TWI649257B - 具密封構造的混合積體構件 - Google Patents

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Abstract

為了提出若干措施，其即使在相對較低之處理溫度下亦能為混合積體構件的各構件組件部分與該罩形晶圓建立氣密連接，因此這種混合積體構件(100)包括ASIC元件(10)，其包含若干整合至該ASIC基板(11)之電路功能(12)及位於該ASIC基板(11)上之層結構(13)，該層結構包括至少一用於該等電路功能(12)之配線平面(14)。此種混合積體構件(100)還包括一MEMS元件(20)及一罩形晶圓(30)，該MEMS元件包含至少一在該MEMS基板(20)之整個厚度範圍內延伸的微機械構造組件(21)。該MEMS元件(20)安裝在該ASIC層結構(13)上，因此，在該微機械構造組件(21)與該ASIC元件(10)之間存在間隙(16)。該罩形晶圓(30)以氣密方式安裝在該MEMS元件(20)上方，使得該微機械構造組件(21)佈置在ASIC元件(10)與罩形晶圓(30)之間的封閉空腔(16，31)中。在該MEMS基板(20)中構建一密封構造(22)，其將該微機械構造組件(21)完全包圍並在該MEMS基板(20)之整個厚度範圍內至少延伸至該ASIC層結構(13)。該罩形晶圓(30)在該密封構造(22)之區域內與該MEMS基板(20)環繞式連接。

Description

具密封構造的混合積體構件
本發明係有關於一種混合積體構件，其包括至少一ASIC元件、一MEMS元件及一罩形晶圓。該ASIC元件配設有整合至ASIC基板之若干電路功能。該ASIC元件還包括位於該ASIC基板上之層結構，該層結構包括至少一用於該等電路功能之配線平面。在該MEMS元件中構建有至少一在該MEMS元件之整個厚度範圍內延伸的微機械構造組件。該MEMS元件安裝在該ASIC元件之層結構上，因此，在該微機械構造組件與該ASIC元件之間存在間隙。該罩形晶圓以氣密方式安裝在該MEMS元件上方，使得該微機械構造組件佈置在ASIC元件與罩形晶圓之間的封閉空腔中。
採用此種豎向混合積體構件之構件方案後，便能對包含微機械功能及相關之信號處理用電路功能的極小、緊密且牢固的構件進行低成本量產。為此，不僅在晶圓複合體中製造各構件組成部分(ASIC元件、MEMS元件及罩帽)。通常亦在晶圓複合體中將此等構件組成部分安裝成一構件。還可以晶圓級對MEMS功能及ASIC功能進行測試，甚至於可在以晶圓級實施單體化前就對該等構件進行調整。
為製造此種豎向混合積體構件，首先對ASIC基板進行處理並為其設置包含若干用於各電路功能之配線平面的層結構。隨後將用於MEMS元件之基礎基板安裝在該層結構上。通常用直接接合法為MEMS基 板與ASIC層結構建立機械連接，其中，必須將處理溫度保持在儘可能低於500℃的相對較低程度，從而防止ASIC基板中之電路功能受損。若ASIC元件之電路功能需要承受較高的處理溫度，則無法再確保其功能性。在安裝在ASIC層結構上後，方對MEMS基板進行構造化，以便將微機械功能之構造組件曝露出來。隨後將罩形晶圓定位在微機械構造組件上方，並要麼將其與MEMS基板之框架區域連接，要麼在對MEMS基板進行構造化時在ASIC層結構上曝露出相應環繞式安裝面的情況下，將罩形晶圓安裝在ASIC層結構上。出於對ASIC基板中之積體式電路功能的考慮，亦必須在相對較低之處理溫度下實施對罩形晶圓的安裝。
在諸如感測器應用的許多應用中，罩形晶圓不僅用作機械保護，亦用作微機械構造組件之密封封閉件，以及用於實現針對MEMS元件之微機械功能所定義的壓力條件。
就此而言，用於安裝MEMS基板及罩形晶圓之直接接合法被證實存在問題。亦即，在對ASIC電路功能而言非臨界的較低處理溫度下，無法為基板與通常用作MEMS基板及罩形晶圓以及用於ASIC層結構之層材料建立永久氣密的連接。舉例而言，在將矽基板與氧化物層直接接合時，若需在構件壽命內保持此連接之氣密性，則需要超過1000℃的退火溫度。
