溫、血壓、患者活動以及患者定向。包括在這些封裝件內的集成電路可例如經由包括在封裝件148中的天線來發送指示生理學參數的數據。在其它示例中，當基片102、104中的一個或兩個可透過從收發器發射的光的波長時，包括在封裝件148中的光學收發器也可在封裝于封裝裝置內的同時監測患者的生理學參數。隨后，包括在封裝裝置148中的集成電路可經由天線來發送基于來自光學收發器的數據所確定的生理學參數。總而言之，當封裝裝置148構造成用于傳感器應用時，包括在封裝裝置148中的示例部件可包括制造在芯片142、144中一個上的傳感器(例如，溫度傳感器、加速度計、陀螺傳感器和/或光學收發器)、制造在芯片142、144上的天線以及制造在芯片142、144中的一個上的集成電路。集成電路可構造成接收來自傳感器的信號，確定患者的生理學參數(例如，患者姿態)，并經由包括在封裝裝置148中的天線將患者姿態數據發送至外部裝置。雖然在圖9中未示出，導電跡線可提供ESD106、芯片142以及芯片144之間的連接。圖10A-10C示出了包括ESD106和芯片108、156的各種封裝裝置150、152、152。本發明中描述的芯片的各種表征(例如，數量和說明)是用于說明目的而非意指芯片之間的類似或不同功能。例如，芯片108、142、144、156可包括本發明所描述的任何功能，而說明和標號中的相似并不意圖暗示類似的功能。在圖10A，封裝裝置150包括位于安裝在平面基片102上的單個芯片108旁邊的ESD106。在圖1OB中，封裝裝置152包括在安裝于平面基片102上的兩個芯片108、156旁邊位于封裝裝置152的邊緣處的ESD106。雖然ESD106示作在兩個芯片108、156旁邊，但在一些示例中，ESD106可位于兩個以上芯片的旁邊。在其它示例中，ESD106可跨過一個或多個芯片(在圖9中示出)，并且附加地，跨過兩個芯片的ESD106可鄰近于安裝于平面基片102上的附加芯片。圖1OC示出位于封裝裝置154中部的ESD106。在該示例中，芯片108、156位于平面基片102和凹陷基片104之間的交界部112附近。接合過程中在平面基片102和凹陷基片104中(例如，由于被激光加熱)產生的任何熱量可局限在平面基片102和凹陷基片104的交界部112附近，因此，ESD106在空腔116內并遠離交界部112的中心位置可在接合過程中產生的熱量和ESD106之間提供附加的隔離。因此，當位于封裝件154中部時，ESD106可與在接合過程中產生的熱量隔離，因此可降低熱損壞發生的可能性。圖11A-10C示出包括直接制造在平面基片102上的裝置的封裝裝置158、160、162。在圖1lA中，與使用焊接凸點124連接于平面基片102相比，ESD106直接制造在平面基片102上。例如，直接制造在平面基片102上的ESD106可包括諸如固態電池之類的電池或包括電容器。芯片108、156位于直接制造在平面基片102上的ESD106附近，這些芯片安裝在平面基片102上。因此，在本發明的一些示例封裝裝置中，包括在封裝裝置中的一些裝置可直接制造在封裝裝置的基片上，而封裝裝置中的其它裝置可制造在芯片上且隨后連同直接制造的裝置一起安裝在基片上。圖1IB包括制造在平面基片102上的集成裝置106，例如集成電路、傳感器或天線。當將平面基片102從硅晶片切割下時，集成裝置166可以是使用各種半導體處理技術而制造在平面基片102上或內的集成電路、傳感器或天線。在平面基片102是玻璃材料(例如，硼硅玻璃)的示例中，諸如集成電路、傳感器以及天線之類的裝置(例如，集成裝置166)也能以各薄膜層構建在玻璃上。
