DE102009029180A1 - Mikrosystem - Google Patents

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Abstract

Ein Mikrosystem weist eine von der Umgebung abgeschlossene erste Kavität und eine von der Umgebung abgeschlossene zweite Kavität auf. Die erste Kavität wird durch eine erste Bondverbindung und die zweite Kavität durch eine zweite Bondverbindung umgrenzt. Dabei ist entweder die erste Bondverbindung oder die zweite Bondverbindung eine eutektische Bondverbindung oder eine Diffusionslötverbindung.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Mikrosystem gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 sowie ein Verfahren zum Herstellen eines Mikrosystems gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruch 6.
  • Stand der Technik
  • Mikromechanische Sensorstrukturen sind aus dem Stand der Technik bekannt. Mikromechanische Drehratensensoren zur Ermittlung von Drehraten um eine oder mehrere Achsen werden beispielsweise im Kraftfahrzeugbereich und in der Unterhaltungselektronik zur Navigation, Bildstabilisierung und Bewegungserfassung eingesetzt. Solche Drehratensensoren weisen ein in einer Kavität eingeschlossenes bewegliches mikromechanisches Element auf. Um eine geringe Dämpfung und somit eine hohe mechanische Güte zu erreichen, wird das mikromechanische Element typischerweise bei einem sehr niedrigen Gasdruck, beispielsweise bei 1 bis 5 mbar, eingeschlossen. Mikromechanische Beschleunigungssensoren dienen zur Ermittlung von in eine oder mehrere Raumrichtungen wirkenden Beschleunigungen und werden beispielsweise für elektronische Stabilisierungsprogramme, zur Airbagauslösung und zur Lageerfassung verwendet. Solche Beschleunigungssensoren weisen ebenfalls ein in eine Kavität eingeschlossenes bewegliches mikromechanisches Element auf. Um eine kritische Dämpfung und somit ein schnelles Einschwingen des beweglichen Elements zu erreichen, wird das mikromechanische Element typischerweise in eine Kavität mit einem relativ hohem Gasdruck, beispielsweise um 800 mbar, eingeschlossen. Es ist ebenfalls bekannt, eine Mehrzahl von Drehraten- und Beschleunigungssensoren in einem inertialen Navigationssystem zu kombinieren, das durch eine zeitliche Integration der Einzelsignale eine Nachverfolgung von Position und Orientierung ermöglicht.
  • Der Einschluss der mikromechanischen Elemente in die Kavitäten erfolgt durch Waferlevelverkappung, beispielsweise durch Sealglasbonden oder eutektisches Bonden. Dabei wird der beim Bonden verwendete Druck in den Innenraum der Kavität eingeschlossen. Werden auf einem Chip mehrere Sensoren realisiert, so weisen alle einhausenden Kavitäten denselben Innendruck auf. Bei Verwendung von Sealglasbonden wird der Bonddruck zusätzlich noch durch Ausgasung von Lösungsmitteln aus dem Sealglas erhöht.
  • Offenbarung der Erfindung
  • Aufgabe der Erfindung ist es, ein Mikrosystem mit einer ersten Kavität und einer zweiten Kavität bereitzustellen, die durch unterschiedliche Bondverbindungen verschlossen sind. Diese Aufgabe wird durch ein Mikrosystem mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Es ist weiter Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zum Herstellen eines solchen Mikrosystems anzugeben. Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 6 gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
  • Ein erfindungsgemäßes Mikrosystem weist eine von der Umgebung abgeschlossene erste Kavität und eine von der Umgebung abgeschlossene zweite Kavität auf. Dabei wird die erste Kavität durch eine erste Bondverbindung umgrenzt und die zweite Kavität durch eine zweite Bondverbindung umgrenzt, wobei entweder die erste Bondverbindung oder die zweite Bondverbindung eine eutektische Bondverbindung oder eine Diffusionslötverbindung ist. Vorteilhafterweise können in den Kavitäten dieses Mikrosystems unterschiedliche Innendrücke realisiert werden. Dies gestattet die Integration unterschiedlicher mikromechanischer Sensoren auf einem Chip. Dadurch lassen sich höher integrierte mikromechanische Sensorsysteme realisieren, die platzsparender und kostengünstiger sind.
