TWI486559B - 感測裝置及其製作方法 - Google Patents
感測裝置及其製作方法 Download PDFInfo
- Publication number
- TWI486559B TWI486559B TW101109089A TW101109089A TWI486559B TW I486559 B TWI486559 B TW I486559B TW 101109089 A TW101109089 A TW 101109089A TW 101109089 A TW101109089 A TW 101109089A TW I486559 B TWI486559 B TW I486559B
- Authority
- TW
- Taiwan
- Prior art keywords
- substrate
- sensing device
- housing
- disposed
- airtight filter
- Prior art date
Links
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims description 31
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims description 110
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 46
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 30
- 238000007789 sealing Methods 0.000 claims description 24
- 238000013022 venting Methods 0.000 claims description 23
- 230000001788 irregular Effects 0.000 claims description 15
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims description 9
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 9
- 238000004891 communication Methods 0.000 claims description 7
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 239000000956 alloy Substances 0.000 claims description 6
- 230000000149 penetrating effect Effects 0.000 claims description 6
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 claims description 4
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 claims description 4
- 238000005229 chemical vapour deposition Methods 0.000 claims description 2
- 238000005240 physical vapour deposition Methods 0.000 claims description 2
- 230000001568 sexual effect Effects 0.000 claims 1
- 230000008569 process Effects 0.000 description 22
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 12
- BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N platinum Chemical compound [Pt] BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- 239000003566 sealing material Substances 0.000 description 6
- 229910000679 solder Inorganic materials 0.000 description 6
- 238000000151 deposition Methods 0.000 description 5
- 230000000994 depressogenic effect Effects 0.000 description 5
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 4
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 4
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 4
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 description 4
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 3
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 3
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 2
- 238000013016 damping Methods 0.000 description 2
- 238000013461 design Methods 0.000 description 2
- 229910001092 metal group alloy Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910044991 metal oxide Inorganic materials 0.000 description 2