圖1lC示出包括制造在平面基片102上的集成裝置134的封裝裝置162，其中ESD106跨過集成裝置134。集成裝置134可例如包括集成到平面基片102中的集成電路、傳感器和/或天線。集成裝置的包括在封裝裝置162中的此種構造可優化封裝裝置162內空腔116的使用。例如，集成到平面基片102中的集成裝置134可表征封裝裝置使用用于封裝這些裝置的空腔116內的最小量空間的實施例。因此，空腔116中最大量的空間可留給ESD106，使得封裝裝置162內每個單位容積能具有最大的儲能量。因此，封裝裝置162基于電池壽命(例如，當ESD106是電池時)的使用壽命在封裝裝置162中可最大，使得封裝裝置162的每個單元容積具有最大的ESD106尺寸。在圖1lC所示的示例封裝裝置162中，ESD106在集成裝置134頂部之上安裝于平面基片102。雖然ESD106示作跨過集成裝置134，然而在一些示例中，集成裝置134可沿著限定空腔116的平面基片102的整個長度制造，而ESD106可在集成裝置134的周緣內接觸接合墊122。參見圖14A-14B，在一些示例中，封裝裝置(例如，封裝裝置201、203)可包括制造在凹陷區域Iio中的ESD106(例如，電池)。在將ESD106制造在凹陷區域110中之后，組合的ESD106和凹陷基片104可連接于平面基片102。例如，組合的凹陷基片104和ESD106可分別與平面基片102和接合墊122接觸。然后，ESD觸件136上的焊料可熔融以形成焊接凸點124，且平面基片102和凹陷基片104可接合(例如，使用激光增強接合)，以將ESD106氣密地封裝在平面基片102和凹陷基片104之間。ESD106制造在凹陷區域110內的圖14A所示封裝裝置201可消除空腔116或者至少使得封裝在封裝裝置201內的空出空間量最小化。因此，圖14A所示的封裝裝置201可比在空腔116內包括空出空間的封裝裝置提供更佳的每單元容積儲能方案。雖然圖14A中示出在ESD106和平面基片102之間存在空間，而在一些實例中，如圖14B所示，ESD106可安裝成與平面基片102大致齊平，進一步使得封裝裝置203內的任何空出空間最小化(例如，基本上消除)。圖1lD示出了封裝裝置164中的裝置堆疊。封裝裝置164包括堆疊的ESD106-1、106-2以及堆疊芯片108-1、108-2。ESD106-1、106-2和芯片108_1、108_2的堆疊可相對于所包括的ESD106-l、106-2以及芯片108_1、108_2以非堆疊構造設置在平面基片102上的其它封裝裝置減小封裝裝置的總面積(即，覆蓋面積)。在一些示例中，可在封裝裝置164外部堆疊芯片108-1、108-2并將它們互連，然后作為單個單元安裝在封裝裝置164內。在其它示例中，芯片108-1可安裝在封裝裝置164中，而芯片108-2可堆疊在芯片108-1上。芯片108-1、108-2可例如使用穿硅通路互連。ESD106-1、106-2也可在封裝裝置164外部堆疊且互連，然后安裝到封裝裝置164中，或者替代地，ESD106-l、106-2可一次一個地堆疊在封裝裝置164內。ESD106-l、106-2可通過圖1lD所示的互連件168電氣地連接。互連件168可包括貫通基片通路。圖12示出了包括由封殼174覆蓋的封裝裝置172的封殼裝置170。封殼174可改進封裝裝置172的生物適應性，因此增強封裝裝置172植入到患者體內的適合度。封殼174可例如包括封裝裝置172之上的硅涂層、封裝裝置172之上的鈦層或以涂覆在鈦中的硅層。封殼174形成外部墊128可通過的開口 176。在一些示例中，外部墊128可與平面基片102的外表面120大致齊平。在其它示例中，導線132-1、132-2 (總稱“導線132”)、而非外部墊128可通過封裝件通路130電連接于容納在空腔116內的裝置(例如，集成電路)。如圖12所示，導線132-1、132-2可分別包括電極178-1、178-2。