  • Bevorzugt liegt in der ersten Kavität ein erster Druck und in der zweiten Kavität ein zweiter Druck vor, wobei der erste Druck und der zweite Druck unterschiedliche Beträge aufweisen. Vorteilhafterweise lassen sich in den Kavitäten unterschiedliche Sensoren anordnen, wobei in jeder Kavität der für den Betrieb des jeweiligen Sensors optimale Innendruck gewährleistet ist.
  • In einer Ausführungsform weist die erste Bondverbindung Aluminium und Gold und die zweite Bondverbindung Aluminium und Silizium auf. Vorteilhafterweise kann die erste Bondverbindung dann durch Thermokompressionsbonden bei einer niedrigen Temperatur und die zweite Bondverbindung durch eutektisches Bonden bei einer höheren Temperatur geschlossen werden. In einer alternativen Ausführungsform weist die erste Bondverbindung Kupfer und die zweite Bondverbindung Kupfer und Zinn auf. Vorteilhafterweise können auch diese beiden Bondverbindungen bei unterschiedlichen Temperaturen und Drücken geschlossen werden.
  • Bevorzugt ist in der ersten Kavität eine erste Sensorstruktur und in der zweiten Kavität eine zweite Sensorstruktur angeordnet. Vorteilhafterweise lassen sich dadurch hochintegrierte Sensorbauelemente mit mehreren Funktionen realisieren.
  • In einem erfindungsgemäßen Verfahren zum Herstellen eines Mikrosystems werden ein Substrat und ein Kappenwafer durch Bonden miteinander verbunden. Dabei werden das Substrat und der Kappenwafer in einem ersten Verfahrensschritt bei einer ersten Temperatur und einem ersten Umgebungsdruck in einem ersten Bereich durch ein erstes Bondverfahren miteinander verbunden und in einem weiteren Verfahrensschritt bei einer zweiten Temperatur und einem zweiten Umgebungsdruck in einem zweiten Bereich durch ein zweites Bondverfahren miteinander verbunden, wobei entweder das erste Bondverfahren oder das zweite Bondverfahren ein eutektisches Bondverfahren oder ein Diffusionslöten ist. Vorteilhafterweise gestattet es dieses Verfahren, den ersten Umgebungsdruck und den zweiten Umgebungsdruck unterschiedlich zu wählen.
  • In einer Weiterbildung des Verfahrens werden vorab zusätzlich Verfahrensschritte ausgeführt zum Bereitstellen des Substrats mit einer ersten Oberfläche, auf der ein erster Bondrahmen und ein zweiter Bondrahmen angeordnet sind, zum Bereitstellen des Kappenwafers mit einer zweiten Oberfläche, auf der ein erster weiterer Bondrahmen und ein zweiter weiterer Bondrahmen angeordnet sind, wobei der zweite Bondrahmen und/oder der zweite weitere Bondrahmen durch mindestens eine Unterbrechung durchbrochen ist, und zum Anordnen des Substrats und des Kappenwafers derart, dass die erste Oberfläche der zweiten Oberfläche zugewandt ist und der erste Bondrahmen mit dem ersten weiteren Bondrahmen und der zweite Bondrahmen mit dem zweiten weiteren Bondrahmen in Kontakt kommt. Vorteilhafterweise erlaubt die mindestens eine Unterbrechung im zweiten Bondrahmen oder im zweiten weiteren Bondrahmen eine Anpassung des Drucks im zweiten Bereich an den zweiten Umgebungsdruck, bevor der Kappenwafer und das Substrat im zweiten Bereich durch das eutektische Bondverfahren oder das Diffusionslöten miteinander verbunden werden.
