IT202100013718A1 - Procedimento di fabbricazione di un dispositivo microelettromeccanico combinato e relativo dispositivo microelettromeccanico combinato - Google Patents
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Description
DESCRIZIONE
del brevetto per invenzione industriale dal titolo:
?PROCEDIMENTO DI FABBRICAZIONE DI UN DISPOSITIVO MICROELETTROMECCANICO COMBINATO E RELATIVO DISPOSITIVO MICROELETTROMECCANICO COMBINATO?
La presente soluzione ? relativa ad un procedimento di fabbricazione di un dispositivo microelettromeccanico (realizzato in tecnologia MEMS - Micro-Electro-Mechanical System) combinato, cosiddetto ?combo?, e ad un relativo dispositivo microelettromeccanico combinato.
Sono noti dispositivi MEMS combinati, ovvero includenti almeno una prima ed una seconda struttura microelettromeccanica, ad esempio una prima ed una seconda struttura di rilevamento definenti un primo ed un secondo sensore, disposte in una stessa piastrina (die) di materiale semiconduttore.
L?utilizzo di tali dispositivi MEMS combinati risulta particolarmente vantaggioso, ad esempio in termini di occupazione di area e ottimizzazione dei collegamenti elettrici.
In particolare, sono noti dispositivi MEMS combinati definenti unit? di misura inerziali, cosiddette IMU (Inertial Measuring Unit), comprendenti in una stessa piastrina di materiale semiconduttore una pluralit? di sensori differenti ed a pi? assi di rilevamento, ad esempio almeno un accelerometro ed un giroscopio, entrambi triassiali, in modo da fornire informazioni sia di accelerazione sia di velocit? angolare di un corpo o oggetto a cui sono applicati.
Ad esempio, tali dispositivi sono ampiamente utilizzati in dispositivi mobili o indossabili (quali smartphone, tablet, smart watch o simili) o in applicazioni automotive o industriali.
In modo noto, l?accelerometro ed il giroscopio comprendono rispettive strutture mobili, sospese elasticamente rispetto ad un comune substrato realizzato nella piastrina di materiale semiconduttore ed alloggiate in una rispettiva cavit? ermetica, tipicamente definita dall?accoppiamento di un cappuccio (cap) allo stesso substrato.
? inoltre nota l?esigenza di poter definire differenti condizioni operative per le strutture microelettromeccaniche dei dispositivi MEMS combinati, in particolare per quanto riguarda differenti valori di pressione all?interno delle rispettive cavit? ermetiche. Ad esempio, un accelerometro richiede, per operare al meglio, valori di pressione elevati (dell?ordine di decine di mBar, ad esempio intorno a 100 mBar) per lo smorzamento della relativa struttura, mobile per effetto inerziale; mentre un giroscopio richiede, nuovamente per operare al meglio, valori di pressione ridotti (dell?ordine di alcuni mBar, ad esempio intorno a 1 mBar), per assicurare un efficace azionamento della relativa struttura mobile. In questo caso, dunque, la pressione interna alla cavit? ermetica in cui ? disposto l?accelerometro deve essere differente, in particolare maggiore, rispetto alla pressione interna alla rispettiva cavit? ermetica in cui ? alloggiato il giroscopio.
Dal punto di vista del procedimento di fabbricazione, la suddetta esigenza di definire differenti valori di pressione all?interno delle rispettive cavit? ermetiche nel dispositivo MEMS combinato pone alcuni problemi di implementazione.
Una prima soluzione nota prevede, a questo riguardo, l?impiego di una regione di getter, che viene introdotta in una delle cavit? ermetiche (ad esempio essendo accoppiata al cappuccio in corrispondenza di tale cavit?), in modo tale da regolare in maniera desiderata la pressione interna alla stessa cavit? ermetica.
In particolare, in seguito all?accoppiamento, ?bonding?, del cappuccio al substrato comune, le cavit? ermetiche delle differenti strutture microelettromeccaniche, definite dallo stesso cappuccio, si vengono a trovare ad una stessa pressione, per effetto del processo di bonding e dei gas di processo utilizzati; l?attivazione della regione di getter consente in questo caso di ridurre la pressione all?interno della cavit? in cui ? inserita.