在一些示例中，電極178_1、178_2(總稱“電極178”)可用于感測電生理學信號。例如，封裝裝置172中的集成電路可經由外部墊128和/或電極178感測ECGUMEM以及EEG信號。在其它示例中，電極178可用于將電刺激輸送至患者。例如，根據封殼裝置170所使用的應用情況，封裝裝置172中的集成電路可輸送心臟起搏刺激或電神經刺激。雖然在圖12中示出兩個外部墊128和兩個導線132-1、132_2，而在一些示例中，更多或更少數量的外部墊128和導線132可連接于封裝裝置172。在一些示例中，封裝裝置172可不包括任何外部墊128或導線132，而是封殼174可覆蓋封裝裝置172的整個外部。在其它示例中，封裝裝置172可并不包括外部墊128，而是可包括導線132。在其它示例中，封裝裝置172可并不包括導線132，而是可包括外部墊128。外部墊128和導線132的數量可基于封裝裝置172所使用的應用情況而改變。在封裝裝置172用于心臟起搏的示例中，封裝裝置172可包括一個或多個外部墊128和導線132。例如，封裝裝置172上的外部墊128可用作參考電極，而一個或多個導線132可用作刺激電極，這些刺激電極將心臟起搏刺激輸送至患者心臟的一個或多個腔室。在封裝裝置172用于神經刺激的示例中，封裝裝置172上的外部墊128可用作參考電極，而一個或多個導線132可用作神經刺激電極，這些神經刺激電極根據存儲在封裝裝置172的集成電路內的程序(例如，包括振幅、脈沖寬度和脈率)來提供電治療。在神經刺激的情形中，多個導線、例如8、16、24或更多導線可用于提供刺激。在一些示例中，多個導線可圍繞在容納單獨的導線132和電極178的單獨的套筒內，并從封裝裝置172向外延伸至位于患者體內的目標刺激位置。在其它示例中，封裝裝置172可使用設置在封裝裝置172外部上的多個外部墊128而在目標刺激位點處輸送無線刺激。雖然導線8、16、24或更多的導線132可用于神經刺激應用，而外部墊128和/或導線132的數量可僅僅受限于外部墊128和/或導線132的尺寸以及外部墊128和導線132所附連于的基片尺寸。作為對封殼172中封裝裝置172進行涂覆的替代，封裝裝置172可封裝在諸如鈦筒的生物相適應封裝件中。當被封裝在該封裝件中時，導線132可通過封裝件中的開口饋送至目標刺激位點。圖13A-13E是示例封裝裝置的功能塊視圖，包括表征可包括在根據本發明封裝裝置中的各功能。包括在本發明封裝裝置內的模塊可包括任何離散的和/或集成的電路部件，這些電路部件實施能夠產生有助于本文所述模塊的功能的模擬和/或數字電路。例如，模塊可包括模擬電路，例如放大電路、過濾電路和/或其它信號調節電路。模塊也可包括數字電路，例如組合的或順序的邏輯電路、存儲裝置等等。存儲器可包括任何易失性、非易失性、磁性或電介質，例如隨機存取存儲器(RAM)、只讀存儲器(ROM)、非易失性RAM (NVRAM),電氣可擦除可編程ROM(EEPROM)、閃存存儲器或任何其他存儲裝置。此外，存儲器可包括指令，當由一個或多個處理電路執行時，這些指令使模塊執行專屬于本文所述模塊的各種功倉泛。專屬于本文所述模塊的功能可作為一個或多個處理器、硬件、固件、軟件或它們的任何組合來實施。將不同的特征描述為模塊意在強調不同的功能方面，而不一定意指這些模塊或單元必須通過單獨的硬件或軟件組件來實現。相反，與一個或多個模塊關聯的功能可通過單獨的硬件或軟件組件來執行，或集成在共同的或分立的硬件或軟件組件內。