  • Zweckmäßigerweise schmelzen der zweite Bondrahmen und/oder der zweite weitere Bondrahmen während des eutektischen Bondens oder des Diffusionslötens kurzzeitig auf, wobei die mindestens eine Unterbrechung im zweiten Bondrahmen und/oder im zweiten weiteren Bondrahmen geschlossen wird. Vorteilhafterweise wird im durch das eutektische Bondverfahren abgeschlossenen Bereich dann der zweite Umgebungsdruck eingeschlossen.
  • Zweckmäßigerweise ist die erste Temperatur geringer als die zweite Temperatur. Vorteilhafterweise wird dadurch sichergestellt, dass die Bondverbindungen hintereinander hergestellt werden können.
  • Bevorzugt weisen der erste Bondrahmen Aluminium, der zweite Bondrahmen Silizium und der erste und der zweite weitere Bondrahmen Gold auf. Dabei liegt die erste Temperatur oberhalb von 300°C und unterhalb von 363°C und die zweite Temperatur oberhalb von oder bei 363°C.
  • Die Erfindung wird nun anhand der beigefügten Figuren näher erläutert. Dabei werden für gleiche oder gleich wirkende Elemente einheitliche Bezugszeichen verwendet. Es zeigen:
  • 1 eine Aufsicht auf ein Substrat;
  • 2 eine Aufsicht auf einen Kappenwafer;
  • 3 einen Schnitt durch ein Mikrosystem in einem ersten Verarbeitungsstand;
  • 4 einen Schnitt durch das Mikrosystem in einem zweiten Verarbeitungsstand; und
  • 5 einen Schnitt durch das Mikrosystem in einem dritten Verarbeitungsstand.
  • Ausführungsformen der Erfindung
  • 1 zeigt in schematischer Darstellung eine Aufsicht auf ein Substrat 110. Das Substrat 110 kann beispielsweise ein Siliziumsubstrat sein. Das Substrat 110 kann ein vollständiger Wafer oder ein Teil eines Wafers sein. Auf dem Substrat 110 sind eine erste Sensorstruktur 200 und eine zweite Sensorstruktur 300 angeordnet. Bei den Sensorstrukturen 200, 300 kann es sich um mikromechanische Sensorstrukturen, beispielsweise um Drehraten- oder Beschleunigungssensoren handeln. Beispielsweise kann die erste Sensorstruktur 200 ein Drehratensensor und die zweite Sensorstruktur 300 ein Beschleunigungssensor sein.
  • Die erste Sensorstruktur 200 wird durch einen auf der Oberfläche des Substrats 110 angeordneten ersten unteren Bondrahmen 220 umgrenzt. Im Beispiel der 1 weist der erste untere Bondrahmen 220 die Form eines etwa quadratischen Rahmens auf. Der erste untere Bondrahmen 220 kann jedoch auch die Form eines Kreisrings oder eine beliebige andere geschlossene Form aufweisen, die die erste Sensorstruktur 200 umrandet. Der erste untere Bondrahmen 220 kann beispielsweise aus Aluminium bestehen, das auf der Oberfläche des Substrats 110 abgeschieden wurde. Die Höhe des ersten unteren Bondrahmens 220 senkrecht zur Oberfläche des Substrats 110 kann dabei beispielsweise zwischen ½ µm und 10 µm liegen. Die Breite des ersten unteren Bondrahmens 220 parallel zur Oberfläche des Substrats 110 kann beispielsweise zwischen 10 µm und 500 µm, bevorzugt in der Größe von 100 µm liegen.
  • Die zweite Sensorstruktur 300 wird durch einen zweiten unteren Bondrahmen 320 umlaufend umgrenzt. Der zweite untere Bondrahmen 320 weist dabei vier Unterbrechungen 325 auf, an denen der zweite untere Bondrahmen 320 durchbrochen ist. Es können auch weniger oder mehr als vier Unterbrechungen 325, mindestens jedoch eine Unterbrechung 325, vorgesehen sein. Der zweite untere Bondrahmen 320 weist im dargestellten Beispiel ebenfalls die Form eines etwa quadratischen Rahmens auf. Die Form des zweiten unteren Bondrahmens 320 kann jedoch wie die Form des ersten unteren Bondrahmens 220 auch anders gewählt werden. Die Größenabmessungen des zweiten unteren Bondrahmens 320 entsprechen etwa denen des ersten unteren Bondrahmens 220. Der zweite untere Bondrahmen 320 kann beispielsweise aus Silizium bestehen.