本發明提出若干措施，其即便在相對較低之處理溫度下亦能為本文開篇所述類型之混合積體構件的各構件組件部分與該罩形晶圓建立氣密連接。
本發明用以達成上述目的之方案為：在該MEMS基板中構建一密封構造，其將該微機械構造組件完全包圍並在該MEMS基板之整個厚度範圍內至少延伸至該ASIC元件之層結構，以及，該罩形晶圓在該密封構造之區域內與該MEMS基板環繞式連接。
本發明認識到，MEMS基板與ASIC層結構毋需以整面密封之方式連接，便能將微機械構造組件氣密地包含在ASIC層結構與罩形晶圓之間的空腔中。為亦對無法為MEMS基板與ASIC層結構建立永久氣密之平面連接的安裝法加以利用，本發明提出，藉由一僅構建於MEMS基板之將微機械構造組件包圍的框架區域內的密封構造，對該MEMS基板與該ASIC層結構之間的平面式安裝連接進行後續密封。可藉由標準構造化及沈積過程簡便地產生此種密封構造，此類標準構造化及沈積過程能夠以不顯著增加花費的方式整合至對MEMS基板的處理過程，且特別是毋需過高的處理溫度。
根據本發明，將該罩形晶圓安裝在該MEMS基板上並在該密封構造之區域內與該MEMS基板環繞式連接，從而亦透過該密封構造建立與該罩形晶圓之密封連接。由於該罩形晶圓安裝在該MEMS基板上，而非該ASIC層結構上，在此所需之構造化深度相對較小。相應地，對該罩形晶圓的構造化亦不複雜。
本發明之結構方案特別適用於需要氣密式封閉的MEMS功能的應用，例如加速度感測器及轉速感測器。但此種結構方案與MEMS元件之微機械構造組件的具體設計方案無關。與此相對應地，存在許多用以實現本發明之構件的方案。此外，就本發明之密封構造的佈置、幾何尺寸、構造及為其採用的材料而言，亦存在各種實現該密封構造的方案。
如上文所述，根據本發明，該密封構造至少延伸至該ASIC元件之層結構。密封作用係基於該密封構造之材料與鄰接的該MEMS基板的及該ASIC層結構的材料的連接，因此，通常藉由該密封構造不僅在MEMS基板之整個厚度範圍內延伸，還延伸進入ASIC元件之層結構的方式，實現極佳之密封作用，具體視ASIC層結構之層材料及層序列而定。
根據本發明的一種較佳實施方式，該密封構造延伸至一配線 平面或該ASIC層結構之一埋置式多晶矽層。在此情形下，較佳在該配線平面或埋置式多晶矽層中構建有與該密封構造對應的環形密封面。
至少在該MEMS基板之區域內實施該形式較佳為至少一經填充的環繞式溝槽的密封構造，其中，該填充材料實現與周圍的該MEMS基板的及該ASIC層結構的材料的氣密連接。可於該MEMS基板安裝完畢後簡便地產生該溝槽構造，使得該溝槽構造在MEMS基板之整個厚度範圍內延伸，以及有時還伸入該ASIC元件之層結構。隨後，較佳於將該MEMS元件之微機械構造組件曝露出來的構造化過程前，例如藉由標準沈積過程對該溝槽構造進行填充。
包含多個(例如兩個)經填充的、將該微機械構造組件環繞的、以及大體同心或平行延伸的溝槽的密封構造具有極佳之密封作用。
如上文所述，該填充材料用於實現與鄰接的MEMS基板的及ASIC層結構的材料的密封連接。但該填充材料亦可在構件中具有其他功能。根據本發明的一種較佳實施方式，為該密封構造之至少一溝槽至少局部填充一導電材料，從而將該密封構造用作該MEMS元件與該ASIC元件之間的電連接。在選擇了適宜的填充材料的情況下，該填充材料亦可用作針對該罩形晶圓與該MEMS基板之間之共晶接合連接的填充材料。
金屬及/或金屬化合物，特別是鎢、鈦或氮化鈦，以及諸如Ge、SiGe或Si的半導體材料皆特別適合用作針對該密封構造之填充材料。
本發明之密封構造可僅由一或多個經填充之溝槽構成，該等溝槽將該微機械構造組件完全包圍，並在該MEMS基板之整個厚度範圍內至少延伸至或延伸進入該ASIC元件之層結構。根據本發明的一種較佳改進方案，該密封構造作為該等配線平面之間的環繞式金屬連接在該ASIC層結構中延續。在對ASIC層結構的各層進行沈積時，即可簡便地構建此類位於配線平面之間的環繞式金屬連接。
