專利名稱：密封的整體式微機電系統(tǒng)開關(guān)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般地涉及電氣開關(guān)的技術(shù)領(lǐng)域，更具體而言，涉及微機電系統(tǒng)(MEMS)開關(guān)。
背景技術(shù)：
射頻(RF)開關(guān)在微波和毫米波傳輸系統(tǒng)中被廣泛用于天線切換應(yīng)用，包括波束形成相控陣列天線。一般而言，與機械開關(guān)相比較，這種切換應(yīng)用目前使用半導(dǎo)體固態(tài)電氣開關(guān)，例如砷化鎵(GaAs)MESFET(金屬半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管)或者PIN型二極管。這種半導(dǎo)體固態(tài)電氣開關(guān)還在蜂窩電話中廣泛用于在發(fā)送和接收之間進行切換。
當RF信號頻率超過約1GHz時，固態(tài)開關(guān)在“On”狀態(tài)下(即當電信號通過該開關(guān)時)會受到很大的插入損失，而在“Off”狀態(tài)下(即當開關(guān)阻止電信號的傳輸時)會受到很差的電隔離。MEMS開關(guān)在這兩個特性上相對于固態(tài)裝置表現(xiàn)出明顯的優(yōu)點，尤其是對于接近或超過1GHz的RF頻率。
美國專利No.5,994,750、6,069,540和6,535,091都公開了這樣的MEMS開關(guān)，其中一對共軸扭桿、一個銷或者一對柔性樞軸分別支撐基本上平坦且剛性的梁或者葉片，以繞扭桿、銷或者柔性樞軸建立的軸轉(zhuǎn)動。在所有三個專利中，共軸扭桿對、銷或者柔性樞軸對分別將基本上平坦且剛性的梁或者葉片支撐在襯底上方一個小距離處。美國專利No.5,994,750(簡稱“′750專利”)公開了從梁向外突出并分別定位到一對支撐部件的扭桿末端單獨將梁支撐到玻璃襯底上方的小距離處。美國專利No.6,069,540(簡稱“′540專利”)和美國專利6,535,091(簡稱“′091專利”)兩者分別將銷或者位于柔性樞軸處的上、下支點置于梁或葉片與襯底之間，以在其間維持一定間隔。
在′750專利的示例中，梁僅延伸到扭桿的一側(cè)，因此在接通由此所設(shè)置的電氣開關(guān)時，梁繞扭桿的轉(zhuǎn)動等效于門在其樞軸上擺動的運動。或者，在′540和′091專利兩者中，各自的梁或者葉片在從銷或者柔性樞軸對向外的兩個方向上延伸。因此在這兩個專利各自公開的結(jié)構(gòu)中，在接通電氣開關(guān)時，梁或者葉片繞銷或者柔性樞軸對所建立的軸的轉(zhuǎn)動類似于杠桿的運動。在所有三個專利中，電磁引力引起實現(xiàn)開關(guān)接通的轉(zhuǎn)動。
省略′750專利的文字和附圖中出現(xiàn)的大量制造細節(jié)，其在第一示例中公開了形成其梁的材料最初是作為單片p型硅襯底的一部分開始的，該襯底攜帶有n型擴散層，硼離子被注入該擴散層以形成p+表面層。也就是說，n型擴散層將p+表面層與p型硅襯底分隔開。在梁的制造期間，刻蝕去除p型硅襯底，僅留下p+表面層和n型擴散層的材料以形成梁。類似地，扭桿的制造去除了n型擴散層的材料，僅留下p+表面層的材料來形成扭桿。后續(xù)處理形成鋁支撐部件，其跨在形成扭桿末端的p+表面層材料和相鄰的玻璃襯底之間。
′540專利公開了為了減小開關(guān)插入損失以及提高敏感性，其梁優(yōu)選地和該梁繞其轉(zhuǎn)動的銷一樣全都用金屬形成。具體而言，′540專利公開了梁可以用在與大多數(shù)半導(dǎo)體工藝相比都較低的溫度下所電鍍的鎳(Ni)形成?！?40專利公開了不僅其全金屬梁相對于已知的SiO2或者合成金屬硅梁降低了插入損失，而且這種配置還提高了三階截距點，以提供增大的動態(tài)范圍。在一對金電極和一對場極電極(field plate)之間分別施加的電勢產(chǎn)生實現(xiàn)梁繞金屬銷的轉(zhuǎn)動的靜電力，所述一對金電極沉積在玻璃襯底最接近金屬梁的一側(cè)上，而所述一對場極電極布置在玻璃襯底離梁最遠的相反側(cè)上。
′091專利公開的MEMS開關(guān)中所包括的葉片用相對剛性的材料形成，例如在金屬種晶層上的電鍍金屬、蒸鍍金屬或電介質(zhì)材料。薄的柔性金屬樞軸將葉片的相反兩側(cè)連接到從低損失微波絕緣或半絕緣襯底向外突出的金框架。襯底可以用石英、氧化鋁、藍寶石、金屬基板低溫燒結(jié)陶瓷(LTCC-M)、GaAs或者高阻抗硅制造。以此方式配置，葉片和樞軸布置在襯底上方，并且柔性樞軸將葉片電耦合到框架?？梢允瞧降幕蚱鸱黄降臉休S允許葉片繞樞軸線轉(zhuǎn)動，該樞軸線平行于襯底并且在下支點上方。在襯底上鄰近葉片處形成回拉和下拉電極，其可以用例如氮化硅(Si3N4)的絕緣體封裝。施加到下拉或者回拉電極上的電勢分別接通或者斷開MEMS開關(guān)。