Una seconda soluzione nota, descritta ad esempio in US 10,017,380 B1 o in US 9,919,919 B2, prevede la definizione di un ?camino? o canale di accesso attraverso il cappuccio (in seguito al suo accoppiamento al substrato comune) in corrispondenza di una delle cavit? ermetiche, di cui si vuole controllare in maniera distinta la pressione.
Attraverso tale canale di accesso, viene regolata in maniera desiderata la pressione interna a tale cavit?, ad esempio mediante l?introduzione di un flusso di gas a pressione controllata; successivamente, lo stesso canale di accesso viene opportunamente sigillato nello stesso ambiente a pressione controllata, ad esempio mediante tecniche di deposizione, o di fusione laser (?laser melting?).
Entrambe le suddette soluzioni note non risultano tuttavia del tutto soddisfacenti e presentano comuni problematiche associate ad un non agevole controllo dello spread di processo e dei set-point di pressione, nonch? alla complessit? del processo di fabbricazione.
In particolare, nel caso della prima soluzione, il valore finale della pressione nella cavit? in cui ? formata la regione di getter ? influenzato da una serie di fattori, tra cui la tolleranza sul set point di pressione nelle altre cavit?, la composizione e concentrazione dei gas di processo, l?attivazione del getter e la capacit? di ridurre la pressione interna alla cavit?.
Inoltre, l?integrazione della regione di getter nel flusso di processo incrementa la complessit? di fabbricazione del cappuccio.
Nel caso della seconda soluzione, la chiusura ermetica del canale di accesso richiede complesse operazioni aggiuntive, in particolare per quanto riguarda la fase di laser melting, che comportano un aggravio dei costi e dei tempi del processo di fabbricazione.
Scopo della presente soluzione ? dunque quello di fornire una soluzione per la realizzazione di un dispositivo microelettromeccanico combinato che consenta di superare le problematiche precedentemente evidenziate.
Secondo la presente soluzione vengono forniti un procedimento di fabbricazione di un dispositivo microelettromeccanico combinato ed un relativo dispositivo microelettromeccanico combinato, come definiti nelle rivendicazioni allegate.
Per una migliore comprensione della presente invenzione ne vengono ora descritte forme di realizzazione preferite, a puro titolo di esempio non limitativo, con riferimento ai disegni allegati, nei quali:
- le Figure 1A-1E sono viste schematiche in sezione di un dispositivo microelettromeccanico combinato, in fasi successive di un relativo procedimento di fabbricazione, secondo una forma di realizzazione della presente soluzione;
- la Figura 2 mostra una vista schematica in sezione di un possibile dispositivo microelettromeccanico combinato, risultante dal procedimento di fabbricazione; e
- la Figura 3 ? uno schema a blocchi di massima di un apparecchio elettronico, includente il dispositivo microelettromeccanico combinato.
Come mostrato in Figura 1A, il procedimento di fabbricazione di un dispositivo microelettromeccanico (MEMS) combinato prevede inizialmente la realizzazione, con tecniche note qui non descritte in dettaglio, di una prima e di una seconda struttura microelettromeccanica 2a, 2b in una piastrina (die) 1 di materiale semiconduttore, in particolare silicio.
La prima e la seconda struttura microelettromeccanica 2a, 2b sono realizzate rispettivamente in una prima e in una seconda porzione 1?, 1? della piastrina 1, tra loro distinte e separate da una porzione di separazione 3.
In una possibile forma di realizzazione, illustrata schematicamente in Figura 1A, in cui il dispositivo MEMS combinato definisce una unit? di misura inerziale, la prima struttura microelettromeccanica 2a ? una struttura di rilevamento definente un giroscopio capacitivo, ad esempio triassiale; e la seconda struttura microelettromeccanica 2b ? una struttura di rilevamento definente un accelerometro capacitivo, ad esempio anch?esso triassiale.
In particolare, la piastrina 1 comprende un substrato 4 avente una superficie superiore 4a, su cui ? formato uno strato dielettrico 5 ed al di sopra della quale sono realizzate le suddette prima e seconda struttura microelettromeccanica 2a, 2b.