該密封構造可僅用於對其中包含有該MEMS元件之微機械構造組件的空腔進行密封，亦可用於密封該構件的其他功能，特別是用於對該ASIC元件之貫穿接點及電路功能進行密封，具體視該密封構造之佈置方案而定。為此，該密封構造較佳環繞式構建在該構件之外邊緣區域內。
在此還需要指出，本發明之構件當然亦可配設多個此種密封構造，例如用於將各構件功能分別密封，或以便除將空腔密封外亦實現邊緣密封。
如上文所述，存在各種對本發明進行有利設計或改進之方案。為此，一方面參照申請專利範圍第1項之附屬項，另一方面參照下文結合附圖對本發明之多個實施例所作的說明。
10‧‧‧ASIC元件
11‧‧‧ASIC基板
12‧‧‧電路功能
13‧‧‧層結構
14‧‧‧配線平面
15‧‧‧貫穿接點
16‧‧‧間隙，空腔，空穴
17‧‧‧鈍化層
18‧‧‧連接襯墊
19‧‧‧焊球
20‧‧‧MEMS元件，MEMS基板
21‧‧‧微機械構造組件，微機械感測器組件
22‧‧‧密封構造
23‧‧‧貫穿接點
24‧‧‧貫穿接點
25‧‧‧遮蔽層
26‧‧‧溝槽，溝槽構造
27‧‧‧貫穿接點開口
28‧‧‧接合框架
29‧‧‧金屬層
30‧‧‧罩形晶圓
31‧‧‧空腔，空穴
32‧‧‧接合框架
33‧‧‧共晶接合連接
34‧‧‧共晶接合連接
35‧‧‧貫穿接點
38‧‧‧連接襯墊
39‧‧‧焊球
100‧‧‧構件，混合積體構件，感測器構件
141‧‧‧配線平面
142‧‧‧配線平面
143‧‧‧配線平面
144‧‧‧金屬連接，密封構造
145‧‧‧多晶矽層
146‧‧‧氧化物層
200‧‧‧構件，混合積體構件，感測器構件
311‧‧‧止擋部
圖1a-1f為若干剖視圖，其示出包含本發明之密封構造的豎向混合積體感測器構件100的製造，及圖2為另一包含本發明之密封構造的豎向混合積體感測器構件200之剖視圖。
圖1f所示的豎向混合積體感測器構件100(下文將結合圖1a至1h對其結構進行說明)包括三個晶片組件，即ASIC元件10、MEMS元件20及罩形晶圓30，該ASIC元件包含若干積體式電路功能12及具有若干用於該等電路功能12之配線平面14的層結構13，該MEMS元件20包含微機械感測器組件21。感測器構件100實施為此三個晶片組件10、20及30之疊堆或晶片疊堆的形式。
在此需要指出，對各晶片組件10、20及30之處理以及對該等晶片組件之疊堆式安裝通常皆在晶圓複合體中，即在包含多個以柵格佈 置方案自一晶圓製成之同類構件組成部分的複合體中進行。但為清楚起見，圖1a至1f總是僅示出一構件之晶片組件。
製造感測器構件100的出發點為：以與其他構件組成部分無關之方式首先受到處理的ASIC基板11。在此，既構建若干形式為金屬填充式盲孔的貫穿接點15，又整合若干電路功能12。隨後在ASIC基板11上產生包含若干用於貫穿接點15及電路功能12之配線平面14的層結構13。最後還對層結構13之介電封閉層進行構造化，從而在MEMS元件20之感測器構造21下方的區域內產生空穴16。
ASIC元件10之電路功能12較佳為用於MEMS元件20之微機械感測器組件21的信號處理電路、測定電路或控制電路的部件。在此需要指出，ASIC元件10亦可包括與MEMS無關的電路功能。
在以上述方式經過處理之ASIC元件10的層結構13上，用直接接合法在較低之溫度下接合一尚未經構造化之MEMS基板20。圖1a示出第一構造化步驟前的此種ASIC/MEMS結構，其中，需要產生針對本發明之密封構造的環繞式溝槽構造及針對位於待產生之感測器構造與ASIC元件10之間的貫穿接點的開口。為此，為MEMS基板20設置經過相應構造化的遮蔽層25。
在該ASIC/MEMS結構之上方示出一經構造化的罩形晶圓30，其包含空穴31及在此由環繞式Al塗層構成之環繞式接合框架32。罩形晶圓係以與ASIC/MEMS結構無關之方式受到預先處理。
