JP2015504373A - Memsセンサパッケージング及びその方法 - Google Patents

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Abstract

本発明によるMEMSセンサパッケージングは、ROIC回路が形成された第1ウェハと、上記第1ウェハと対応するように配置され、一面に凹部が形成されてMEMSセンサが設けられた第2ウェハと、上記第1ウェハと上記第2ウェハを接合して上記MEMSセンサが密封されるように上記MEMSセンサの周囲に沿って形成された接合半田と、上記第1ウェハのROIC回路と上記第2ウェハのMEMSセンサを電気的に連結するために形成されたパッド半田と、を含むことにその特徴がある。本発明によると、ROIC回路が形成されたウェハとMEMSセンサが形成されたウェハを接合してパッケージングするにあたり、ROIC回路とMEMSセンサを電気的に連結するためのパッド半田を内部に形成することで、パッケージのサイズを低減させ、安定的に電気的信号を供給することができる。

Description

本発明は、MEMSセンサパッケージング及びその方法に関し、特に、ROIC回路が形成されたウェハとMEMSセンサが形成されたウェハを接合してパッケージングするにあたり、ROIC回路とMEMSセンサを電気的に連結するためのパッド半田を内部に形成することで、パッケージのサイズを低減させ、安定的に電気的信号を供給することができるMEMSセンサパッケージング及びその方法に関する。
MEMS(Micro Electro Mechanical System)とは、半導体加工技術を用いて、センサ、マイクロアクチュエータ、ジャイロスコープなどを加工する技術分野のことである。従って、半導体技術が有する精密加工性、製品間の均一性、優れた生産性などが適用されて性能を向上させ、価格を下げる技術として認められている。
MEMS素子、例えば、加速度センサ、角速度センサ及び共振型ジャイロスコープなどの素子は、保護のために、または感度を上げるためにパッケージングされる。MEMS素子の製造技術の急速な発展により、高密度化及び小型化が実現され、パッケージにも小型化が求められる。
よって、素子のあるウェハ状態でパッケージングするウェハスケールパッケージングが多く試みられている。
従来の一般的なウェハスケールパッケージングによるMEMS素子パッケージは、ガラス系の蓋用基板とシリコン系の素子用基板とを陽極ボンディングして結合する構造であり、蓋用ガラス基板の厚さによりその厚さが厚くなるため、ガラス基板上に形成される大きなビアホールによりサイズを減らすには限界がある。このような大きいMEMS素子パッケージは、装置の小型化を阻害する。
また、平面上にそれぞれの素子を単位素子の状態で配列してワイヤボンディング工程を用いる方法は、MEMS素子の密閉(hermetic)特性が求められる場合、それぞれの素子にキャップ(cap)を使用して気密性を保持するため、全体的なパッケージの体積が大きく、工程が複雑であるという短所を有する。
本発明が解決しようとする技術的課題は、ROIC回路が形成されたウェハとMEMSセンサが形成されたウェハとを接合してパッケージングするにあたり、ROIC回路とMEMSセンサを電気的に連結するためのパッド半田を内部に形成することで、パッケージのサイズを低減させ、安定的に電気的信号を供給することができるMEMSセンサパッケージング及びその方法を提供することである。
本発明で解決しようとする技術的課題は、上述した技術的課題に限定されず、上述していない他の技術的課題は以下の記載から本発明が属する技術分野で通常の知識を有する者には明確に理解されるであろう。
上記技術的課題を解決するための本発明によるMEMSセンサパッケージングは、ROIC回路が形成された第1ウェハと、上記第1ウェハと対応するように配置され、一面に凹部が形成されてMEMSセンサが設けられた第2ウェハと、上記第1ウェハと上記第2ウェハを接合して上記MEMSセンサが密封されるように上記MEMSセンサの周囲に沿って形成された接合半田と、上記第1ウェハのROIC回路と上記第2ウェハのMEMSセンサを電気的に連結するために形成されたパッド半田と、を含むことにその特徴がある。
上記第1ウェハは、基板と、上記基板上に形成されたROIC回路の電極パッドと、上記電極パッドが露出するように形成された絶縁層と、上記電極パッドと電気的に連結されるように上記基板を貫通するビアホールに充填された金属充填材と、上記絶縁層上に形成されたゲッターと、を含むことにその特徴がある。
上記ゲッターは、Ba、Ca、Mg、Ti、V、Zr、Nb、Mo、Ta、Th、Ceからなる金属群より選択される何れか一つ以上を含むか、Ba−Al、Zr−Al、Ag−Ti、Zr−Niからなる金属合金(metal alloy)群から選択される何れか一つ以上を含むことにその特徴がある。