圖13A-13E所示的封裝裝置的模塊可由包括在安裝于封裝裝置中的一個或多個芯片上的一個或多個裝置實施。附加地或替代地，圖13A-13E所示封裝裝置的模塊可由集成到封裝裝置的基片(例如，平面基片102)中的一個或多個裝置實施。圖13A-13E所示的每個封裝裝置都包括ESD106和控制模塊180。圖13A-13E中示出的ESD106表征在之前附圖13A-13E中示出的ESD106。ESD106可為包括在圖13A-13E所示的封裝裝置中的模塊提供電力。例如，ESD106可為控制模塊180、傳感器模塊182、組織傳導通信(TCC)模塊184、光學接收器186、光學發送器188以及治療/通信模塊190提供操作電力。控制模塊180可表征包括在封裝裝置中的任何模擬/數字電路，該模擬/數字電路提供專屬于本文的控制模塊180的功能。例如，控制模塊180可表征集成電路，該集成電路構造成提供諸如信號調節(例如，過濾和放大)之類的模擬電子功能。控制模塊180也可表征提供邏輯功能和數據存儲功能的集成電路。控制模塊180可在包括于封裝裝置中的一個或多個芯片上實施，并且附加地或替代地，可作為制造在平面基片102上的集成電路來實施。現在參見圖13A，封裝裝置191包括ESD106、控制模塊180、傳感器模塊182以及天線192。天線192可表征包括在封裝裝置191中的天線，例如制造在安裝于封裝裝置中的芯片上的天線191或者制造在封裝裝置的平面基片102或凹陷基片102中的一個基片上的天線191。傳感器模塊182可表征包括在封裝裝置191中的傳感器。在一些示例中，傳感器模塊182可包括加速度計、陀螺傳感器、磁場傳感器以及溫度傳感器中的至少一個。圖13A所示的封裝裝置191在植入到患者體內時可提供感測功能。傳感器模塊182可產生指示所感測到的患者生理學參數的信號。控制模塊180可基于從傳感器模塊182接收的信號來確定患者的生理學參數。在一個示例中，當傳感器模塊182包括加速度計(例如，包括一個或多個軸線)時，控制模塊180可基于從加速度計接收的信號來確定患者的生理學參數，包括但不局限于患者的姿態和/或患者的活動水平。隨后，控制模塊180可經由天線192無線發送包括所確定的生理學參數的數據。例如，控制模塊180可將數據無線發送至患者體內的另一個植入的醫療器械或者外部裝置，例如用于編制神經模擬治療程序和/或心臟起搏參數的患者編程裝置。封裝裝置可使用天線和/或使用組織傳導通信來與編程裝置通信，例如手提計算機、臺式計算機或聯網計算機。編程裝置可由醫師使用來對封裝裝置的各部件進行編程，例如用于心臟電治療和/或神經刺激電治療。附加地，封裝裝置可向編程裝置上傳所測得的生理學數據。在一些示例中，本發明設想了一種系統，該系統包括一個或多個本文所描述的封裝裝置以及一個或多個編程裝置來對封裝裝置的各部件進行編程。圖13B示出了封裝裝置193，該封裝裝置包括如上所述地操作的ESD106、控制模塊180和傳感器模塊182。然而，封裝裝置193包括TCC模塊184來代替天線192。TCC模塊184可進行組織傳導通信。例如，TCC模塊184可經由外部電極128、178將數據發送至植入在患者體內或者與患者接觸的裝置。因此，封裝裝置193的控制模塊180可確定患者的生理學參數(例如，患者姿態和/或活動)，TCC模塊184可將所確定的生理學參數發送至植入在患者體內或者與患者接觸的其它裝置。附加地，TCC模塊184可經由外部電極128、178接收由植入在患者體內或者與患者接觸的其它裝置發送的信號，且控制模塊180可接收來自TCC模塊184的源自這些信號的數據。現在參見圖13C，封裝裝置195包括ESD106、控制模塊180和TCC模塊184。附加地，封裝裝置195包括光學收發器的各部件。光學收發器包括光學發送器186和光學接收器188。光學發送器188和/或光學接收器186可包括在安裝于封裝裝置195中的芯片上和/或制造在平面基片102上。光學發送器188可發送通過平面基片102和/或凹陷基片的光。光學接收器186可接收所發出光的反射部分。