圖1b示出該第一構造化步驟實施完畢後的ASIC/MEMS結構。針對該密封構造之環繞式溝槽構造26及貫穿接點開口27皆不僅在MEMS基板20之整個厚度範圍內延伸，還伸入ASIC層結構13直至到達該層結構13之最上方配線平面141。溝槽構造26在此包括兩個同心佈置的環形溝槽，其構建在該ASIC/MEMS結構之外邊緣區域內。該二溝槽26較佳 窄於5μm，從而需要儘可能小之晶片面積以及便於重新填充。在該圖所示實施例中，該等溝槽終止在最上方配線平面141中之連貫式環形區域內，該環形區域透過環繞式金屬連接144與位於其下方的層結構13之配線平面142及143連接。在此需要指出，作為替代方案，該溝槽構造亦可僅包括一環繞式溝槽或包括兩個以上溝槽。作為替代方案，該等溝槽亦可延伸至一更深的配線平面，或延伸至該層結構之另一材料層，例如一多晶矽層。該溝槽構造亦不必構建在MEMS元件20之邊緣區域內，而亦可進一步向內佈置在該待產生之感測器構造之邊緣區域內。
在隨後的沈積過程中，為溝槽構造26及貫穿接點開口27填充一導電材料，其實現與待鄰接之MEMS基板20的及層結構13的材料的良好(即緊密)連接。通常將矽基板用作MEMS基板。該層結構通常由若干介電氧化矽層以及鋁、鈦及/或銅製金屬配線平面之序列構成。在此情形下，鍺Ge、GeSi化合物及非晶矽特別適於對溝槽構造26及貫穿接點開口27進行填充。一方面，此類材料能夠藉由標準工藝(例如CVD法)方便地沈積，其中，透過擴散或相形成建立與待鄰接材料的極佳的、緊密的連接。另一方面，可藉由適宜的摻雜簡便地實現此類填充材料所需之導電性。除上述半導體材料外，金屬及金屬化合物，例如鎢、鈦或氮化鈦亦適合用作填充材料。
圖1c示出該沈積過程實施完畢後的ASIC/MEMS結構。其中，一方面對貫穿接點開口27進行填充，從而產生貫穿接點23，其用作待產生之感測器構造21之用於連接ASIC元件10的電連接件。另一方面對溝槽構造26進行填充，從而產生環繞式密封構造22。該密封構造不僅將空穴16上方之待實施感測器構造21，還將諸如貫穿接點23等其他構件功能圍繞。經填充之溝槽構造26的密封作用在ASIC層結構13之區域內延續，且係以配線平面141至143之間的環繞式金屬連接144的形式實現。
在該沈積過程中不僅對溝槽構造26及貫穿接點開口27進行填充。此外還為MEMS基板20之頂面塗佈該填充材料。該沈積過程實施完畢後，對該塗層進行構造化。其中，除該密封構造上方的用作針對罩形晶圓30之連接區域或接合框架28的環形區域外，將該填充材料重新自MEMS基板20之表面移除。本實施例中之填充材料具導電性，因此，可透過ASIC元件10將接合框架28設置在定義的電位。
在密封構造22及貫穿接點23製造完畢後，方將微機械感測器構造21曝露出來。該另一構造化過程之結果如圖1d所示。
隨後將罩形晶圓30安裝在MEMS基板20上，使得空穴31佈置在感測器構造21上方。在此透過共晶接合為罩形晶圓30與MEMS基板20建立氣密連接33。其中，為罩形晶圓30之Al接合框架與MEMS基板20中之密封構造22上方的接合框架28之材料建立共晶連接。亦即，該用於密封構造22之填充材料在此亦用作針對罩形晶圓30之安裝的連接材料。如圖1e所示，在此結構中，感測器構造21被包含在ASIC層結構13與罩形晶圓30之間的空腔16、31內，以及，該空腔16、31透過MEMS基板20中及ASIC層結構13中之密封構造22、144及MEMS基板20與罩形晶圓30之間的共晶接合連接33密封式封閉。
在最後之處理步驟中，還對感測器構件100之ASIC基板11進行背側薄化，從而將貫穿接點15曝露出來以便實現外部構件接觸。在此情形下，如圖1f所示為該ASIC背面設置鈍化層17、包含連接襯墊18之配線平面及焊球19。
圖2所示豎向混合積體感測器構件200亦以晶片疊堆之形式構建，該豎向混合積體感測器構件包括具若干積體式電路功能12及層結構13之ASIC元件10、具微機械感測器組件21之MEMS元件20以及罩形晶圓30。與感測器構件100不同，感測器構件200之第二位面安裝及外部電 接觸並非透過該ASIC元件，而係透過罩形晶圓30實現。