上記第2ウェハは、一面に凹部が形成されて空間が設けられた基板と、上記基板上に所定パターンで形成されたウェッティング層と、上記ウェッティング層と連結され、上記凹部が形成された位置に対応して所定間隔離間されて設けられたMEMSセンサと、を含むことにその特徴がある。
上記ウェッティング層は、上記MEMSセンサの両側の電極と連結されるためのパッド状のパターンと上記MEMSセンサの周囲に沿ったリング状のパターンに形成されることにその特徴がある。
上記MEMSセンサはダイアフラム構造またはコーム構造に設けられることにその特徴がある。
上記MEMSセンサは赤外線検知素子を含むことにその特徴がある。
上記赤外線検知素子は8〜12μm波長の赤外線を選択的に透過させるフィルター部を含むことにその特徴がある。
上記赤外線検知素子はマイクロボロメーター(micro bolometer)を含むことにその特徴がある。
本発明によるMEMSセンサパッケージング方法は、ROIC回路が形成された第1ウェハの電極パッドが露出するように絶縁層の所定部分を除去する段階と、上記電極パッドが露出した所定部分にパッド半田、及びMEMSセンサと対応する周辺に沿ったリング状の接合半田を形成する段階と、上記パッド半田及び接合半田が形成された第1ウェハ上にゲッターを形成する段階と、上記ゲッターが形成された第1ウェハ上に上記MEMSセンサが形成された第2ウェハを接合する段階と、を含むことにその特徴がある。
上記接合半田及び上記パッド半田は金属物質で形成されることにその特徴がある。
上記接合半田及び上記パッド半田は、物理的なスパッタ(sputter)、熱蒸着工程または化学的なめっき工程方法の何れか一つを用いて形成することにその特徴がある。
上記接合方法は、TCボンディングまたは共融点ボンディング方法などを用いて、上記第1ウェハと上記第2ウェハを接合することにその特徴がある。
上記ゲッターは、Ba、Ca、Mg、Ti、V、Zr、Nb、Mo、Ta、Th、Ceからなる金属の群から選択される何れか一つ以上を含むか、Ba−Al、Zr−Al、Ag−Ti、Zr−Niからなる金属合金(metal alloy)群から選択される何れか一つ以上を含む物質で形成されることにその特徴がある。
上記第2ウェハは、基板上においてウェッティング層が上記MEMSセンサの両側の電極に連結されるためのパッド状のパターンと上記MEMSセンサの周囲に沿ったリング状のパターンに形成され、上記接合半田は上記ウェッティング層のリング状のパターンと対応し、上記パッド半田は上記ウェッティング層のパッド状のパターンと対応して接合することにその特徴がある。
上記MEMSセンサは、上記パッド半田を介して上記ROIC回路と電気的に連結されるように形成することにその特徴がある。
本発明のMEMSセンサパッケージングの構造を概略的に示したものである。 本発明のMEMSセンサパッケージングの接合半田及びパッド半田が形成される構造を示した平面図である。 本発明によるMEMSセンサパッケージング方法に対する工程順序図である。 本発明によるMEMSセンサパッケージング方法に対する工程順序図である。 本発明によるMEMSセンサパッケージング方法に対する工程順序図である。 本発明によるMEMSセンサパッケージング方法に対する工程順序図である。
以下、添付の図面を参照し、本発明が属する技術分野で通常の知識を有する者が本発明を容易に実施できる好ましい実施例を詳細に説明する。但し、本発明の好ましい実施例に対する動作原理を詳細に説明するにあたり、係る公知機能または構成に対する具体的な説明が本発明の要旨を不要に不明確にすると判断される場合には、その詳細な説明を省略する。
また、図面全体にわたって類似する機能及び作用をする部分に対しては、同一の図面符号を使用する。
なお、明細書全体において、ある部分が他の部分と「連結」されているとは、「直接的に連結」されている場合だけでなく、その中間に他の素子を介して「間接的に連結」されている場合も含む。また、ある構成要素を「含む」とは、特に反対される記載がない限り、他の構成要素を除くのではなく、他の構成要素をさらに含むことができることを意味する。
以下、本発明の一実施形態を添付の図面を参照して詳細に説明する。
図1は本発明のMEMSセンサパッケージングの構造を概略的に示したものであり、図2は本発明のMEMSセンサパッケージングの接合半田及びパッド半田が形成される構造を示した平面図である。図1及び図2に示されたように、本発明によるMEMSセンサパッケージングは、ROIC回路が形成された第1ウェハ100と、上記第1ウェハ100と対応するように配置され、一面に凹部240が形成されてMEMSセンサ210が設けられた第2ウェハ200と、上記第1ウェハ100と上記第2ウェハ200を接合して、上記MEMSセンサ210が密封されるように上記MEMSセンサ210の周囲に沿って形成された接合半田140と、上記第1ウェハ100のROIC回路と上記第2ウェハ200のMEMSセンサを電気的に連結するために形成されたパッド半田150を含んで構成される。