控制模塊180可基于所接受的光來確定生理學參數，例如血液中的代謝水平變化，例如血氧飽和度或葡萄糖水平或者組織穿透力變化。TCC模塊184然后經由組織傳導通信發送由控制模塊180確定的生理學參數。現在參見圖13D，功能上類似于封裝裝置193的封裝裝置197包括充電模塊194。充電模塊194可表征包括在封裝裝置197中、功能是對ESD106充電的裝置。例如，充電模塊194可包括壓電裝置、β輻射伏特源或光電源。現在參見圖13Ε，封裝裝置199包括治療/通信模塊190。治療/通信模塊190可執行與組織傳送和組織傳導通信相關的各種功能。治療/通信模塊190可連接于一個或多個外部墊128和/或導線132上的一個或多個電極178。在一個示例中，治療/通信模塊190可使用外部墊128和/或一個或多個電極178通過組織傳導通信來發送和接收數據。在其它示例中，治療/通信模塊190可經由外部墊128和/或電極178提供電刺激治療。在一些示例中，電刺激治療可包括神經刺激治療。在這些示例中，在控制模塊180的控制下，治療/通信模塊190可經由外部墊128和/或電極178提供神經刺激治療。治療/通信模塊190可經由一個或多個導線132輸送電刺激治療，這些導線包括電極178，而這些電極植入在例如與患者的大腦、脊髓、骨盆神經、末梢神經或胃腸道相關聯的目標位置附近。因此，由封裝裝置199提供的刺激可用在不同的治療應用中，例如深度大腦刺激(DBS)、脊髓刺激(SCS)、骨盆刺激、胃液刺激或末梢神經刺激。刺激也可用于諸如功能性電刺激(FES)之類的肌肉刺激以促進肌肉運動或防止萎縮。在其它示例中，封裝裝置199可提供類似于可植入起搏器或心律轉變器-除纖顫器的功能的功能。在這些示例中，在控制模塊180的控制下，治療/通信模塊190可提供心臟感測和起搏功能。在心臟電治療應用中，導線132可延伸到患者心臟中，且電極178可連接于心臟的右心室、心臟的左心室和/或心臟的右心房。使用這些電極構造，治療/通信模塊180可使用外部墊128和/或導線132上的電極178來感測心臟的電活動和/或將電刺激(例如，起搏脈沖)輸送至心臟。雖然根據本發明的封裝裝置如上所述用在醫療應用中，然而本發明的封裝裝置并不局限于醫療應用，而是可設想的是，封裝裝置也可用在一般的電子應用中。例如，封裝裝置可包括集成電路、傳感器以及并非專用于醫療應用的而是專用于一般感測應用、信息處理應用(例如，模擬信號處理和數字信息處理)以及數據存儲應用(例如，存儲器)的其它部件。在一些醫療或非醫療應用中，封裝裝置可例如安裝在其它集成裝置(例如，集成芯片)上并且與多芯片封裝件中的集成裝置封裝在一起，或者封裝裝置可連接于印刷電路板。雖然根據本發明的封裝裝置被描述成各部件包括在構成該封裝裝置的兩個基片的一個上，而在一些示例中，構成根據本發明的封裝裝置的基片都可包括諸如傳感器和集成電路之類的部件，例如，制造在連接于基片或者直接制造在基片上的芯片上。在兩個基片都包括部件的示例中，包括在單個基片上的部件可例如通過基片之間的交界部電氣地互連。在一些示例中，裝置包括第一基片、第二基片以及電池。第一基片包括第一半導體材料和第一絕緣材料中的至少一種。第一基片包括多個接合墊。第二基片包括第二半導體材料和第二絕緣材料中的至少一種。第二基片接合至第一基片，使得第一和第二基片在該第一和第二基片之間形成封圍空腔。電池容納在該封圍空腔中。電池包括設置在電池的底表面上的導電觸件。導電觸件焊接于多個接合墊中的兩個或多個，使得電池的底表面面向第一基片中包括接合墊的表面。在一些示例中，裝置還包括設置在封圍空腔內的控制模塊。控制模塊構造成起到確定患者的生理學參數以及將電刺激輸送至患者中的至少一種功能。電池為控制模塊提供電力。在一些示例中，裝置還包括設置在封圍空腔內的控制模塊以及該封圍空腔中的集成電路。