- 150000004706 metal oxides Chemical class 0.000 description 2
- 238000010943 off-gassing Methods 0.000 description 2
- 238000007711 solidification Methods 0.000 description 2
- 230000008023 solidification Effects 0.000 description 2
- 229910052684 Cerium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910000881 Cu alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- KJTLSVCANCCWHF-UHFFFAOYSA-N Ruthenium Chemical compound [Ru] KJTLSVCANCCWHF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 1
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 1
- 238000003491 array Methods 0.000 description 1
- BCZWPKDRLPGFFZ-UHFFFAOYSA-N azanylidynecerium Chemical compound [Ce]#N BCZWPKDRLPGFFZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- GWXLDORMOJMVQZ-UHFFFAOYSA-N cerium Chemical compound [Ce] GWXLDORMOJMVQZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910000420 cerium oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 1
- 238000007796 conventional method Methods 0.000 description 1
- WBLJAACUUGHPMU-UHFFFAOYSA-N copper platinum Chemical compound [Cu].[Pt] WBLJAACUUGHPMU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 239000000945 filler Substances 0.000 description 1
- 238000005247 gettering Methods 0.000 description 1
- PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N gold Chemical compound [Au] PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010931 gold Substances 0.000 description 1
- 238000000338 in vitro Methods 0.000 description 1
- 238000005304 joining Methods 0.000 description 1
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 1
- 239000007769 metal material Substances 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 239000002120 nanofilm Substances 0.000 description 1
- BMMGVYCKOGBVEV-UHFFFAOYSA-N oxo(oxoceriooxy)cerium Chemical compound [Ce]=O.O=[Ce]=O BMMGVYCKOGBVEV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000007747 plating Methods 0.000 description 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 1
- 229910052707 ruthenium Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000005476 soldering Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B81—MICROSTRUCTURAL TECHNOLOGY
- B81C—PROCESSES OR APPARATUS SPECIALLY ADAPTED FOR THE MANUFACTURE OR TREATMENT OF MICROSTRUCTURAL DEVICES OR SYSTEMS
- B81C1/00—Manufacture or treatment of devices or systems in or on a substrate
- B81C1/00015—Manufacture or treatment of devices or systems in or on a substrate for manufacturing microsystems
- B81C1/00261—Processes for packaging MEMS devices
- B81C1/00277—Processes for packaging MEMS devices for maintaining a controlled atmosphere inside of the cavity containing the MEMS