為此，在安裝於該ASIC/MEMS結構上前即對罩形晶圓30進行預先處理，具體方式為：產生一貫穿接點35，其連接在一包含用於該罩帽頂面上之焊球39的連接襯墊38的配線平面上。在此種預處理之範圍內還對罩形晶圓30之底面進行構造化，從而產生用於MEMS元件20之感測器構造21的空穴31。其中，在空穴31之區域內構建一止擋部311，其用作針對感測器構造21之過載保護裝置。針對MEMS元件20上之安裝，最後還將用於貫穿接點35之接合框架及接合接點設置至罩形晶圓30之底面上。
與採用感測器構件100之情形相同，感測器構件200之MEMS元件20亦夾層式佈置在ASIC元件10與罩形晶圓30之間。在MEMS元件20之外邊緣區域內構建有環繞式密封構造22。罩形晶圓30在密封構造22之區域內與MEMS基板20環繞式連接，使得感測器構造21被密封式包含在ASIC層結構13與罩形晶圓30之間之空腔中。
感測器構件200之密封構造22包括一溝槽構造，該溝槽構造在MEMS基板20之整個厚度範圍內延伸至ASIC層結構13之最上方配線平面141，以及由兩個同心佈置的環繞式溝槽構成。此類溝槽填充有一材料，其實現與待鄰接的MEMS基板20的及ASIC層結構13的材料的密封式連接。就感測器構件200而言，在用例如由鎢構成之CVD金屬填料對該等溝槽及該等貫穿接點開口進行填充前，首先將例如由Ti或TiN構成之障壁層沈積在該溝槽構造的及該等貫穿接點開口的壁部上。在該沈積過程中，亦在MEMS基板之頂面上產生一相對較厚的金屬層29。在此情形下，向此種金屬層29上設置一接合層並對其進行構造化，從而在密封構造22上方之區域內產生用於安裝罩形晶圓30的接合框架及接合接點，其與罩形晶圓30之底面上的接合框架及接合接點相對應。將Al及Ge用作接合材料，因為所產生之共晶接合連接33及34具導電性及極高的機械牢固性。在該接合層 之構造化實施完畢後，亦對在此用作針對罩形晶圓30之間隔層的金屬層29進行構造化。與感測器構件100不同，在採用感測器構件200之情形下，該用於密封構造22之填充材料並非用作針對罩形晶圓30之安裝的連接材料，而係用於實現用於罩形晶圓30之支座構造。
在ASIC層結構13中，密封構造22在最上方配線平面141與另一配線平面142及層結構13之多晶矽層145之間的若干環繞式金屬連接中延續。多晶矽層145係沈積在層結構13之熱氧化物層146上。此種層序列在構件200之壽命內保持密封。
如上文所述，感測器構件200透過罩形晶圓30中貫穿接點35進行外部電接觸，該貫穿接點係透過共晶接合連接34及MEMS基板20中之貫穿接點24連接至ASIC元件10之該等配線平面。由於貫穿接點23及24佈置在被密封構造22圍繞之區域內，在此毋需將感測器信號或ASIC信號在密封構造22之側下方導向外部。在採用另一外部接觸方案及另一內置密封構造時，則可能需要進行上述操作。在此情形下，可簡便地透過該ASIC基板的以適宜之方式擴散的區域將該等電信號導向外部，或透過該ASIC層結構的位於該密封構造下方的多晶矽層實現此點。

Claims (7)

  1. 一種混合積體構件(100；200)，至少包括ASIC元件(10)，包含若干整合至該ASIC基板(11)之電路功能(12)及位於該ASIC基板(11)上之層結構(13)，該層結構包括至少一用於該等電路功能(12)之配線平面(14)，MEMS元件(20)，包含至少一在該MEMS基板(20)之整個厚度範圍內延伸的微機械構造組件(21)，罩形晶圓(30)，其中，該MEMS元件(20)安裝在該ASIC層結構(13)上，因此，在該微機械構造組件(21)與該ASIC元件(10)之間存在間隙(16)，且其中，該罩形晶圓(30)以氣密方式安裝在該MEMS元件(20)上方，使得該微機械構造組件(21)佈置在ASIC元件(10)與罩形晶圓(30)之間的封閉空腔(16，31)中，其中，在該MEMS基板(20)中構建有一密封構造(22)，該密封構造將該微機械構造組件(21)完全包圍，並在該MEMS基板(20)之整個厚度範圍內至少延伸至該ASIC層結構(13)，以及，該罩形晶圓(30)在該密封構造(22)之區域內與該MEMS基板(20)環繞式連接，該密封構造(22)延伸進入該ASIC層結構(13)，且該密封構造(22)包括至少一在該MEMS基板(20)之整個厚度範圍內至少延伸至該ASIC層結構(13)的溝槽(26)，以及，該溝槽(26)填充有一材料，該材料實現與周圍的該MEMS基板(20)的及該ASIC層結構(13)的材料的氣密連接，且該密封構造(22)在該ASIC層結構(13)之區域內作為該等配線平面(14)之間的環繞式金屬連接(144)延續。