  • 2 zeigt in schematischer Darstellung eine Aufsicht auf einen Kappenwafer 120. Der Kappenwafer 120 dient zur Verkappung der auf dem Substrat 110 angeordneten Sensorstrukturen 200, 300. Der Kappenwafer 120 kann beispielsweise aus Silizium oder aus Glas bestehen. Der Kappenwafer 120 kann ein vollständiger Wafer oder ein Teil eines Wafers sein. Auf der Oberfläche des Kappenwafers 120 sind ein erster oberer Bondrahmen 230 und ein zweiter oberer Bondrahmen 330 angeordnet. Position und Größe des ersten oberen Bondrahmens 230 und des zweiten oberen Bondrahmens 330 sind so gewählt, dass der erste obere Bondrahmen 230 mit dem ersten unteren Bondrahmen 220 auf dem Substrat 110 und der zweite obere Bondrahmen 330 mit dem zweiten unteren Bondrahmen 320 auf dem Substrat 110 in Deckung gebracht werden können. Der erste obere Bondrahmen 230 und der zweite obere Bondrahmen 330 können beispielsweise aus Gold bestehen, das auf dem Kappenwafer 120 abgeschieden worden ist. Der zweite obere Bondrahmen 330 kann, wie der zweite untere Bondrahmen 320 Unterbrechungen aufweisen, an denen der zweite obere Bondrahmen 330 durchbrochen ist. Falls der zweite obere Bondrahmen 330 derartige Unterbrechungen aufweist, so können die Unterbrechungen 325 im zweiten unteren Bondrahmen 320 wahlweise entfallen.
  • Das Substrat 110 und der Kappenwafer 120 können miteinander verbunden werden, um die erste Sensorstruktur 200 und die zweite Sensorstruktur 300 einzuschließen beziehungsweise zu verkappen. Dazu müssen der erste untere Bondrahmen 220 mit dem ersten oberen Bondrahmen 230 und der zweite untere Bondrahmen 320 mit dem zweiten oberen Bondrahmen 330 verbunden werden. Dabei wird die erste Sensorstruktur 200 in einer ersten Kavität 210 und die zweite Sensorstruktur 300 in einer zweiten Kavität 310 eingeschlossen. Falls die erste Sensorstruktur 200 und die zweite Sensorstruktur 300 unterschiedliche Anforderungen an den Umgebungsdruck stellen, so müssen in der ersten Kavität 210 und in der zweiten Kavität 310 unterschiedliche Innendrücke eingeschlossen werden. 3 bis 5 zeigen unterschiedliche Verarbeitungsschritte zum Herstellen einer derartigen Verbindung zwischen dem Substrat 110 und dem Kappenwafer 120.
  • 3 zeigt in einer Schnittdarstellung, dass die die unteren Bondrahmen 220, 320 aufweisende Oberfläche des Substrats 110 und die die oberen Bondrahmen 230, 330 aufweisende Oberfläche des Kappenwafers 120 zunächst einander derart zugewandt angeordnet werden, dass der erste untere Bondrahmen 220 dem ersten oberen Bondrahmen 230 und der zweite untere Bondrahmen 320 dem zweiten oberen Bondrahmen 330 gegenüber liegen. Das Substrat 110 und der Kappenwafer 120 werden nun in einer Bondanlage bei einem ersten Druck 215 miteinander in Kontakt gebracht. Der erste Druck 215 kann je nach dem in der Bondanlage erreichbaren Druck beispielsweise zwischen 10–3 mbar bis über 1000 mbar liegen.