Nella forma di realizzazione illustrata, la prima e la seconda struttura microelettromeccanica 2a, 2b comprendono, definiti in uno stesso strato strutturale 6 al di sopra del substrato 4, rispettivi elementi sospesi, indicati schematicamente con 7 (ad esempio masse inerziali, elettrodi di rilevamento e/o elettrodi di attuazione, elementi elastici); tali elementi sospesi 7 sono accoppiati a rispettivi elementi di ancoraggio 8, solidali rispetto al substrato 4, anch?essi definiti a partire dallo stesso strato strutturale 6.
Inoltre, sullo strato dielettrico 5 ? disposto ed opportunamente sagomato uno strato conduttivo 9, ad esempio di polisilicio, che definisce opportuni collegamenti elettrici tra la prima e la seconda struttura microelettromeccanica 2a, 2b e piazzole (pad) di contatto, accessibili dall?esterno del dispositivo microelettromeccanico combinato (in modo qui non illustrato), ad esempio per la polarizzazione delle strutture stesse e per l?acquisizione dei relativi segnali di rilevamento.
La suddetta porzione di separazione 3 della piastrina 1 comprende, nell?esempio illustrato, una porzione del suddetto strato strutturale 6, interposta tra rispettivi elementi di ancoraggio 8 della prima e della seconda struttura microelettromeccanica 2a, 2b.
Come mostrato in Figura 1B, il procedimento di fabbricazione prevede inoltre l?accoppiamento di un cappuccio 10 al di sopra dello strato strutturale 6 della piastrina 1.
Tale cappuccio 10 ? lavorato, in maniera di per s? nota e qui non illustrata in dettaglio, in modo da definire un primo ed un secondo recesso 12a, 12b, a partire da una superficie di affaccio 11 dello stesso cappuccio 10 rivolta verso lo strato strutturale 6 della piastrina 1.
In particolare, il primo recesso 12a ? posizionato in corrispondenza della prima struttura di rilevamento 2a, mentre il secondo recesso 12b ? posizionato in corrispondenza della seconda struttura di rilevamento 2b.
Una regione di accoppiamento (bonding) 14, di un opportuno materiale atto a garantire un accoppiamento ermetico, in particolare di materiale glass frit, ? accoppiata alla superficie di affaccio 11 del cappuccio 10.
In particolare, tale regione di bonding 14 comprende una prima ed una seconda porzione di accoppiamento 14a, 14b disposte esternamente rispetto alla, ed in prossimit? della, prima, rispettivamente seconda, struttura di rilevamento 2a, 2b (analogamente rispetto alla prima e alla seconda porzione 1?, 1? della piastrina 1), ed una terza porzione di accoppiamento 14c disposta in corrispondenza della suddetta porzione di separazione 3 della stessa piastrina 1. Tale terza porzione di accoppiamento 14c ? interposta tra la prima e la seconda porzione di accoppiamento 14a, 14b lungo un primo asse orizzontale x di un piano orizzontale xy in cui giace la superficie di affaccio 11.
Si noti che, in una possibile realizzazione, la regione di bonding 14 pu? definire, nel piano orizzontale xy, un anello intorno al primo ed al secondo recesso 12a, 12b, in tal caso la prima e la terza porzione di accoppiamento 14a e 14c e la seconda e la terza porzione di accoppiamento 14b e 14c essendo tra loro raccordate (in maniera non illustrata in Figura 1B).
La regione di bonding 14 presenta una altezza iniziale h1, lungo un asse verticale z, trasversale alla superficie di affaccio 11 del cappuccio 10 (che giace in un piano orizzontale xy).
Come mostrato nella stessa Figura 1B, un elemento distanziatore o di arresto (cosiddetto ?stopper?) 16 pu? essere accoppiato alla stessa superficie 11 del cappuccio 10, ad esempio in prossimit? della prima porzione di accoppiamento 14a della regione di bonding 14, avente un?altezza di separazione hs, minore della suddetta altezza iniziale h1.