  2. 如申請專利範圍第1項之構件(100；200)，其中，該密封構造(22)延伸至一配線平面(141)或該ASIC層結構(13)之一埋置式多晶矽 層(145)，以及，在該配線平面(14)或埋置式多晶矽層(145)中構建有一與該密封構造(22)對應的環形密封面。
  3. 如申請專利範圍第1項之構件(100；200)，其中，該密封構造(22)包括多個以大體同心或平行延伸之方式佈置的環繞式溝槽(26)。
  4. 如申請專利範圍第1項之構件(100；200)，其中，該密封構造(22)之該至少一溝槽(26)至少局部填充有一導電材料，以及，該密封構造(22)用作該MEMS元件(20)與該ASIC元件(10)之間的電連接。
  5. 如申請專利範圍第1項之構件(100；200)，其中，該密封構造(22)之該至少一溝槽(26)填充有一材料，該材料亦用作針對該罩形晶圓(30)與該MEMS基板(20)之間之共晶接合連接(33)的連接材料。
  6. 如申請專利範圍第1項之構件(100；200)，其中，該密封構造(22)之該至少一環繞式溝槽(26)填充有特別是為鎢、鈦或氮化鈦的金屬及/或金屬化合物，以及/或者填充有特別是為Ge、SiGe或Si的半導體材料。
  7. 如申請專利範圍第1項之構件(100；200)，其中，該ASIC元件(10)、該MEMS元件(20)及該罩形晶圓(30)具有大體相同的晶片面積，該密封構造(22)係環繞式構建在該構件(100；200)之外邊緣區域內，以及，該構件(100；200)之外部電接觸係透過該ASIC元件(10)及/或該罩形晶圓(30)中之若干貫穿接點(15；35)進行。
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Families Citing this family (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102014211558A1 (de) * 2014-06-17 2015-12-17 Robert Bosch Gmbh Mikroelektromechanisches System und Verfahren zum Herstellen eines mikroelektromechanischen Systems
DE102014212314A1 (de) * 2014-06-26 2015-12-31 Robert Bosch Gmbh Mikromechanische Sensoreinrichtung
US9969614B2 (en) 2015-05-29 2018-05-15 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. MEMS packages and methods of manufacture thereof
KR101679586B1 (ko) * 2015-07-13 2016-11-25 주식회사 신성씨앤티 실리콘관통전극 기반의 반도체 패키지
GB2556263B (en) * 2016-01-29 2019-11-13 Cirrus Logic Int Semiconductor Ltd Integrated MEMS transducers