  • Anschließend erfolgt eine in 4 schematisch dargestellte erste Phase des Bondprozesses. Die Umgebungstemperatur in der Bondanlage wird auf eine erste Temperatur erhöht, bei der der erste untere Bondrahmen 220 und der erste obere Bondrahmen 230 durch Thermokompressionsbonden miteinander verbunden werden. Die erste Temperatur beträgt dabei typischerweise über 300°C und weniger als 363°C. Bevorzugt liegt die erste Temperatur bei ungefähr 350°C. Während der erste untere Bondrahmen 220 und der erste obere Bondrahmen 230 durch Thermokompressionsbonden miteinander verbunden werden, entsteht eine erste Bondverbindung 240, die eine die erste Sensorstruktur 200 umgebende erste Kavität 210 umschließt. Dabei wird der erste Druck 215 in der ersten Kavität 210 eingeschlossen. Die erste Kavität 210 wird also durch das Substrat 110, den Kappenwafer 120 und die erste Bondverbindung 240 umschlossen und ist so dicht, dass der erste Druck 215 in der erste Kavität 210 bestehen bleibt.
  • Der zweite untere Bondrahmen 320 und der zweite obere Bondrahmen 330 befinden sich ebenfalls in Kontakt miteinander, sind aber noch nicht miteinander verbunden. Durch die Unterbrechungen 325 im zweiten unteren Bondrahmen 320 und/oder im zweiten oberen Bondrahmen 330 kann ein Druckausgleich zwischen dem die zweite Sensorstruktur 300 umgebenden Bereich und der Umgebung von Substrat 110 und Kappenwafer 120 erfolgen. Im Folgenden wird der Umgebungsdruck in der Bondanlage auf einen zweiten Druck 315 geändert. Der zweite Druck 315 kann höher oder niedriger als der erste Druck 215 sein und ebenfalls, abhängig von den Möglichkeiten der Bondanlage, zwischen 10–3 mbar und über 1000 mbar liegen. Über die Unterbrechungen 325 stellt sich der zweite Druck 315 auch in der Umgebung der zweiten Sensorstruktur 300 ein. Anschließend wird die Temperatur in der Bondanlage auf eine zweite Temperatur erhöht, die bevorzugt größer oder gleich 363°C ist. Die erste Bondverbindung 240 wird durch die Erhöhung der Temperatur zur Herstellung der zweiten Bondverbindung 340 nicht beeinträchtigt. Bei einer Temperatur von 363°C kommt es zu einem eutektischen Bondvorgang zwischen dem zweiten unteren Bondrahmen 320 und dem zweiten oberen Bondrahmen 330. Dabei werden das Silizium des zweiten unteren Bondrahmens 320 und das Gold des zweiten oberen Bondrahmens 330 miteinander verbunden und schmelzen kurzzeitig auf, wodurch eine zweite Bondverbindung 340 entsteht. Während des Aufschmelzens werden die Unterbrechungen 325 im zweiten unteren Bondrahmen 320 und/oder im zweiten oberen Bondrahmen 330 geschlossen. In der Umgebung der zweiten Sensorstruktur 300 entsteht dadurch eine zweite Kavität 310, die durch das Substrat 110, den Kappenwafer 120 und die zweite Bondverbindung 340 umgrenzt wird und in der der zweite Druck 315 eingeschlossen ist. Auch die zweite Kavität 310 ist so dicht, dass der zweite Druck 315 beibehalten wird. 5 zeigt das fertig entstandene Mikrosystem 100 in schematischer Schnittansicht.