- B81C1/00293—Processes for packaging MEMS devices for maintaining a controlled atmosphere inside of the cavity containing the MEMS maintaining a controlled atmosphere with processes not provided for in B81C1/00285
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B81—MICROSTRUCTURAL TECHNOLOGY
- B81C—PROCESSES OR APPARATUS SPECIALLY ADAPTED FOR THE MANUFACTURE OR TREATMENT OF MICROSTRUCTURAL DEVICES OR SYSTEMS
- B81C2203/00—Forming microstructural systems
- B81C2203/01—Packaging MEMS
- B81C2203/0145—Hermetically sealing an opening in the lid
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B81—MICROSTRUCTURAL TECHNOLOGY
- B81C—PROCESSES OR APPARATUS SPECIALLY ADAPTED FOR THE MANUFACTURE OR TREATMENT OF MICROSTRUCTURAL DEVICES OR SYSTEMS
- B81C2203/00—Forming microstructural systems
- B81C2203/01—Packaging MEMS
- B81C2203/0172—Seals
- B81C2203/019—Seals characterised by the material or arrangement of seals between parts
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01D—MEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- G01D11/00—Component parts of measuring arrangements not specially adapted for a specific variable
- G01D11/24—Housings ; Casings for instruments
- G01D11/26—Windows; Cover glasses; Sealings therefor
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Micromachines (AREA)
- Radiation Pyrometers (AREA)
Description
本發明是有關於一種感測裝置及其製作方法,且特別是有關於一種利用氣密濾片配合氣密封層來密封殼體的排氣孔的感測裝置及其製作方法。
一般而言,微機電感測裝置內的感測元件應在所屬之特定環境條件的感測腔體中作動,以確保感測元件穩定運作,並可得到精準的感測輸出結果。基於不同感測裝置的感測機制設計需求,用來容置感測元件的感測腔體內的環境條件亦隨之變化。舉例而言,有些感測裝置需要考慮到感測元件之震動阻尼對振動頻率與感測訊號雜訊比之效應,因此會將感測元件(例如諧振磁場感測器(resonant magnetic field sensor)、諧振器(resonator)、射頻開關(RF switch)、微熱輻射計(micro bolometer)或陀螺儀(gyroscope)等)設置在高負壓或真空的氣密腔體環境下來作動,以降低空氣阻尼所造成的能量損耗。
現有感測裝置大多是以回焊焊料或是沉積填充材料等方式來填實腔體的對外通道,以形成密封腔體。然而,此種方式容易導致填充材料沉積在感測元件上或污染腔體內部,而導致感測元件無法正常作動。而且,此類焊料或密封材料因結構鬆散,因而無法使密封腔體達到良好的密封性,也無法確保密封腔體內的環境條件。此外,由於此類
焊料或密封材料會產生逸氣(outgassing)現象,而導致腔體無法維持在0.1~10-4
mbar壓力範圍內,而無法適用於高真空感測元件。為了解決因焊料或密封材料的逸氣(outgassing)現象而導致的感測裝置之腔體的真空度不足的問題,習知的方法是在感測裝置之腔體內部設置吸氣層(getter layer)以將感測裝置之腔體中的多餘氣體分子鎖住在吸氣層中,以提高感測裝置之腔體的真空度。然而,吸氣層的加工複雜且成本昂貴。
本發明提供一種感測裝置,其具有高負壓或真空的氣密腔體環境以及良好的密封性,有利於腔體內的環境條件的控制,且感測裝置的結構簡單、製作容易,有助於增加製程良率,並且可降低製作成本。
本發明提出一種感測裝置的製作方法,可製作出具有高負壓或真空的氣密腔體環境以及良好的密封性的感測裝。而且本發明的製作方法製程簡易,有助於增加製程良率,並且可降低製作成本。
本發明提出一種感測裝置包括殼體、氣密濾片、氣密封層、感測元件。殼體包括排氣孔,排氣孔貫穿殼體的第一表面及第二表面。氣密濾片至少覆蓋排氣孔,氣密濾片具有剖面呈不規則曲線的通道,通道貫通氣密濾片,且通道之寬度為數奈米至數百奈米。氣密封層至少覆蓋排氣孔、部分氣密濾片和部分通道。感測元件設置於殼體內。
本發明提出的感測裝置更包括剛性支撐構件。剛性支撐構件設置於殼體與氣密濾片之間,剛性支撐構件至少覆蓋部分排氣孔,且剛性支撐構件具有開口,開口貫通剛性支撐構件,且排氣孔、通道和開口是相通。
具體而言,本發明提出的感測裝置的製作方法,包括下列步驟:於第一基板形成感測元件;於第二基板形成排氣孔,排氣孔貫穿第二基板的第一表面及第二表面;於第二基板上形成氣密濾片,氣密濾片具有剖面呈不規則曲線的通道,通道貫通氣密濾片,且通道之寬度為數奈米至數百奈米;接合第二基板於第一基板上,其中第一基板與第二基板的的至少其中之一具有一凹陷部,而於第二基板與第一基板之間形成腔體;以及於第二基板上形成氣密封層以密封腔體,其中氣密封層至少覆蓋排氣孔、部分氣密濾片和部分通道。
本發明提出的感測裝置的製作方法更包括於第二基板與氣密濾片之間形成剛性支撐構件,剛性支撐構件至少覆蓋排氣孔,且剛性支撐構件具有開口,開口貫通剛性支撐構件,且排氣孔、通道和開口是相通。