Tale elemento stopper 16 pu? essere integrale al cappuccio 10 ed essere definito, in modo noto qui non descritto in dettaglio, contestualmente alla definizione dei suddetti primo e secondo recesso 12a, 12b.
Come mostrato nella suddetta Figura 1B, quando il cappuccio 10 viene posto a contatto della piastrina 1, con la regione di bonding 14 che si accoppia a contatto dello strato strutturale 6 della stessa piastrina 1, si definiscono, interposte tra lo stesso strato strutturale 6 e la superficie 11 del cappuccio 10: una prima cavit? 20a, disposta in corrispondenza della prima struttura microelettromeccanica 2a, delimitata lateralmente (nella direzione del suddetto primo asse orizzontale x) dalla prima e dalla terza porzione di accoppiamento 14a, 14c della regione di bonding 14 ed includente il primo recesso 12a del cappuccio 10; ed una seconda cavit? 20b, disposta in corrispondenza della seconda struttura microelettromeccanica 2b, delimitata lateralmente dalla seconda e dalla terza porzione di accoppiamento 14b, 14c della stessa regione di bonding 14 ed includente il secondo recesso 12b del suddetto cappuccio 10.
Come mostrato in Figura 1C, viene quindi eseguita una prima fase di accoppiamento o bonding (per termocompressione), con un ambiente di processo ad una pressione controllata avente un primo valore P1, che corrisponde ad esempio alla pressione operativa desiderata per la seconda struttura microelettromeccanica 2b (in questa forma di realizzazione una pressione elevata indicata per il funzionamento dell?accelerometro, ad esempio dell?ordine di decine di mBar, ad esempio pari a 100 mBar).
Si noti che tale prima fase di bonding comporta una deformazione, in particolare un appiattimento o schiacciamento, ?squishing?, (riduzione di altezza ed allargamento) della regione di bonding 14, per effetto del reflusso (reflow) del materiale di accoppiamento, in particolare glass-frit; tale regione di bonding 14 assume pertanto una altezza intermedia h2, minore dell?altezza iniziale h1.
Nella forma di realizzazione illustrata, tale altezza intermedia h2 corrisponde all?altezza di separazione hs dell?elemento stopper 16, che definisce infatti in tal caso la distanza di separazione tra il cappuccio 10 e lo strato strutturale 6 della piastrina 1, al termine della suddetta prima fase di accoppiamento.
Come mostrato in Figura 1D, il procedimento di fabbricazione prevede un eventuale assottigliamento del cappuccio 10, a partire da una superficie esterna 11? opposta alla superficie di affaccio 11. Successivamente, viene eseguito un attacco dello stesso cappuccio 10, a partire da tale superficie esterna 11? (eventualmente risultante dall?operazione di assottigliamento) ed in prossimit? della prima porzione di accoppiamento 14a della regione di bonding 14, internamente rispetto alla disposizione del primo recesso 12a.
Tale attacco porta alla definizione di un canale di accesso 22, che attraversa l?intero spessore del cappuccio 10 (dalla superficie esterna 11? alla superficie di affaccio 11), in modo da essere in comunicazione fluidica con la prima cavit? 20a.
Nel caso in cui sia stato in precedenza realizzato l?elemento stopper 16, tale attacco viene realizzato in corrispondenza di tale elemento stopper 16, in modo tale che lo stesso elemento stopper 16 venga completamente rimosso in seguito all?attacco.
Come mostrato nella suddetta Figura 1D, l?attacco pu? eventualmente proseguire attraverso una porzione superficiale dello strato strutturale 6 della piastrina 1, nel caso in cui, come nell?esempio illustrato, non sia stato precedentemente formato uno strato di arresto dell?attacco, causando in tal modo la formazione di una indentazione 25, verticalmente in corrispondenza del suddetto canale di accesso 22.
Attraverso il canale di accesso 22 viene quindi regolata in maniera opportuna la pressione all?interno della prima cavit? 20a, ad esempio mediante il flusso di gas a pressione desiderata.