  • Anstelle der genannten Materialsysteme für die unteren Bondrahmen 220, 320 und die oberen Bondrahmen 230, 330 können auch andere Bondmaterialien verwendet werden. Wichtig ist lediglich, dass die erste Bondverbindung 240 bei einer niedrigeren Temperatur als die zweite Bondverbindung 340 erzeugt wird, und dass die zweite Bondverbindung 340 eine eutektische Verbindung oder eine andere Verbindung ist, während deren Herstellung es zu einer kurzzeitigen Verflüssigung der Bondmaterialien kommt, die zu einem Zufließen der Unterbrechungen 325 führt. Als alternatives Materialsystem können der erste untere Bondrahmen 220 und der erste obere Bondrahmen 230 beispielsweise beide Kupfer aufweisen und der zweite untere Bondrahmen 320 und der zweite obere Bondrahmen 330 Kupfer und Zinn aufweisen. In diesem Fall entsteht die zweite Bondverbindung aus Zinn und Kupfer durch ein sogenanntes Solid-Liquid-Interdiffusion-Bondverfahren (SLID). Dieses Verfahren wird auch als Diffusionslöten bezeichnet. Auch hierbei kommt es zu einer kurzzeitigen Verflüssigung der Bondmaterialien.

Claims (10)

  1. Mikrosystem (100) mit einer von der Umgebung abgeschlossenen ersten Kavität (210), und einer von der Umgebung abgeschlossenen zweiten Kavität (310), wobei die erste Kavität (210) durch eine erste Bondverbindung (240) umgrenzt wird und die zweite Kavität (310) durch eine zweite Bondverbindung (340) umgrenzt wird, dadurch gekennzeichnet, dass entweder die erste Bondverbindung (240) oder die zweite Bondverbindung (340) eine eutektische Bondverbindung oder eine Diffusionslötverbindung ist.
  2. Mikrosystem (100) gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in der ersten Kavität (210) ein erster Druck (215) vorliegt, und in der zweiten Kavität (310) ein zweiter Druck (315) vorliegt, wobei der erste Druck (215) und der zweite Druck (315) unterschiedliche Beträge aufweisen.
  3. Mikrosystem (100) gemäß einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Bondverbindung (240) Aluminium und Gold aufweist und die zweite Bondverbindung (340) Aluminium und Silizium aufweist.
  4. Mikrosystem (100) gemäß einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Bondverbindung (240) Kupfer aufweist und die zweite Bondverbindung (340) Kupfer und Zinn aufweist.
  5. Mikrosystem (100) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in der ersten Kavität (210) eine erste Sensorstruktur (200) angeordnet ist, und in der zweiten Kavität (310) eine zweite Sensorstruktur (300) angeordnet ist.
  6. Verfahren zum Herstellen eines Mikrosystems (100), wobei ein Substrat (110) und ein Kappenwafer (120) durch Bonden miteinander verbunden werden, dadurch gekennzeichnet, dass in einem Verfahrensschritt bei einer ersten Temperatur und einem ersten Umgebungsdruck das Substrat (110) und der Kappenwafer (120) in einem ersten Bereich durch ein erstes Bondverfahren miteinander verbunden werden, und in einem weiteren Verfahrensschritt bei einer zweiten Temperatur und einem zweiten Umgebungsdruck das Substrat (110) und der Kappenwafer (120) in einem zweiten Bereich durch ein zweites Bondverfahren miteinander verbunden werden, wobei entweder das erste Bondverfahren oder das zweite Bondverfahren ein eutektisches Bondverfahren oder ein Diffusionslöten ist.
  7. Verfahren gemäß Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass vorab zusätzlich folgende Verfahrensschritte ausgeführt werden: – Bereitstellen des Substrats (110) mit einer ersten Oberfläche, auf der ein erster Bondrahmen (220) und ein zweiter Bondrahmen (320) angeordnet sind, – Bereitstellen des Kappenwafers (120) mit einer zweiten Oberfläche, auf der ein erster weiterer Bondrahmen (230) und ein zweiter weiterer Bondrahmen (330) angeordnet sind, wobei der zweite Bondrahmen (320) und/oder der zweite weitere Bondrahmen (330) durch mindestens eine Unterbrechung (325) durchbrochen ist; – Anordnen des Substrats (110) und des Kappenwafers (120) derart, dass die erste Oberfläche der zweiten Oberfläche zugewandt ist und der erste Bondrahmen (220) mit dem ersten weiteren Bondrahmen (230) und der zweite Bondrahmen (230) mit dem zweiten weiteren Bondrahmen (330) in Kontakt kommt.