本發明利用氣密濾片配合氣密封層來形成具真空之感測腔體。氣密濾片具有數奈米至數百奈米的單向通道(one-way pass),氣體分子經由單向通道排出腔體外。氣密濾片由於具有彎曲通道,使密封層材料不易直接通過而形成類似單向通道的結構,因此密封層材料堆積在彎曲通道上而可避免氣密封層材料流入腔體內,因此相較於結構鬆散的焊料或密封材料,可以提供良好的密封性,有利於腔
體內的環境條件的控制。而且,本發明的感測裝置的結構簡單,且製作容易,有助於增加製程良率,並且可降低製作成本。
本發明利用氣密濾片配合氣密封層來密封殼體的排氣口,其中腔體內的環境條件可以由形成氣密封層時的製程環境來決定。而且本發明的製作方法製程簡易,有助於增加製程良率,並且可降低製作成本。
為讓本發明之上述特徵和優點能更明顯易懂,下文特舉實施例,並配合所附圖式作詳細說明如下。
於此先行說明,本發明各實施例對於相同或類似元件之編號可能為相同。
圖1A繪示依照本發明之實施例一的感測裝置。圖2A繪示依照本發明之氣密濾片的剖面照片示意圖。圖2B繪示依照本發明之沈積有氣密封層的氣密濾片的剖面照片示意圖。
如圖1A所示,感測裝置100A包括殼體102、氣密濾片112、氣密封層114以及感測元件108。
殼體102(housing)具有多個排氣孔110,排氣孔110貫穿殼體102的第一表面106a及第二表面106b。殼體102例如是由第一基板104以及第二基板106所構成,其中第一表面106a與第二表面106b例如是第二基板106之第一表面106a與第二表面106b,如各實施例中所示。第一基
板104與第二基板106的材質例如是矽基板。第一基板104例如具有凹陷部。第二基板106例如覆蓋第一基板104,於第二基板106與第一基板104之間形成有腔體118。在本實施例中,排氣孔110例如設置於第二基板106上。當然,排氣孔110可以設置在殼體102的任何位置,例如殼體102的頂部或側壁。在本實施例中,以第一基板104具有凹陷部(剖面成「ㄩ」形狀)、第二基板106為平板狀為例子做說明。當然,本發明也可以採用以第一基板104為平板狀,第二基板106具有凹陷部(剖面成「ㄇ」形狀)或者以第一基板104具有凹陷部(剖面成「ㄩ」形狀),第二基板106具有凹陷部(剖面成「ㄇ」形狀)。亦即,本發明能夠在第一基板104與第二基板106之間形成容置感測元件之腔體118的話,並沒有限制第一基板104與第二基板106的形狀與構成。在一實施例中,第一基板104形成多數個凹陷部,並利用第二基板106覆蓋該第一基板104上,且相對每一凹陷部的第二基板106上設置有多數個排氣孔110。如此可安裝一或多數個相同或不同的感測器於凹陷部內。其中凹陷部配置可為列或行或陣列的排列。凡此設計均包括於本發明之創作精神內,在此不予贅述。
氣密濾片112至少覆蓋排氣孔110。在本實施例中,氣密濾片112設置於殼體102的第一表面106a上。在一實施例中,例如氣密濾片112設置於殼體102之第二基板106的第一表面106a上。如圖2A所示,氣密濾片112具有剖面呈不規則曲線的通道112a,通道112a貫通氣密濾片
112,且通道112a之寬度例如在數奈米至數百奈米。由於氣密濾片112具有剖面呈不規則曲線的通道112a,因此在腔體118內部的氣體分子120可以經由通道112a而排出腔體118之外。氣密濾片112是一種單向氣密封膜。此單向氣密封膜具有貫穿整個膜厚度的不規則曲線連續通道112a,因此可使腔體在傳統氣密接合製程中所散發出來之多餘逸氣氣體分子群,完全地透過單向氣密封膜的不規則曲線連續通道112a,而例如利用抽真空裝置將氣體抽/排出整個腔體118外,以使腔體118達到高真空環境。同時在接續之氣密封層114披覆製程中的氣密封層材料加載過程中,氣密封層材料會因為分子反應固化作用,而初始堆積並阻塞在奈米級尺度的不規則曲線連續通道中,因此披覆層材料不會透過單向氣密微奈米封膜,進入已真空化之感測空腔中。
氣密濾片112的材質例如是金屬、陶瓷或聚合物。當然,在本發明中具有貫穿整個膜厚度的不規則曲線連續通道112a的材料即可作為氣密濾片112,因此其材質並沒有限制。在本發明一實施例中,氣密濾片112例如是具有微孔的金屬,其製法例如是提供雙金屬合金(Bi-metal alloy)。然後,對雙金屬合金進行去合金處理(dealloying)而留下單一成份金屬。舉例來說,利用鉑-銅合金片製成氣密濾片112時,進行合金處理移除銅成分或鉑成分,而形成具有剖面呈不規則曲線的通道112a的銅片或鉑片。
氣密封層114至少覆蓋排氣孔110和氣密濾片112和
部分通道112a。如圖2B所示,在形成氣密封層114時,在氣密封層材料114a加載過程中,氣密封層材料114a會因為分子反應擴散進而進行固化作用,而初始堆積並最終阻塞在不規則曲線連續通道112a中或者接近排氣口之通道口端。亦即,氣密封層材料114a可以填充通道112a的一部份。氣密封層材料114a不會透過單向氣密封膜(氣密濾片112),進入已真空化之腔體118中,而可提供一個具高真空度之氣密感測元件結構。氣密封層114的材質包括金屬或金屬氧化物,例如金、鉑、銅、鋁、氧化矽、氮化矽、氮氧化矽等。氣密封層114的形成方法例如是物理氣相沈積法與化學氣相沈積法之其中之一。
再如圖1A所示,感測元件108設置於腔體118中。感測元件108包括諧振磁場感測器(resonant magnetic field sensor)、諧振器(resonator)、射頻開關(RF switch)、微熱輻射計(micro bolometer)或陀螺儀(gyroscope)。
圖1B繪示依照本發明之實施例二的感測裝置。如圖1B所示,感測裝置100B的氣密濾片112設置於殼體102的第二表面106b上,並覆蓋排氣孔110。在一實施例中,例如氣密濾片112設置於殼體102之第二基板106的第二表面106b上。氣密封層114至少覆蓋排氣孔110、部分氣密濾片112和部分通道112a,並封閉排氣孔110。本實施例形成氣密封層114的方式可如上述圖1A-2B所述達成。
圖1C繪示依照本發明之實施例三的感測裝置。如圖1C所示,感測裝置100C的氣密濾片112例如設置於殼體