Come mostrato in Figura 1E, viene quindi eseguita una seconda fase di accoppiamento o bonding, ad una pressione controllata avente un secondo valore P2, che corrisponde ad esempio alla pressione operativa desiderata per la prima struttura microelettromeccanica 2a (in questa forma di realizzazione il secondo valore P2 ? minore del primo valore P1 e corrisponde ad una pressione ridotta, indicata per il funzionamento del giroscopio, ad esempio dell?ordine di pochi mBar, ad esempio pari a 1 mBar).
Tale seconda fase di accoppiamento comporta un ulteriore deformazione, in particolare per appiattimento o schiacciamento (riduzione di altezza ed allargamento) della regione di bonding 14, per effetto del reflusso del materiale di accoppiamento; tale regione di bonding 14 assume pertanto, tra il cappuccio 10 e lo strato strutturale 6 della piastrina 1, una altezza finale h3, minore dell?altezza intermedia h2. In particolare, secondo un aspetto particolare della presente soluzione, la regione di bonding 14 (pi? in particolare la relativa prima porzione di accoppiamento 14a) si estende lateralmente al di sotto del canale di accesso 22 e oltre lo stesso canale di accesso 22 verso la prima cavit? 20a, in tal modo chiudendo inferiormente il canale di accesso 22 e sigillando in maniera ermetica la stessa prima cavit? 20a rispetto all?ambiente esterno.
In sostanza, al termine della suddetta seconda fase di accoppiamento, si ottiene dunque il risultante dispositivo MEMS combinato 30, illustrato in Figura 2 (si noti che in tale Figure 2 non viene mostrata, a titolo di esempio, l?indentazione 25).
In tale dispositivo MEMS combinato 30, sono dunque presenti, vantaggiosamente, la prima e la seconda struttura microelettromeccanica 2a, 2b con le rispettive prima e seconda cavit? 20a, 20b, chiuse ermeticamente e poste rispettivamente alla prima ed alla seconda pressione P1, P2, aventi valori differenti ed ottimizzati per il rispettivo funzionamento delle stesse prima e la seconda struttura microelettromeccanica 2a, 2b.
In particolare, nel dispositivo MEMS combinato 30, ? presente il canale di accesso 22 attraverso il cappuccio 10, disposto lateralmente ed esternamente rispetto alla prima struttura microelettromeccanica 2a, con una prima estremit? 22a aperta verso l?esterno del dispositivo MEMS combinato 30 ed una seconda estremit? 22b, opposta alla prima estremit? 22a lungo l?asse verticale z, chiusa dalla prima porzione di accoppiamento 14a della regione di bonding 14 che accoppia il cappuccio 10 alla piastrina 1 in cui sono realizzate le stesse prima e seconda struttura microelettromeccanica 2a, 2b.
In altre parole, la suddetta prima porzione di accoppiamento 14a della regione di bonding 14 si estende dunque al di sotto del cappuccio 10, in modo da oltrepassare il suddetto canale di accesso 22, protendendosi verso la prima cavit? 20a.
I vantaggi della presente soluzione emergono in maniera evidente dalla descrizione precedente.
In ogni caso, si evidenzia che la presente soluzione risulta di semplice ed economica realizzazione, non richiedendo complesse e costose fasi di processo addizionali per ottenere le cavit? ermetiche a pressione differenti delle strutture microelettromeccaniche del dispositivo MEMS combinato.
Come discusso in dettaglio in precedenza, la presente soluzione prevede un procedimento di accoppiamento (in particolare, mediante glassfrit bonding) suddiviso in due fasi differenti. Una prima fase del procedimento di accoppiamento prevede l?accoppiamento con uno spessore finale controllato della regione di bonding tra il cappuccio e la piastrina del sensore (ottenibile controllando la quantit? di materiale di bonding e/o la pressione di accoppiamento e/o utilizzando un elemento di stopper). La seconda fase del procedimento di accoppiamento viene eseguita in seguito alla definizione del canale di accesso ad una delle cavit? (ad esempio del giroscopio), consentendo il controllo della pressione in tale cavit? e prevede, al termine della seconda fase stessa, la chiusura ermetica del canale di accesso sfruttando lo stesso materiale di accoppiamento (che, in seguito ad appiattimento, chiude inferiormente l?apertura del canale di accesso).