  8. Verfahren gemäß Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Bondrahmen (320) und/oder der zweite weitere Bondrahmen (330) während des eutektischen Bondens oder des Diffusionslötens kurzzeitig aufschmelzen, wobei die mindestens eine Unterbrechung (325) im zweiten Bondrahmen (320) und/oder im zweiten weiteren Bondrahmen (330) geschlossen wird.
  9. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Temperatur geringer als die zweite Temperatur ist.
  10. Verfahren gemäß Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Bondrahmen (220) Aluminium aufweist und der zweite Bondrahmen (320) Silizium aufweist; und der erste und der zweite weitere Bondrahmen (230, 330) Gold aufweisen, und die erste Temperatur oberhalb von 300°C und unterhalb von 363°C liegt, und die zweite Temperatur größer oder gleich 363°C ist.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102017207475A1 (de) * 2017-04-07 2018-11-08 Robert Bosch Gmbh Mikromechanisches Bauelement und Verfahren zum Herstellen eines mikromechanischen Bauelements

Families Citing this family (22)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102008054415A1 (de) * 2008-12-09 2010-06-10 Robert Bosch Gmbh Anordnung zweier Substrate mit einer SLID-Bondverbindung und Verfahren zur Herstellung einer solchen Anordnung
US8216882B2 (en) * 2010-08-23 2012-07-10 Freescale Semiconductor, Inc. Method of producing a microelectromechanical (MEMS) sensor device
DE102011081033B4 (de) * 2011-08-16 2022-02-17 Robert Bosch Gmbh Verfahren zur Herstellung einer mikromechanischen Struktur und mikromechanische Struktur
DE102011085727A1 (de) * 2011-11-03 2013-05-08 Continental Teves Ag & Co. Ohg Mikromechanisches Element, Bauelement mit einem mikromechanischen Element und Verfahren zum Herstellen eines Bauelements
JP2013232626A (ja) * 2012-04-04 2013-11-14 Seiko Epson Corp 電子デバイス及びその製造方法、電子機器、並びに移動体
US20130320466A1 (en) * 2012-05-31 2013-12-05 Analog Devices, Inc. Package for Damping Inertial Sensor
US8952465B2 (en) 2012-07-13 2015-02-10 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. MEMS devices, packaged MEMS devices, and methods of manufacture thereof
DE102012219605B4 (de) 2012-10-26 2021-09-23 Robert Bosch Gmbh Mikromechanisches Bauelement
US9266717B2 (en) 2013-03-15 2016-02-23 Versana Micro Inc Monolithically integrated multi-sensor device on a semiconductor substrate and method therefor
US9738511B2 (en) 2013-09-13 2017-08-22 Invensense, Inc. Reduction of chipping damage to MEMS structure
DE102013222517A1 (de) * 2013-11-06 2015-05-07 Robert Bosch Gmbh Mikromechanische Sensoreinheit und Verfahren zur Herstellung von mikromechanischen Sensoreinheiten
US9352956B2 (en) 2014-01-16 2016-05-31 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. MEMS devices and methods for forming same
US9761557B2 (en) * 2014-04-28 2017-09-12 Invensense, Inc. CMOS-MEMS integration by sequential bonding method
DE102014211558A1 (de) * 2014-06-17 2015-12-17 Robert Bosch Gmbh Mikroelektromechanisches System und Verfahren zum Herstellen eines mikroelektromechanischen Systems
CN106586946A (zh) * 2015-10-15 2017-04-26 中芯国际集成电路制造(上海)有限公司 一种mems器件及其制备方法、电子装置
DE102015224523A1 (de) * 2015-12-08 2017-06-08 Robert Bosch Gmbh Zusätzliche Fläche zur Stabilisierung des Kaverneninnendrucks über Lebenszeit