IT201600083804A1 (it) * 2016-08-09 2018-02-09 St Microelectronics Srl Procedimento di fabbricazione di un dispositivo a semiconduttore includente una struttura microelettromeccanica ed un associato circuito elettronico integrato e relativo dispositivo a semiconduttore
WO2018054470A1 (de) * 2016-09-22 2018-03-29 Robert Bosch Gmbh Mikromechanisches bauelement
DE102017218155A1 (de) * 2017-10-11 2019-04-11 Robert Bosch Gmbh Mikromechanische Vorrichtung mit überdeckendem Bondrahmen
CN112875641B (zh) * 2021-01-29 2024-01-26 矽力杰半导体技术(杭州)有限公司 Mems器件和电路器件的集成结构及其制造方法
DE102021203574A1 (de) * 2021-04-12 2022-10-13 Robert Bosch Gesellschaft mit beschränkter Haftung MEMS Schalter mit Kappenkontakt
DE102021212947A1 (de) 2021-11-18 2023-05-25 Robert Bosch Gesellschaft mit beschränkter Haftung Mikromechanische Vorrichtung und Verfahren zur Herstellung

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102583219A (zh) * 2012-03-29 2012-07-18 江苏物联网研究发展中心 一种晶圆级mems器件的真空封装结构及封装方法
US20130285165A1 (en) * 2012-04-25 2013-10-31 Robert Bosch Gmbh Method for manufacturing a hybrid integrated component

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102012208031A1 (de) * 2012-05-14 2013-11-14 Robert Bosch Gmbh +Hybrid integriertes Bauteil und Verfahren zu dessen Herstellung
DE102012208033B4 (de) * 2012-05-14 2020-08-06 Robert Bosch Gmbh Hybrid integriertes Bauteil und Verfahren zu dessen Herstellung
US9764946B2 (en) * 2013-10-24 2017-09-19 Analog Devices, Inc. MEMs device with outgassing shield

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102583219A (zh) * 2012-03-29 2012-07-18 江苏物联网研究发展中心 一种晶圆级mems器件的真空封装结构及封装方法
US20130285165A1 (en) * 2012-04-25 2013-10-31 Robert Bosch Gmbh Method for manufacturing a hybrid integrated component

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