Si evidenzia dunque come il processo richieda un unico procedimento di bonding (suddiviso in due fasi distinte), senza dunque richiedere lavorazioni particolari o addizionali.
La soluzione discussa risulta vantaggiosamente applicabile in un apparecchio elettronico, ad esempio di tipo portatile (quale uno smartphone, un tablet, uno smart watch), come indicato schematicamente in Figura 3.
L?apparecchio elettronico, indicato con 40, comprende quindi il dispositivo MEMS combinato 30, agente ad esempio da unit? di misura inerziale, ed un?unit? di controllo 42, accoppiata operativamente al dispositivo MEMS combinato 30 ed atta a ricevere segnali di rilevamento forniti dallo stesso dispositivo MEMS combinato 30, per il controllo del funzionamento generale dell?apparecchio elettronico 40.
Risulta infine chiaro che a quanto descritto ed illustrato possono essere apportate modifiche e varianti senza per questo uscire dall?ambito di tutela della presente invenzione, come definito nelle rivendicazioni allegate.
In particolare, si evidenzia che la soluzione discussa pu? trovare vantaggiosa applicazione in tutti i dispositivi MEMS in cui si richieda la realizzazione di almeno due strutture aventi rispettive cavit? ermetiche distinte in cui debba essere definito un differente valore di pressione (ad esempio, potendosi applicare al caso di dispositivi MEMS combinati includenti due accelerometri o due giroscopi o una qualsiasi altra struttura a cavit? ermetica, ad esempio un microfono o un sensore di pressione).
Inoltre, in una possibile forma di realizzazione, il primo valore P1 della pressione controllata nella prima fase di accoppiamento potrebbe alternativamente essere maggiore rispetto al secondo valore P2 della pressione controllata nella seconda fase di accoppiamento (nel caso in cui la pressione all?interno della prima cavit? 20a dovesse essere inferiore rispetto alla pressione all?interno della seconda cavit? 20b).
Come discusso in precedenza, si evidenzia nuovamente il fatto che l?elemento stopper 16 potrebbe non essere utilizzato nel procedimento di fabbricazione, ad esempio nel caso in cui lo spessore della regione di bonding 14 venisse controllato esclusivamente mediante controllo della quantit? di materiale e/o della pressione di accoppiamento.
Inoltre, l?attacco per la formazione del canale di accesso 22 potrebbe non portare alla definizione dell?indentazione 25 (che non sarebbe dunque presente nel dispositivo MEMS finale, come del resto illustrato nell?esempio di Figura 2), ad esempio nel caso di una precedente definizione di uno strato di arresto dell?attacco sulla superficie dello strato strutturale 6 affacciata al cappuccio 10, al di sotto dello stesso canale di accesso 22.
Claims (16)
1. Procedimento di fabbricazione di un dispositivo microelettromeccanico combinato (30), comprendente:
formare in una piastrina (1) di materiale semiconduttore almeno una prima (2a) ed una seconda (2b) struttura microelettromeccanica;
accoppiare un cappuccio (10) alla piastrina (1) mediante una regione di accoppiamento (14), in modo da definire almeno una prima (20a) ed una seconda (20b) cavit? in corrispondenza rispettivamente di dette prima e seconda struttura microelettromeccanica;
realizzare un canale di accesso (22) attraverso detto cappuccio (10) in comunicazione fluidica con la prima cavit? (20a) in modo da controllare il valore di pressione all?interno di detta prima cavit? (20a) in maniera distinta rispetto ad un rispettivo valore di pressione all?interno di detta seconda cavit? (20b);
chiudere ermeticamente detta prima cavit? (20a) rispetto a detto canale di accesso (22),
caratterizzato dal fatto che accoppiare comprende:
implementare, prima della realizzazione di detto canale di accesso (22), una prima fase di accoppiamento, ad una pressione controllata avente un primo valore (P1), funzione del valore di pressione all?interno di detta seconda cavit? implementare, successivamente alla realizzazione di detto canale di accesso (22), una seconda fase di accoppiamento, ad una rispettiva pressione controllata avente un secondo valore (P2), funzione del valore di pressione all?interno di detta prima cavit? (20a),
in cui, per effetto di detta seconda fase di accoppiamento, la regione di accoppiamento (14) si deforma in modo da chiudere ermeticamente detta prima cavit? (20a) rispetto a detto canale di accesso (22).