DE102015224481A1 (de) * 2015-12-08 2017-06-08 Robert Bosch Gmbh Laser-Reseal mit verschiedenen Kappenmaterialien
DE102015224533A1 (de) * 2015-12-08 2017-06-08 Robert Bosch Gmbh Reaktives Verschlussgas zur gezielten Anpassung des Kaverneninnendruckes
DE102016200497A1 (de) * 2016-01-15 2017-07-20 Robert Bosch Gmbh Verfahren zum Herstellen eines mikromechanischen Bauelements
CN105762088B (zh) * 2016-04-13 2018-07-31 中国科学院微电子研究所 一种阻止金属共晶键合合金外溢的方法及一种器件
CN109231153A (zh) * 2018-08-22 2019-01-18 深圳市奥极医疗科技有限公司 微加速度传感器的芯片级封装结构及制作方法与划片方法
CN109748235B (zh) * 2018-12-29 2022-01-07 深迪半导体(绍兴)有限公司 一种半导体器件及其密封腔体制造工艺和图案转移版

Family Cites Families (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3613838B2 (ja) * 1995-05-18 2005-01-26 株式会社デンソー 半導体装置の製造方法
US6428650B1 (en) * 1998-06-23 2002-08-06 Amerasia International Technology, Inc. Cover for an optical device and method for making same
JP3435665B2 (ja) * 2000-06-23 2003-08-11 株式会社村田製作所 複合センサ素子およびその製造方法
US20020056742A1 (en) * 2000-11-10 2002-05-16 Rinne Glenn A. Methods and systems for attaching substrates to one another using solder structures having portions with different melting points
US6470594B1 (en) * 2001-09-21 2002-10-29 Eastman Kodak Company Highly moisture-sensitive electronic device element and method for fabrication utilizing vent holes or gaps
US6644536B2 (en) * 2001-12-28 2003-11-11 Intel Corporation Solder reflow with microwave energy
DE10243014B4 (de) * 2002-09-17 2010-07-01 Robert Bosch Gmbh Vorrichtung zur Detektion und Vorrichtung zur Messung der Konzentration eines Stoffes
DE102004027501A1 (de) * 2004-06-04 2005-12-22 Robert Bosch Gmbh Mikromechanisches Bauelement mit mehreren Kavernen und Herstellungsverfahren
US7159459B2 (en) * 2005-01-06 2007-01-09 Freescale Semiconductor, Inc. Multiple microelectromechanical (MEM) devices formed on a single substrate and sealed at different pressures and method therefor
DE102006016260A1 (de) * 2006-04-06 2007-10-18 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Mikromechanische Gehäusung mit mindestens zwei Kavitäten mit unterschiedlichem Innendruck und/oder unterschiedlicher Gaszusammensetzung sowie Verfahren zu deren Herstellung
CN100492631C (zh) * 2006-04-26 2009-05-27 胜华科技股份有限公司 光学显示器构装结构及其方法
JP2008218811A (ja) * 2007-03-06 2008-09-18 Hitachi Metals Ltd 機能素子パッケージ
FR2922203B1 (fr) * 2007-10-15 2009-11-20 Commissariat Energie Atomique Procede de realisation d'une structure ayant un cordon de scellement ajoure et structure obtenue.
DE102008040970A1 (de) * 2008-08-04 2010-02-11 Robert Bosch Gmbh Mikromechanische Vorrichtung mit Kavernen mit unterschiedlichem atmosphärischen Innendruck
KR100945800B1 (ko) * 2008-12-09 2010-03-05 김영혜 이종 접합 웨이퍼 제조방법

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102017207475A1 (de) * 2017-04-07 2018-11-08 Robert Bosch Gmbh Mikromechanisches Bauelement und Verfahren zum Herstellen eines mikromechanischen Bauelements

Also Published As

Publication number Publication date
ITMI20101577A1 (it) 2011-03-04
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CN102009942A (zh) 2011-04-13
US20120291543A1 (en) 2012-11-22

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