在這些示例中，控制模塊構造成起到確定患者的生理學參數以及將電刺激輸送至患者中的至少一種功能。電池為控制模塊提供電力。此外，在這些示例中，控制模塊的至少一部分包括在集成電路上。電池安裝在第一基片上，使得電池跨過集成電路的至少一部分。在一些示例中，第一和第二基片包括玻璃基片。在一些示例中，第一和第二基片包括玻璃基片，而第一和第二基片之間的接合部包括娃。在一些示例中，第一和第二基片包括玻璃基片，而第一和第二基片之間的接合部包括吸光材料。吸光材料吸收由第一和第二基片中的一個基片發送的一定波長的光。在一些示例中，第一和第二基片中的一個包括硅基片，而第一和第二基片中的另一個包括玻璃基片。在一些示例中，電池包括固態電池。在一些示例中，一種方法包括將控制模塊連接于第一基片和第二基片中的一個基片。第一基片包括第一半導體材料和第一絕緣材料中的至少一種。第二基片包括第二半導體材料和第二絕緣材料中的至少一種。控制模塊構造成起到確定患者的生理學參數以及將電治療輸送至患者中的一種功能。該方法還包括將儲能裝置連接于第一和第二基片中的一個基片，并且使第一和第二基片交界，而使得第一和第二基片在該第一和第二基片之間形成封圍空腔。封圍空腔包括控制模塊和儲能裝置。附加地，該方法包括對第一和第二基片之間的交界部加熱，以在第一和第二基片之間形成接合部。在一些示例中，對交界部進行加熱包括使用指向交界部的激光來對交界部的至少一部分進行加熱。在一些示例中，第一基片包括玻璃基片，第二基片包括玻璃基片，且第一和第二基片中的一個在交界部處包括吸光層。在一些示例中，第一基片包括玻璃基片，第二基片包括玻璃基片，且第一和第二基片中的一個在交界部處包括吸光層，而吸光層吸收由第一和第二基片的一個基片發送的一定波長的光。在一些示例中，第一基片包括玻璃基片，第二基片包括玻璃基片，且第一和第二基片中的一個在交界部處包括吸光層，并且對交界部進行的加熱包括使用指向吸光層的激光來對吸光層的至少一部分進行加熱。
在一些不例中，第一基片包括玻璃基片，而第二基片包括半導體基片。在一些示例中，裝置包括第一基片、第二基片以及電池。第一基片包括第一半導體材料和第一絕緣材料中的至少一種。第一基片包括多個接合墊。第二基片包括第二半導體材料和第二絕緣材料中的至少一種。第二基片接合至第一基片，使得第一和第二基片在該第一和第二基片之間形成封圍空腔。電池容納在該封圍空腔中。電池包括在電池的底表面上的導電觸件。導電觸件連接于多個接合墊的兩個或多個，使得電池的底表面面向第一基片中包括接合塾的表面。在一些示例中，該裝置還包括制造在第一和第二基片的一個上的集成電路。在這些示例中，電池構造成為集成電路提供電力。在一些示例中，該裝置還包括傳感器和集成電路。在這些示例中，集成電路制造在第一和第二基片中的一個上，電池構造成為集成電路提供電力，而傳感器連接于集成電路。在一些示例中，傳感器包括溫度傳感器、壓力傳感器、加速度計以及陀螺傳感器中的一種。在一些示例中，裝置包括第一基片、第二基片以及電池。第一基片包括第一半導體材料和第一絕緣材料中的至少一種。第一基片包括多個接合墊。第二基片包括第二半導體材料和第二絕緣材料中的至少一種。第二基片形成凹陷區域。電池制造在由第二基片限定的凹陷區域中。電池包括制造在電池的表面上的導電觸件。第二基片接合至第一基片，使得第一和第二基片封圍電池。導電觸件連接于多個接合墊的兩個或多個，使得電池中包括導電觸件的表面面向第一基片中包括接合墊的表面。
權利要求
1.一種醫療器械，包括: 第一基片，所述第一基片包括第一半導體材料和第一絕緣材料中的至少一種； 第二基片，所述第二基片包括第二半導體材料和第二絕緣材料中的至少一種，所述第二基片接合至所述第一基片，使得所述第一和第二基片在所述第一和第二基片之間限定封圍空腔； 控制模塊，所述控制模塊設置在所述封圍空腔內，且所述控制模塊構造成起到以下功能中的至少一個: 確定患者的生理學參數，以及 將電刺激輸送至所述患者；以及 儲能裝置，所述儲能裝置設置在所述空腔內，并且構造成為所述控制模塊供給電力。