2. Procedimento secondo la rivendicazione 1, in cui detta prima fase di accoppiamento comporta uno schiacciamento della regione di accoppiamento (14), che assume una altezza intermedia (h2) minore di un?altezza iniziale (h1); ed in cui detta seconda fase di accoppiamento comporta un ulteriore schiacciamento della regione di accoppiamento (14), che assume una altezza finale (h3) minore di detta altezza intermedia (h2) ed inoltre si estende lateralmente al di sotto del canale di accesso (22) e oltre lo stesso canale di accesso (22) verso la prima cavit? (20a), in tal modo chiudendo inferiormente il canale di accesso (22) e sigillando in maniera ermetica detta prima cavit? (20a).
3. Procedimento secondo la rivendicazione 2, in cui detta regione di accoppiamento (14) comprende una prima porzione di accoppiamento (14a) disposta esternamente rispetto alla, ed in prossimit? della, prima struttura di rilevamento (2a) e detta fase di realizzare un canale di accesso (22) attraverso detto cappuccio (10) comprende eseguire un attacco attraverso l?intero spessore del cappuccio (10) in prossimit? di detta prima porzione di accoppiamento (14a); ed in cui detta seconda fase di accoppiamento comporta l?ulteriore schiacciamento di detta prima porzione di accoppiamento (14a) per la chiusura ermetica di detta prima cavit? (20a).
4. Dispositivo secondo la rivendicazione 3, in cui detto cappuccio (10) comprende un elemento distanziatore (16) estendentesi da una superficie affacciata (11) del cappuccio (10) rivolta verso la piastrina (1) verso detta piastrina (1), disposto in prossimit? della prima porzione di accoppiamento (14a) della regione di accoppiamento (14) ed avente un?altezza di separazione (hs); ed in cui, in detta prima fase di accoppiamento, detto elemento distanziatore (16) determina l?altezza intermedia (h2) di detta regione di accoppiamento (14), detta altezza intermedia (h2) essendo pari a detta altezza di separazione (hs).
5. Procedimento secondo la rivendicazione 4, in cui l?attacco per realizzare detto canale di accesso (22) rimuove completamente detto elemento distanziatore (16).
6. Procedimento secondo la rivendicazione 5, in cui detto attacco si arresta in uno strato strutturale (6) di detta piastrina (1) affacciato a detto cappuccio (10), formandovi una indentazione (25).
7. Procedimento secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui detta regione di accoppiamento (14) comprende materiale di glass frit.
8. Procedimento secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui detta prima struttura microelettromeccanica (2a) definisce un sensore giroscopico e detta seconda struttura microelettromeccanica (2b) definisce un sensore accelerometrico; in cui detto primo valore (P1), corrispondente alla pressione controllata nella prima cavit? (20a) associata al sensore giroscopico, ? inferiore a detto secondo valore (P2), corrispondente alla pressione controllata nella seconda cavit? (20b) associata al sensore accelerometrico.
9. Procedimento secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui detta regione di accoppiamento (14) comprende una prima (14a) ed una seconda (14b) porzione di accoppiamento, disposte esternamente rispetto alla, ed in prossimit? della, prima (2a), rispettivamente seconda (2b), struttura di rilevamento, ed una terza porzione di accoppiamento (14c) disposta in corrispondenza di una porzione di separazione (3) della piastrina (1) che separa dette prima e seconda struttura di rilevamento; ed in cui detta prima cavit? (20a) ? delimitata lateralmente dalla prima e dalla terza porzione di accoppiamento (14a, 14c) della regione di accoppiamento (14) ed include un primo recesso (12a) formato nel cappuccio (10) a partire da una superficie di affaccio (11) rivolta verso detta piastrina (1); e detta seconda cavit? (20b) ? delimitata lateralmente dalla seconda e dalla terza porzione di accoppiamento (14b, 14c) della regione di accoppiamento (14) ed include un secondo recesso (12b) formato nel cappuccio (10) a partire da detta superficie di affaccio (11) rivolta verso la piastrina (1).