102的第一表面106a上。在一實施例中,例如氣密濾片112設置於殼體102之第二基板106的第一表面106a上。於殼體102與氣密濾片112之間設置有剛性支撐構件116。亦即,剛性支撐構件116設置於殼體102的第一表面106a上。剛性支撐構件116用以支撐氣密濾片112,並可以提高殼體102與氣密濾片112的接著性。剛性支撐構件116至少覆蓋部分排氣孔110,且剛性支撐構件116具有一或多數個開口116a,這些開口116a貫通剛性支撐構件116。在氣密封層114形成之前,排氣孔110、氣密濾片112的通道112a和剛性支撐構件116的開口116a是相通,而可以使腔體118內的氣體先被抽/排出。剛性支撐構件116的材質可為金屬材料或金屬氧化物材料。
氣密封層114至少覆蓋剛性支撐構件116、氣密濾片112和部分通道112a,並封閉排氣孔110。
圖1D繪示依照本發明之實施例四的感測裝置。如圖1D所示,感測裝置100D的氣密濾片112設置於殼體102的第二表面106b上。在一實施例中,例如氣密濾片112設置於殼體102之第二基板106的第二表面106b上。在於殼體102與氣密濾片112之間設置有剛性支撐構件116。亦即,剛性支撐構件116設置於殼體102的第二表面106b上。氣密封層114至少覆蓋排氣孔110、部分氣密濾片112、部分剛性支撐構件116和部分通道112a。
在本發明的感測裝置中,主要是利用氣密濾片112配合氣密封層114來形成具超高真空之感測腔體。氣密濾片
112具有數奈米至數百奈米的單向通道(one-way pass),此單向通道指的是使感測腔體在傳統氣密接合製程中所散發出來之多餘排氣氣體分子群,能完全地透過該單向通道,而被抽/排出整個感測腔體外,以達到高度之真空感測腔體環境;同時在接續之氣密封層114披覆製程中的氣密封層材料加載過程中,該氣密封層材料會因為分子反應固化作用,而初始堆積並最終阻塞在奈米級尺度的不規則曲線連續通道中,因此氣密封層材料不會透過單向通道,進入已真空化之感測空腔中,最後達到可提供一個具高真空度之氣密感測腔體結構。本發明中,氣體分子經由單向通道排出腔體118外,氣密濾片112亦可避免氣密封層材料流入腔體內,因此相較於習知的結構鬆散的焊料或密封材料,可以提供良好的密封性,有利於腔體118內的環境條件的控制。而且,本發明的感測裝置的結構簡單,且製作容易,有助於增加製程良率,並且可降低製作成本。
在本發明的感測裝置中,在殼體102與氣密濾片112之間選擇性地設置有剛性支撐構件116,此剛性支撐構件116可以支撐氣密濾片112,並可以提高殼體10與氣密濾片112的接著性。
圖3A至圖3D繪示依照本發明之實施例四的感測裝置的製造流程剖面圖。圖4繪示依照本發明之各實施例的製程機台。
請參照圖3A,準備第一基板104與第二基板106。於第一基板104的凹陷部中形成感測元件108。於第二基板
106形成排氣孔110,排氣孔110貫穿第二基板106。
請參照圖3B,於第二基板106上形成剛性支撐構件116。剛性支撐構件116至少覆蓋部分排氣孔110,且剛性支撐構件116具有開口116a。開口116a貫通剛性支撐構件116,且部分排氣孔110和部分開口116a是相通。可藉由晶片接合技術來接合第二基板106與剛性支撐構件116。所述晶片接合技術可包括陽極接合、滲透接合(diffusion bonding)或電漿改良表面接合(plasma enhanced bonding)等直接接合技術,或是利用中間接合層(intermediate bonding layer)作為接合媒介的間接接合技術。
請參照圖3C,於第二基板106上形成氣密濾片112,氣密濾片112具有剖面呈不規則曲線的通道112a,通道112a貫通氣密濾片112,且通道112a之寬度在數奈米至數百奈米。氣密濾片112至少覆蓋第二基板106的排氣孔110和剛性支撐構件116的開口116a。氣密濾片112的材質例如是金屬、陶瓷或聚合物。在本實施例中,以氣密濾片112是具有微孔的金屬為例做說明,但本發明並不限於此。氣密濾片112的製法如下:首先於第二基板106鍍上一層雙金屬合金(Bi-metal alloy)層。然後,對雙金屬合金進行去合金處理(dealloying),利用蝕刻劑移除雙金屬合金的一個成份金屬,而形成具有剖面呈不規則曲線的通道的銅層或鉑層。在另一實施例中,也可以先製作出氣密濾片112,然後再利用晶片接合技術來接合第二基板106與氣密濾片
112。
請參照圖3D,藉由晶片接合技術來接合第二基板106與第一基板104。所述晶片接合技術可包括陽極接合、滲透接合(diffusion bonding)或電漿改良表面接合(plasma enhanced bonding)等直接接合技術,或是利用中間接合層(intermediate bonding layer)作為接合媒介的間接接合技術。在本實施例是以氣密濾片112面向感測元件108的方式,將第二基板106與第一基板104接合,而於第二基板106與第一基板104之間形成腔體118。然後,於第二基板106之第一表面106a上形成氣密封層114以密封腔體118,氣密封層114至少覆蓋排氣孔110和部分氣密濾片112。
在形成氣密封層114時,可採用圖4繪示的製程機台。如圖4所示,本實施例的機台200內設有氣壓調整裝置202以及沈積裝置204。將第二基板106與第一基板104接合後,置於機台200中。利用氣壓調整裝置202控制機台200內環境條件,以調整機台200內的氣壓與氣體等成份。當機台200內的氣壓到達設定值後,利用沈積裝置204形成氣密封層114。其中氣壓調整裝置202包括抽真空裝置、控制器、氣壓偵測器等等。氣壓調整裝置202以抽真空裝置先抽真空至一設定氣壓,此可由氣壓偵測器偵測得知,控制器收到到達設定氣壓例如真空度值,控制器控制沈積裝置204作動,以沈積氣密封層材料於氣密濾片上並沈積於氣密濾片的通道上形成氣密封層。
在上述方法中,若是以氣密濾片112背向感測元件108
的方式,將第二基板106與第一基板104接合,而於第二基板106與第一基板104之間形成腔體118。然後,形成氣密封層114,則可製作出實施例三所述的感測裝置。
在上述方法中,若是省略製作剛性支撐構件116的步驟,並以氣密濾片112背向感測元件108的方式,將第二基板106與第一基板104接合,而於第二基板106與第一基板104之間形成腔體118。然後,形成氣密封層114,則可製作出實施例一所述的感測裝置。
在上述方法中,若是省略製作剛性支撐構件116的步驟,並以氣密濾片112面向感測元件108的方式,將第二基板106與第一基板104接合,而於第二基板106與第一基板104之間形成腔體118。然後,形成氣密封層114,則可製作出實施例二所述的感測裝置。