上記第1ウェハ100は、基板と、上記基板上に形成されたROIC回路の電極パッド120a、120bと、上記電極パッド120a、120bが露出するように形成された絶縁層110と、上記電極パッド120a、120bと電気的に連結されるように上記基板を貫通するビアホールに充填された金属充填材130a、130bと、上記絶縁層110上に形成されたゲッター160と、を含んで構成される。
上記基板は、上記MEMSセンサ210を駆動するためのROIC(Readout Integrated Circuit)回路が形成されたもので、所定の電気的信号を外部に伝達するか、または伝達を受けるための電極パッド120a、120bが形成されている。
上記絶縁層110は、後工程での基板の損傷を防止したり、素子とのショートを防止するための保護層であって、SiOまたはSiNなどで形成される。
上記金属充填材130a、130bは、上記基板にビアホールを形成し、それぞれのビアホールを金属で充填して形成する。このとき、ビアホールの充填には、Sn、Cu、Sn/Bi、Sn/In、Au/Sn及びSn/Ag/Cuの何れか一つの金属を使用することができる。ここで、上記ビアホールに充填された金属充填材により、基板の外部から電気的信号の入力を受けたり、出力することができるようになる。
上記ゲッター160は、上記絶縁層110が形成された基板の所定領域に形成される。詳細には、ゲッター(getter)とは、真空装置の中に残っている気体を吸収したり、その気体と化合物を作る物質のことである。ここで、ゲッター(getter)を形成するための材料として、水分及び酸素などとの反応性が強く、融点が低く、容易に蒸発する金属を用い、これらの金属の吸着作用により、素子の内部に浸透した水分や気体を除去する。このような材料としては、Ba、Ca、Mg、Ti、V、Zr、Nb、Mo、Ta、Th、Ceからなる金属群より選択される何れか一つ以上を含むか、Ba−Al、Zr−Al、Ag−Ti、Zr−Niからなる金属合金(metal alloy)群から選択される何れか一つ以上を含んで使用することができる。
上記第2ウェハ200は、一面に凹部240が形成されて空間が設けられた基板と、上記基板上に所定のパターンに形成されたウェッティング層220a、220b、230a、230bと、上記ウェッティング層220a、220b、230a、230bと連結され、上記凹部240が形成された位置に対応して所定間隔離間されて設けられたMEMSセンサ210と、を含む。
上記基板の一面には、MEMSセンサ210を実装するために、凹部240が形成されている。ここで、MEMSセンサ210は、上記凹部240の内部に実装されるのではなく、浮いている状態で実装されている。
上記ウェッティング層(wetting layer)220a、220b、230a、230bは、スパッタリングまたはMOCVDなどの工程により、導電性金属材料で所定のパターンに形成される。即ち、上記ウェッティング層220a、220b、230a、230bは、上記MEMSセンサ210の両側の電極と連結されるためのパッド状のパターン220a、220bと、上記MEMSセンサ210の周囲に沿ったリング状のパターン230a、230bに形成される。
上記MEMS(Micro Electro Mechanical Systems)センサ210は、上記ウェッティング層220a、220b、230a、230bのパッドにそれぞれ連結されており、上記凹部240の空間上に浮くように設けられる。ここで、上記MEMSセンサ210は、ダイヤフラム構造またはコーム構造などに多様に設けられてもよい。
また、上記MEMSセンサは、赤外線検知素子等を含み、上記赤外線検知素子が適用される場合には、8〜12μm波長の赤外線を選択的に透過させるフィルター部を含んで構成する。ここで、上記赤外線検知素子としては、マイクロボロメーター(micro bolometer)を含んでもよい。
上記接合半田140a、140bは、上記第1ウェハ100と上記第2ウェハ200を接合して密封させる接着部材が使用され、上記MEMSセンサ210を外部から保護するためのもので、上記MEMSセンサ210を取り囲むように形成される。
上記パッド半田150a、150bは上記MEMSセンサ210と上記ROIC回路を電気的に連結させるため、より安定的に電気的信号を入出力することができるようになる。即ち、外部のワイヤボンディング工程なしに電気的信号を連結して、MEMSセンサパッケージングの気密性を高めながら、体積を減らすことができ、工程の手続きを減らすことができる。