10. Dispositivo microelettromeccanico combinato (30), comprendente:
una piastrina (1) di materiale semiconduttore, alloggiante almeno una prima (2a) ed una seconda (2b) struttura microelettromeccanica;
un cappuccio (10), accoppiato alla piastrina (1) mediante una regione di accoppiamento (14) e definente almeno una prima (20a) ed una seconda (20b) cavit? in corrispondenza rispettivamente di dette prima e seconda struttura microelettromeccanica, in cui detta prima cavit? (20a) presenta, al suo interno, un valore controllato di pressione differente rispetto ad un rispettivo valore controllato di pressione all?interno di detta seconda cavit? (20b); ed
un canale di accesso (22) attraverso detto cappuccio (10), in prossimit? di detta prima cavit? (20a),
caratterizzato dal fatto che detta prima cavit? (20a) ? chiusa ermeticamente rispetto a detto canale di accesso (22), detto canale di accesso (22) avendo una prima estremit? (22a) aperta verso un ambiente esterno al dispositivo MEMS combinato (30) ed una seconda estremit? (22b), opposta alla prima estremit? (22a), chiusa da una prima porzione di accoppiamento (14a) di detta regione di accoppiamento (14).
11. Dispositivo secondo la rivendicazione 10, in cui detta prima porzione di accoppiamento (14a) della regione di accoppiamento (14) si estende lateralmente al di sotto del canale di accesso (22) e oltre lo stesso canale di accesso (22) verso la prima cavit? (20a), in tal modo chiudendo inferiormente il canale di accesso (22) e sigillando in maniera ermetica detta prima cavit? (20a).
12. Dispositivo secondo la rivendicazione 10 o 11, in cui detta prima porzione di accoppiamento (14a) di detta regione di accoppiamento (14) ? disposta esternamente rispetto alla, ed in prossimit? della, prima struttura di rilevamento (2a); ed in cui detta regione di accoppiamento (14) comprende inoltre una seconda porzione di accoppiamento (14b), disposta esternamente rispetto alla, ed in prossimit? della, seconda struttura di rilevamento (2b), ed una terza porzione di accoppiamento (14c) disposta in corrispondenza di una porzione di separazione (3) della piastrina (1) che separa dette prima e seconda struttura di rilevamento; ed in cui detta prima cavit? (20a) ? delimitata lateralmente dalla prima e dalla terza porzione di accoppiamento (14a, 14c) della regione di accoppiamento (14) ed include un primo recesso (12a) formato nel cappuccio (10) a partire da una superficie di affaccio (11) rivolta verso detta piastrina (1); e detta seconda cavit? (20b) ? delimitata lateralmente dalla seconda e dalla terza porzione di accoppiamento (14b, 14c) della regione di accoppiamento (14) ed include un secondo recesso (12b) formato nel cappuccio (10) a partire da detta superficie di affaccio (11) rivolta verso la piast3rina (1).
13. Dispositivo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni 10-12, in cui detta prima struttura microelettromeccanica (2a) definisce un sensore giroscopico e detta seconda struttura microelettromeccanica (2b) definisce un sensore accelerometrico; in cui la pressione controllata nella prima cavit? (20a) associata al sensore giroscopico ha un primo valore (P1), inferiore ad un secondo valore (P2) della pressione controllata nella seconda cavit? (20b) associata al sensore accelerometrico.
14. Dispositivo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni 10-13, in cui detta regione di accoppiamento (14) comprendente materiale di glass frit.
15. Dispositivo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni 10-14, in cui detto canale di accesso (22) ? disposto lateralmente ed esternamente rispetto alla prima struttura microelettromeccanica (2a).
16. Apparecchio elettronico (40), comprendente il dispositivo microelettromeccanico combinato (30) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni 10-15, ed un?unit? di controllo (42) operativamente accoppiata a detto dispositivo microelettromeccanico combinato (30).
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| US9919919B2 (en) | 2015-12-08 | 2018-03-20 | Robert Bosch Gmbh | Laser reseal including an additional layer and alloy formation |
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