本發明之感測裝置的製作方法,利用氣密濾片112配合氣密封層114來密封腔體118的排氣孔110,其中腔體118內的環境條件可以由形成氣密封層114時的製程環境來決定,在形成氣密封層114時,氣密濾片112可避免氣密封層材料流入腔體118內。而且本發明的製作方法製程簡易,有助於增加製程良率,並且可降低製作成本。
當然,本發明亦可以應用於可以將多個不同環境條件的腔體整合在同一個基板(如晶片)上,以容置不同類型的感測元件的腔體結構上。
綜上所述,本發明利用氣密濾片配合氣密封層來形成具超高真空之感測腔體。氣密濾片具有數奈米至數百奈米的單向通道(one-way pass),氣體分子經由單向通道排出腔
體外,氣密濾片亦可避免氣密封層材料流入腔體內,因此相較於結構鬆散的焊料或密封材料,可以提供良好的密封性,有利於腔體內的環境條件的控制。而且,本發明的感測裝置的結構簡單,且製作容易,有助於增加製程良率,並且可降低製作成本。
本發明利用氣密濾片配合氣密封層來密封腔體的開口,其中腔體內的環境條件可以由形成氣密封層時的製程環境來決定。而且本發明的製作方法製程簡易,有助於增加製程良率,並且可降低製作成本。
雖然本發明已以實施例揭露如上,然其並非用以限定本發明,任何所屬技術領域中具有通常知識者,在不脫離本發明之精神和範圍內,當可作些許之更動與潤飾,故本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
100A、100B、100C、100D‧‧‧感測裝置
102‧‧‧殼體
104‧‧‧第一基板
106‧‧‧第二基板
106a‧‧‧第一表面
106b‧‧‧第二表面
108‧‧‧感測元件
110‧‧‧排氣孔
112‧‧‧氣密濾片
112a‧‧‧通道
114‧‧‧氣密封層
114a‧‧‧氣密封層材料
116‧‧‧剛性支撐構件
116a‧‧‧開口
118‧‧‧腔體
120‧‧‧氣體分子
200‧‧‧機台
202‧‧‧氣壓調整裝置
204‧‧‧沈積裝置
圖1A繪示依照本發明之實施例一的感測裝置示意圖。
圖1B繪示依照本發明之實施例二的感測裝置示意圖。
圖1C繪示依照本發明之實施例三的感測裝置示意圖。
圖1D繪示依照本發明之實施例四的感測裝置示意圖。
圖2A繪示依照本發明之氣密濾片的剖面照片示意圖。
圖2B繪示依照本發明之沈積有氣密封層的氣密濾片的剖面照片示意圖。
圖3A至圖3D依序繪示依照本發明之實施例四的感測裝置的製作流程圖。
圖4繪示依照本發明之各實施例的製程機台。
100A‧‧‧感測裝置
102‧‧‧殼體
104‧‧‧第一基板
106‧‧‧第二基板
106a‧‧‧第一表面
106b‧‧‧第二表面
108‧‧‧感測元件
110‧‧‧排氣孔
112‧‧‧氣密濾片
114‧‧‧氣密封層
Claims (26)
- 一種感測裝置,包括:一殼體,其包括至少一排氣孔,該排氣孔貫穿該殼體的一第一表面及一第二表面,且該殼體是由一第一基板以及一第二基板所構成,其中該第二基板是接合於該第一基板上;一氣密濾片,其至少覆蓋於該排氣孔上且未填入該排氣孔中,該氣密濾片具有剖面呈不規則曲線的至少一通道,該通道貫通該氣密濾片;一氣密封層,其至少覆蓋該排氣孔和該氣密濾片;以及一感測元件,設置於該殼體內。
- 如申請專利範圍第1項所述之感測裝置,更包括:一剛性支撐構件,其設置於該殼體與該氣密濾片之間,該剛性支撐構件至少覆蓋該排氣孔,且該剛性支撐構件具有至少一開口,該開口貫通該剛性支撐構件,且該排氣孔、該通道和該開口是相通。
- 如申請專利範圍第2項所述之感測裝置,其中該氣密濾片設置於該殼體的該第一表面上。
- 如申請專利範圍第3項所述之感測裝置,其中該剛性支撐構件設置於該殼體的該第一表面上。
- 如申請專利範圍第2項所述之感測裝置,其中該氣密濾片設置於該殼體的該第二表面上。
- 如申請專利範圍第5項所述之感測裝置,其中該剛 性支撐構件設置於該殼體的該第二表面上。
- 如申請專利範圍第1項所述之感測裝置,其中該感測元件為一諧振磁場感測器、一諧振器、一射頻開關、一微熱輻射計或一陀螺儀。
- 如申請專利範圍第1項所述之感測裝置,其中該氣密濾片之材質選自金屬、陶瓷與聚合物中之其中之一。
- 如申請專利範圍第1項所述之感測裝置,其中該排氣孔設置於該殼體的頂部或側壁。
- 如申請專利範圍第1項所述之感測裝置,其中該第一基板與該第二基板的至少其中之一具有一凹陷部,而於該第二基板與該第一基板之間形成有一腔體,其中該排氣孔設置於該第一基板與該第二基板的至少其中之一上,其中該感測元件設置於該腔體中。
- 如申請專利範圍第10項所述之感測裝置,更包括:一剛性支撐構件,其設置於該殼體與該氣密濾片之間,該剛性支撐構件至少覆蓋該排氣孔,且該剛性支撐構件具有至少一開口,該開口貫通該剛性支撐構件,且該排氣孔、該通道和該開口是相通。
- 如申請專利範圍第11項所述之感測裝置,其中該氣密濾片設置於該殼體的第二基板之第一表面上。
- 如申請專利範圍第12項所述之感測裝置,其中該剛性支撐構件設置於該殼體的第二基板之第一表面上。
- 如申請專利範圍第11項所述之感測裝置,其中該 氣密濾片設置於該殼體的第二基板之第二表面上。
- 如申請專利範圍第14項所述之感測裝置,其中該剛性支撐構件設置於該殼體的第二基板之第二表面上。
- 如申請專利範圍第1項所述之感測裝置,其中該氣密封層至少覆蓋該通道,且該通道之寬度為數奈米至數百奈米。
- 一種感測裝置的製作方法,包括:於一第一基板上形成一感測元件;於一第二基板形成一排氣孔,該排氣孔貫穿該第二基板的一第一表面及一第二表面;於該第二基板上形成一氣密濾片,該氣密濾片具有剖面呈不規則曲線的至少一通道,該通道貫通該氣密濾片,且該通道之寬度為數奈米至數百奈米,且該氣密濾片未填入該排氣孔中;接合該第二基板於該第一基板上,其中該第一基板與該第二基板的的至少其中之一具有一凹陷部,而於該第二基板與該第一基板之間形成一腔體;以及於該第二基板上形成一氣密封層以密封該腔體,其中該氣密封層至少覆蓋該排氣孔和該氣密濾片和該通道。
- 如申請專利範圍第17項所述之感測裝置的製作方法,更包括:於該第二基板與該氣密濾片之間形成一剛性支撐構件,該剛性支撐構件至少覆蓋該排氣孔,且該剛性支撐構件具有至少一開口,該開口貫通該剛性支撐構件,且該排氣孔、該通道和該開口是相通。
- 如申請專利範圍第18項所述之感測裝置的製作方法,其中該氣密濾片形成於該第二基板的該第一表面上。
- 如申請專利範圍第19項所述之感測裝置的製作方法,其中該剛性支撐構件形成於該第二基板的該第一表面上。