より詳細には、上記接合半田140a、140bと上記パッド半田150a、150bをなす半田層は、物理的なスパッタ(sputter)、熱蒸着工程または化学的なめっき工程により形成されてもよい。必要に応じて、半田層は、バンプ下地金属(Under Bump Metallurgy:UBM)、即ち、接合層(adhesion layer)及び半田層(solderable layer)を蒸着した後、導電性接着物質を形成する方法で形成されてもよい。接合層として用いられる半田層は、インジウム(In)またはスズ(Sn)などの純金属、またはインジウム系、スズ系、ビスマス(Bi)系または鉛(Pb)系合金を含んでもよい。接着層として半田層を用いると、接着層は、低温では接合特性があって金属蓋をキャリア基板に接合することが可能で、高温では溶融特性があってキャリア基板を着脱することが可能である。
また、本発明によるMEMSセンサパッケージング方法について説明する。
図3〜図6は、本発明によるMEMSセンサパッケージング方法に対する工程順序図である。
まず、図3に示されたように、ROIC回路が形成された第1ウェハ100の電極パッド120a、120bが露出するように絶縁層110の所定部分を除去する段階が行われる。
より詳細には、上記第1ウェハ100は、基板と、上記基板上に形成されたROIC回路の電極パッド120a、120bと、上記電極パッド120a、120b上に形成された絶縁層110と、上記電極パッド120a、120bと電気的に連結されるように上記基板を貫通するビアホールに充填された金属充填材130a、130bと、上記絶縁層110上に形成されたゲッター160と、を含み、上記絶縁層110は、後工程での基板の損傷を防止したり、素子とのショートを防止するための保護層であって、SiOまたはSiNxなどで形成される。
このとき、上記電極パッド120a、120bが露出するように上記絶縁層110をエッチング工程により除去して上記電極パッド120a、120b上にパット半田150を形成する。
一方、上記ROICが形成される第1ウェハ100の工程としては、一般的な工程が適用されてもよく、詳細な説明を省略する。
図4に示されたように、上記電極パッド120a、120bが露出した所定部分にパッド半田150を、MEMSセンサ210と対応する周辺に沿ってリング状の接合半田140を形成する段階を行う。
より詳細には、上記接合半田140a、140bと上記パッド半田150a、150bをなす半田層は、物理的なスパッタ(sputter)、熱蒸着工程または化学的なめっき工程により形成されてもよい。必要に応じて、半田層は、バンプ下地金属(Under Bump Metallurgy:UBM)、即ち、接合層(adhesion layer)及び半田層(solderable layer)を蒸着した後、導電性接着物質を形成する方法で形成されてもよい。接合層として用いられる半田層は、インジウム(In)またはスズ(Sn)などの純金属、またはインジウム系、スズ系、ビスマス(Bi)系または鉛(Pb)系合金を含んでもよい。接着層として半田層を用いると、接着層は、低温では接合特性があって金属蓋をキャリア基板に接合することが可能で、高温では溶融特性があってキャリア基板を着脱することが可能である。
即ち、上記接合半田140a、140bは、上記第1ウェハ100と上記第2ウェハ200を接合して密封させる接着部材が使用され、上記MEMSセンサ210を外部から保護するためのもので、上記MEMSセンサ210を取り囲むように形成される。
上記パッド半田150a、150bは上記MEMSセンサ210と上記ROIC回路を電気的に連結させるため、より安定的に電気的信号を入出力することができるようになる。即ち、外部のワイヤボンディング工程なしに電気的信号を連結して、MEMSセンサパッケージングの気密性を高めながら、体積を減らすことができ、工程の手続きを減らすことができる。
図5に示されたように、上記パッド半田150a、150b及び接合半田140a、140bが形成された第1ウェハ100上にゲッター160を形成する段階を行う。
ここで、上記ゲッター(getter)160を形成するための材料としては水分及び酸素などとの反応性が強く、融点が低く、容易に蒸発する金属を用い、これらの金属の吸着作用により、素子の内部に浸透した水分や気体を除去する。このような材料としては、Ba、Ca、Mg、Ti、V、Zr、Nb、Mo、Ta、Th、Ceからなる金属群より選択される何れか一つ以上を含むか、Ba−Al、Zr−Al、Ag−Ti、Zr−Niからなる金属合金(metal alloy)群から選択される何れか一つ以上を含んで使用することができる。
図6に示されたように、上記ゲッター160が形成された第1ウェハ100上に、上記MEMSセンサ210が形成された第2ウェハ200を接合する段階が行われる。
具体的には、上記接合方法は、TCボンディングまたは共融点ボンディング方法などを用いて、上記第1ウェハ100と上記第2ウェハ200を接合する。