2.如權利要求1所述的醫療器械，其特征在于，所述第一和第二基片包括玻璃基片。
3.如權利要求2所述的醫療器械，其特征在于，還包括硅層，所述硅層設置在所述第一和第二基片之間的接合部內。
4.如權利要求2所述的醫療器械，其特征在于，還包括吸光層，所述吸光層沉積在所述第一和第二基片之間的接合部內，其中所述吸光層吸收由所述第一和第二基片中的一個發送的一定波長的光。
5.如權利要求1所述的醫療器械，其特征在于，所述第一和第二基片包括半導體基片。
6.如權利要求1所述的醫療器械，其特征在于，所述第一和第二基片中的一個包括玻璃基片，所述第一和第二基片中的另一個包括半導體基片。
7.如權利要求1所述的醫療器械，其特征在于，所述控制模塊的至少一部分設置在芯片上，所述芯片安裝于所述第一和第二基片中的一個基片。
8.如權利要求1所述的醫療器械，其特征在于，所述控制模塊的至少一部分制造到所述第一和第二基片中的一個基片中。
9.如權利要求1所述的醫療器械，其特征在于，還包括傳感器，所述傳感器容納在所述封圍空腔內，其中所述傳感器包括溫度傳感器、壓力傳感器、加速度計以及陀螺傳感器中的一個，并且所述控制模塊基于從所述傳感器接收的信號來確定患者的溫度、患者的血壓、患者的活動水平以及患者的姿態中的至少一種。
10.如權利要求1所述的醫療器械，其特征在于，所述儲能裝置包括電池和電容器中的一種。
11.如權利要求1所述的醫療器械，其特征在于，所述儲能裝置包括固態電池，其中所述固態電池安裝成使得所述固態電池跨過所述控制模塊的至少一部分。
12.如權利要求1所述的醫療器械，其特征在于，還包括電氣連接部，所述電氣連接部從所述控制模塊通過所述第一和第二基片中的一個延伸至所述裝置的外表面。
13.如權利要求12所述的醫療器械，其特征在于，所述控制模塊構造成經由所述電氣連接部為所述患者提供電刺激。
14.如權利要求13所述的醫療器械，其特征在于，所述電刺激包括心臟起搏刺激和神經刺激中的一種。
15.如權利要求12所述的醫療器械，其特征在于，所述控制模塊構造成經由所述電氣連接部檢測所述患者的電生理學信號。
16.—種方法,包括: 將控制模塊連接于第一基片和第二基片中的一個，其中所述第一基片包括第一半導體材料和第一絕緣材料中的至少一種，且所述第二基片包括第二半導體材料和第二絕緣材料中的至少一種，其中所述控制模塊構造成起到確定患者的生理學參數和將電治療輸送至患者中的一種功能； 將儲能裝置連接于所述第一基片和所述第二基片中的一個； 使所述第一基片和所述第二基片交界，使得所述第一基片和所述第二基片在所述第一基片和所述第二基片之間形成封圍空腔，所述封圍空腔包括所述控制模塊和所述儲能裝置；以及 對所述第一和第二基片之間的交界部加熱，以在所述第一和第二基片之間形成接合部。
全文摘要
一種醫療器械包括第一基片、第二基片、控制模塊以及儲能裝置。第一基片包括第一半導體材料和第一絕緣材料中的至少一種。第二基片包括第二半導體材料和第二絕緣材料中的至少一種。第二基片接合至第一基片，使得第一和第二基片在該第一和第二基片之間形成封圍空腔。控制模塊設置在封圍空腔中。控制模塊構造成起到確定患者的生理學參數以及將電刺激輸送至患者中的至少一種功能。儲能裝置設置在空腔內，并且構造成為控制模塊供給電力。
文檔編號A61B5/00GK103180240SQ201180051580
公開日2013年6月26日 申請日期2011年4月26日 優先權日2010年10月26日
發明者R·J·奧布萊恩, J·K·戴, P·F·格里什, M·F·馬特斯, D·A·魯本, M·K·格里夫 申請人:美敦力公司