- 如申請專利範圍第18項所述之感測裝置的製作方法,其中該氣密濾片設置於該第二基板的該第二表面上。
- 如申請專利範圍第21項所述之感測裝置的製作方法,其中該剛性支撐構件設置於該第二基板的該第二表面上。
- 如申請專利範圍第17項所述之感測裝置的製作方法,其中該感測元件為一諧振磁場感測器、一諧振器、一射頻開關、一微熱輻射計或一陀螺儀。
- 如申請專利範圍第17項所述之感測裝置的製作方法,其中該氣密濾片的材質選自金屬、陶瓷與聚合物之其中之一。
- 如申請專利範圍第17項所述之感測裝置的製作方法,其中該氣密濾片的製造方法,包括:提供一雙金屬合金;以及對該雙金屬合金進行去合金處理。
- 如申請專利範圍第17項所述之感測裝置的製作方法,其中該氣密封層的形成方法選自物理氣相沈積法與化學氣相沈積法之其中之一。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| TW101109089A TWI486559B (zh) | 2011-12-16 | 2012-03-16 | 感測裝置及其製作方法 |
| US13/443,902 US20130153418A1 (en) | 2011-12-16 | 2012-04-11 | Sensing device and fabricating method thereof |
| CN201210136854.3A CN103162727B (zh) | 2011-12-16 | 2012-05-02 | 感测装置及其制作方法 |
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| TW100146903 | 2011-12-16 | ||
| TW101109089A TWI486559B (zh) | 2011-12-16 | 2012-03-16 | 感測裝置及其製作方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| TW201326757A TW201326757A (zh) | 2013-07-01 |
| TWI486559B true TWI486559B (zh) | 2015-06-01 |
Family
ID=48586002
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| TW101109089A TWI486559B (zh) | 2011-12-16 | 2012-03-16 | 感測裝置及其製作方法 |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US20130153418A1 (zh) |
| CN (1) | CN103162727B (zh) |
| TW (1) | TWI486559B (zh) |
Families Citing this family (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US9975757B2 (en) * | 2015-06-03 | 2018-05-22 | Taiwan Semiconductor Manufacturing Co., Ltd. | Wafer Level Hermetic Seal Process for microelectromechanical systems (MEMS) devices |
| DE102015224533A1 (de) * | 2015-12-08 | 2017-06-08 | Robert Bosch Gmbh | Reaktives Verschlussgas zur gezielten Anpassung des Kaverneninnendruckes |
| US10358722B2 (en) * | 2015-12-14 | 2019-07-23 | Lam Research Corporation | Showerhead assembly |
| CN109238326B (zh) * | 2017-07-10 | 2021-10-22 | 研能科技股份有限公司 | 致动传感模块 |
| US11428531B1 (en) * | 2021-03-22 | 2022-08-30 | Northrop Grumman Systems Corporation | Diffusion block for an evacuated instrument system |
| EP4105650A1 (en) * | 2021-06-15 | 2022-12-21 | MEAS France | Sensor device with cover layer |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6478974B1 (en) * | 1996-06-24 | 2002-11-12 | The Regents Of The University Of California | Microfabricated filter and shell constructed with a permeable membrane |
| US20090194309A1 (en) * | 2006-05-22 | 2009-08-06 | Commissariat A Le-Energie Atomique | Microcomponent Provided with a Cavity Delimited by a Cap with Enhanced Mechanical Resistance |
| US20100210073A1 (en) * | 2005-02-04 | 2010-08-19 | Imec | Method for Encapsulating a Device in a Microcavity |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US8147667B2 (en) * | 2006-12-20 | 2012-04-03 | Robert Bosch Gmbh | Exhaust gas sensor and method of manufacture |