このとき、上記第1ウェハ100上に形成された上記パッド半田150a、150b及び接合半田140a、140bと、上記第2ウェハ200上のウェッティング層220a、220b、230a、230bを接合させる。即ち、上記ウェッティング層220a、220b、230a、230bは、上記MEMSセンサ210の両側の電極に連結されるためのパッド状のパターンと上記MEMSセンサ210の周囲に沿ったリング状のパターンに形成され、上記接合半田140a、140bは上記ウェッティング層のリング状のパターン230a、230と対応し、上記パッド半田150a、150bは、上記ウェッティング層のパッド状のパターン220a、220bと対応して接合される。
従って、上記パッド半田150a、150bを介して、上記MEMSセンサ210と上記ROIC回路を電気的に連結させることで、より安定的に電気的信号を入出力することができる。即ち、 外部のワイヤボンディング工程なしに電気的信号を連結して、MEMSセンサパッケージングの気密性を高めながら、体積を減らすことができ、工程の手続きを減らすことができる。
以上で説明したように、本発明の詳細な説明では、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明が属する技術分野で通常の知識を有する者であれば、本発明の範囲から外れない範囲内で様々な変形が可能であることはいうまでもない。従って、本発明の権利範囲は、説明した実施形態に限定されず、後述する特許請求の範囲だけでなく、これと均等なものにより定められるべきである。
本発明によると、ROIC回路が形成されたウェハとMEMSセンサが形成されたウェハを接合してパッケージングするにあたり、ROIC回路とMEMSセンサを電気的に連結するためのパッド半田を内部に形成することで、パッケージのサイズを低減させ、安定的に電気的信号を供給することができる。
上記技術的課題を解決するための本発明によるMEMSセンサパッケージングは、ROIC回路が形成された第1ウェハと、上記第1ウェハと対応するように配置され、一面に凹部が形成されてMEMSセンサが設けられた第2ウェハと、上記第1ウェハと上記第2ウェハを接合して上記MEMSセンサが密封されるように上記MEMSセンサの周囲に沿って形成された接合半田と、上記接合半田の内側に形成され、上記第1ウェハと前記第2ウェハを接合させて上記第1ウェハのROIC回路と上記第2ウェハのMEMSセンサを電気的に連結させる、上記接合半田と同一金属物質からなるパッド半田と、を含むことにその特徴がある。

Claims (16)

  1. ROIC回路が形成された第1ウェハと、
    前記第1ウェハと対応するように配置され、一面に凹部が形成されてMEMSセンサが設けられた第2ウェハと、
    前記第1ウェハと前記第2ウェハを接合して前記MEMSセンサが密封されるように前記MEMSセンサの周囲に沿って形成された接合半田と、
    前記第1ウェハのROIC回路と前記第2ウェハのMEMSセンサを電気的に連結するために形成されたパッド半田と、を含む、MEMSセンサパッケージング。
  2. 前記第1ウェハは、
    基板と、
    前記基板上に形成されたROIC回路の電極パッドと、
    前記電極パッドが露出するように形成された絶縁層と、
    前記電極パッドと電気的に連結されるように前記基板を貫通するビアホールに充填された金属充填材と、
    前記絶縁層上に形成されたゲッターと、を含む、請求項1に記載のMEMSセンサパッケージング。
  3. 前記ゲッターは、Ba、Ca、Mg、Ti、V、Zr、Nb、Mo、Ta、Th、Ceからなる金属群より選択される何れか一つ以上を含むか、Ba−Al、Zr−Al、Ag−Ti、Zr−Niからなる金属合金(metal alloy)群から選択される何れか一つ以上を含むことを特徴とする、請求項2に記載のMEMSセンサパッケージング。
  4. 前記第2ウェハは、
    一面に凹部が形成されて空間が設けられた基板と、
    前記基板上に所定パターンで形成されたウェッティング層と、
    前記ウェッティング層と連結され、前記凹部が形成された位置に対応して所定間隔離間されて設けられたMEMSセンサと、を含むことを特徴とする、請求項1に記載のMEMSセンサパッケージング。
  5. 前記ウェッティング層は、前記MEMSセンサの両側の電極と連結されるためのパッド状のパターンと前記MEMSセンサの周囲に沿ったリング状のパターンに形成されることを特徴とする、請求項4に記載のMEMSセンサパッケージング。
  6. 前記MEMSセンサはダイアフラム構造またはコーム構造に設けられることを特徴とする、請求項4に記載のMEMSセンサパッケージング。
  7. 前記MEMSセンサは赤外線検知素子を含むことを特徴とする、請求項4に記載のMEMSセンサパッケージング。
  8. 前記赤外線検知素子は8〜12μm波長の赤外線を選択的に透過させるフィルター部を含むことを特徴とする、請求項7に記載のMEMSセンサパッケージング。
  9. 前記赤外線検知素子はマイクロボロメーター(micro bolometer)を含むことを特徴とする、請求項7に記載のMEMSセンサパッケージング。
  10. ROIC回路が形成された第1ウェハの電極パッドが露出するように絶縁層の所定部分を除去する段階と、
    前記電極パッドが露出した所定部分にパッド半田、及びMEMSセンサと対応する周辺に沿ったリング状の接合半田を形成する段階と、
    前記パッド半田及び接合半田が形成された第1ウェハ上にゲッターを形成する段階と、
    前記ゲッターが形成された第1ウェハ上に前記MEMSセンサが形成された第2ウェハを接合する段階と、を含む、MEMSセンサパッケージング方法。
  11. 前記接合半田及び前記パッド半田は、金属物質で形成されることを特徴とする、請求項11に記載のMEMSセンサパッケージング方法。
  12. 前記接合半田及び前記パッド半田は、物理的なスパッタ(sputter)、熱蒸着工程または化学的なめっき工程方法の何れか一つを用いて形成することを特徴とする、請求項11に記載のMEMSセンサパッケージング方法。
  13. 前記接合方法は、TCボンディングまたは共融点ボンディング方法の何れか一つを用いて、前記第1ウェハと前記第2ウェハを接合することを特徴とする、請求項10に記載のMEMSセンサパッケージング方法。
  14. 前記ゲッターは、Ba、Ca、Mg、Ti、V、Zr、Nb、Mo、Ta、Th、Ceからなる金属の群から選択される何れか一つ以上を含むか、Ba−Al、Zr−Al、Ag−Ti、Zr−Niからなる金属合金(metal alloy)群から選択される何れか一つ以上を含む物質で形成されることを特徴とする、請求項10に記載のMEMSセンサパッケージング方法。
  15. 前記第2ウェハは、基板上においてウェッティング層が前記MEMSセンサの両側の電極に連結されるためのパッド状のパターンと前記MEMSセンサの周囲に沿ったリング状のパターンに形成され、前記接合半田は前記ウェッティング層のリング状のパターンと対応し、前記パッド半田は前記ウェッティング層のパッド状のパターンと対応して接合することを特徴とする、請求項10に記載のMEMSセンサパッケージング方法。
  16. 前記MEMSセンサは、前記パッド半田を介して前記ROIC回路と電気的に連結されるように形成することを特徴とする、請求項10に記載のMEMSセンサパッケージング方法。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2018536994A (ja) * 2015-11-27 2018-12-13 スナップトラック・インコーポレーテッド 薄いはんだストップ層を備える電子部品及び製造方法
JP7438936B2 (ja) 2017-08-31 2024-02-27 テクノロギアン トゥトキムスケスクス ヴェーテーテー オイ 熱型検出器及び熱型検出器アレイ

Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101529543B1 (ko) * 2013-10-30 2015-06-17 한국과학기술원 멤즈 소자의 진공 패키징 방법
CN107369722B (zh) * 2017-06-27 2019-12-13 上海集成电路研发中心有限公司 一种传感器封装结构及其制备方法
US10483416B2 (en) * 2017-10-24 2019-11-19 Mukti Rana Medium wave infrared (MWIR) and long wavelength infrared (LWIR) operating microbolometer with raised strut design
CN111886483B (zh) 2018-03-07 2023-05-16 Tdk株式会社 电磁波传感器
KR102122037B1 (ko) * 2019-08-22 2020-06-11 주식회사 아이디피 Mems 소자의 패키징 방법
CN112794278B (zh) * 2020-12-30 2024-06-18 瑞声声学科技(深圳)有限公司 传感器封装结构、传感器封装结构制作方法和电子终端
CN113916950A (zh) * 2021-10-09 2022-01-11 大连理工大学 一种基于mems的电化学气体传感器及其制备方法

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003520447A (ja) * 2000-01-17 2003-07-02 エドヴァード・ケルヴェステン 構成部品を接続する方法
JP2006116694A (ja) * 2004-09-23 2006-05-11 Motorola Inc ゲッターシールドを有する密閉マイクロデバイス