| CN101871794B (zh) * | 2010-06-09 | 2012-06-06 | 宁波大学 | 一种压电超声换能器的防水结构 |
-
2012
- 2012-03-16 TW TW101109089A patent/TWI486559B/zh active
- 2012-04-11 US US13/443,902 patent/US20130153418A1/en not_active Abandoned
- 2012-05-02 CN CN201210136854.3A patent/CN103162727B/zh active Active
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6478974B1 (en) * | 1996-06-24 | 2002-11-12 | The Regents Of The University Of California | Microfabricated filter and shell constructed with a permeable membrane |
| US20100210073A1 (en) * | 2005-02-04 | 2010-08-19 | Imec | Method for Encapsulating a Device in a Microcavity |
| US20090194309A1 (en) * | 2006-05-22 | 2009-08-06 | Commissariat A Le-Energie Atomique | Microcomponent Provided with a Cavity Delimited by a Cap with Enhanced Mechanical Resistance |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US20130153418A1 (en) | 2013-06-20 |
| CN103162727A (zh) | 2013-06-19 |
| CN103162727B (zh) | 2016-03-09 |
| TW201326757A (zh) | 2013-07-01 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| TW201326757A (zh) | 感測裝置及其製作方法 | |
| TWI724558B (zh) | 麥克風及其製造方法 | |
| US8513747B1 (en) | Integrated MEMS devices with controlled pressure environments by means of enclosed volumes | |
| TWI506249B (zh) | 微機電感測裝置 | |
| US20140038364A1 (en) | Method of encapsulating a microelectronic device | |
| WO2007136582A3 (en) | Indented structure for encapsulated devices and method of manufacture | |
| EP3468226A1 (en) | Mems microphone and preparation method thereof | |
| US10384932B2 (en) | Device including micromechanical components in cavities having different pressures and method for its manufacture | |
| CN106458574A (zh) | 用于制造微机械结构元件的方法 | |
| JP2008501535A (ja) | 複数の空洞を備えた微細構造の構成要素及び該構成要素の製造のための方法 | |
| WO2005067047A3 (en) | An integral topside vaccum package | |
| US11014807B2 (en) | Method for producing a system including a first microelectromechanical element and a second microelectromechanical element, and a system | |
| US20090001537A1 (en) | Gettering material for encapsulated microdevices and method of manufacture | |
| JP2018528605A (ja) | 原子センサ用のガスセル及びガスセルの充填方法 | |
| US9023675B2 (en) | Process for encapsulating a microelectronic device comprising injection of noble gas through a material permeable to this noble gas | |
| JP4840771B2 (ja) | 力学量センサの製造方法 | |
| JP4563748B2 (ja) | 接着剤注入装置および接着剤注入方法 | |
| JP4248890B2 (ja) | 基板貼り合わせ装置及び基板貼り合わせ方法 | |
| CN216303263U (zh) | 带腔体器件的气密封装结构 | |
| CN113195402B (zh) | 用于封闭mems元件中的进口部的方法 | |
| JP5375300B2 (ja) | 封止型デバイス及びその製造方法 | |
| CN111498796A (zh) | 用于制造mems结构的方法和相应的mems结构 | |
| EP4143874B1 (en) | Mems hermetic seal apparatus and methods | |
| CN120370653A (zh) | 气室、分子时钟以及气室平衡方法 | |
| TW201730093A (zh) | 用於選擇性的調適空腔內部壓力的反應性封閉氣體 |