JP2008034515A (ja) * 2006-07-27 2008-02-14 Toshiba Corp 電子装置およびパッケージ
US20090029152A1 (en) * 2007-07-25 2009-01-29 Analog Devices, Inc. Wafer Bonding Using Nanoparticle Material
JP2010032292A (ja) * 2008-07-28 2010-02-12 Seiko Instruments Inc 焦電型赤外線検出器

Family Cites Families (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1259231C (zh) 2002-02-01 2006-06-14 北京大学 微机电系统器件的真空封装方法
US6929974B2 (en) * 2002-10-18 2005-08-16 Motorola, Inc. Feedthrough design and method for a hermetically sealed microdevice
US7045868B2 (en) * 2003-07-31 2006-05-16 Motorola, Inc. Wafer-level sealed microdevice having trench isolation and methods for making the same
US7410816B2 (en) * 2004-03-24 2008-08-12 Makarand Gore Method for forming a chamber in an electronic device and device formed thereby
US7419853B2 (en) 2005-08-11 2008-09-02 Hymite A/S Method of fabrication for chip scale package for a micro component
KR100705007B1 (ko) * 2005-11-30 2007-04-09 매그나칩 반도체 유한회사 마이크로 센서 및 그 제조방법
CN100594595C (zh) * 2007-07-27 2010-03-17 李刚 微机电系统器件与集成电路的集成方法及集成芯片
JP2009074979A (ja) * 2007-09-21 2009-04-09 Toshiba Corp 半導体装置
US20090194829A1 (en) * 2008-01-31 2009-08-06 Shine Chung MEMS Packaging Including Integrated Circuit Dies
US8207586B2 (en) 2008-09-22 2012-06-26 Alps Electric Co., Ltd. Substrate bonded MEMS sensor
JP4793496B2 (ja) * 2009-04-06 2011-10-12 株式会社デンソー 半導体装置およびその製造方法
CN101533832A (zh) 2009-04-14 2009-09-16 李刚 微机电系统器件与集成电路的集成芯片及集成方法

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003520447A (ja) * 2000-01-17 2003-07-02 エドヴァード・ケルヴェステン 構成部品を接続する方法
JP2006116694A (ja) * 2004-09-23 2006-05-11 Motorola Inc ゲッターシールドを有する密閉マイクロデバイス
JP2008034515A (ja) * 2006-07-27 2008-02-14 Toshiba Corp 電子装置およびパッケージ
US20090029152A1 (en) * 2007-07-25 2009-01-29 Analog Devices, Inc. Wafer Bonding Using Nanoparticle Material
JP2010032292A (ja) * 2008-07-28 2010-02-12 Seiko Instruments Inc 焦電型赤外線検出器

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2018536994A (ja) * 2015-11-27 2018-12-13 スナップトラック・インコーポレーテッド 薄いはんだストップ層を備える電子部品及び製造方法
JP7438936B2 (ja) 2017-08-31 2024-02-27 テクノロギアン トゥトキムスケスクス ヴェーテーテー オイ 熱型検出器及び熱型検出器アレイ

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