一系列美國專利No.5,629,790、5,648,618、5,895,866、5,969,465、6,044,705、6,272,907、6,392,220和6,426,013全部都公開了在或大或小程度上讓人聯(lián)想到以上對′750、′540和′091專利所說明的那些結(jié)構(gòu)的MEMS結(jié)構(gòu)。這些專利全都公開了整體的、微機械加工的扭力掃描器，在特定配置中其可以包括框架形參考部件。扭力掃描器的特定配置包括耦合到參考部件并從其突出的完全相反的、軸向?qū)R的扭桿。在特定配置中，與′750、′540和′091專利中分別公開的梁和葉片相似的片狀動態(tài)部件被框架所環(huán)繞，并通過扭桿耦合到該框架。以此方式進行配置，扭桿支撐動態(tài)部件繞著與扭桿共軸的軸線轉(zhuǎn)動。參考部件、扭桿和動態(tài)部件全部都是從硅襯底的半導(dǎo)體層整體地制造的。制造扭力掃描器的理想方法是使用注氧隔離晶片(Simox wafer)或類似晶片，例如絕緣體上硅(SOI)襯底，其中片的厚度由晶片的外延層確定。與金屬或者多晶硅相比，單晶硅對于片和扭桿兩者都是優(yōu)選的，因為其具有更優(yōu)的強度和疲勞特性。這些專利還公開了使用靜電力來實現(xiàn)動態(tài)部件的旋轉(zhuǎn)運動。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個目的是提供改進的MEMS開關(guān)。
本發(fā)明的另一個目的是提供快速切換的MEMS開關(guān)。
本發(fā)明的另一個目的是提供具有較低工作電壓的MEMS開關(guān)。
本發(fā)明的另一個目的是提供單刀雙擲(SPDT)MEMS開關(guān)。
本發(fā)明的另一個目的是提供可以通過重復(fù)常規(guī)結(jié)構(gòu)來提供額外刀數(shù)的MEMS開關(guān)。
本發(fā)明的另一個目的是提供可以改進信號隔離的MEMS開關(guān)。
本發(fā)明的另一個目的是提供有助于開關(guān)觸點材料選擇和定制的MEMS開關(guān)。
本發(fā)明的另一個目的是提供其制造不需要犧牲層的MEMS開關(guān)。
本發(fā)明的另一個目的是提供有助于批量制造并且容易分成單個MEMS開關(guān)的MEMS開關(guān)。
本發(fā)明的另一個目的是提供在制造期間自然變成密封的MEMS開關(guān)。
本發(fā)明的另一個目的是提供更簡單的MEMS開關(guān)。
本發(fā)明的另一個目的是提供節(jié)約成本的MEMS開關(guān)。
本發(fā)明的另一個目的是提供易于制造的MEMS開關(guān)。
本發(fā)明的另一個目的是提供制造經(jīng)濟的MEMS開關(guān)。
本發(fā)明的另一個目的是提供一種MEMS結(jié)構(gòu)，其在MEMS結(jié)構(gòu)的兩個不同層上的金屬之間提供良好的電連接。
簡單地說，本發(fā)明的第一方面是一種整體式微機電系統(tǒng)開關(guān)，適合于選擇性地將連接到所述微機電系統(tǒng)開關(guān)的第一輸入導(dǎo)體上存在的電信號耦合到同樣連接到所述微機電系統(tǒng)開關(guān)的第一輸出導(dǎo)體。所述微機電系統(tǒng)開關(guān)包括微機械加工的單層材料，其具有a.杠桿；b.一對扭桿，其布置在所述杠桿的相反側(cè)上并且耦合到所述杠桿，并且建立了所述杠桿可以繞其轉(zhuǎn)動的軸線；c.框架，所述扭桿離所述杠桿最遠的末端耦合到所述框架。
所述框架通過所述扭桿來支撐所述杠桿繞所述扭桿所建立的所述軸線轉(zhuǎn)動。所述微機電系統(tǒng)開關(guān)還包括導(dǎo)電的短路棒，其支承在所述杠桿的遠離所述扭桿建立的所述轉(zhuǎn)動軸線的末端處。
所述微機電系統(tǒng)開關(guān)還包括結(jié)合到所述單層的第一表面的基底。同樣包括在所述微機電系統(tǒng)開中的襯底被接合到所述單層的第二表面，所述第二表面遠離所述基底所結(jié)合到的所述第一表面。在所述襯底中形成有與所述杠桿的一個表面并置的電極，該表面位于由所述扭桿建立的所述轉(zhuǎn)動軸線的一側(cè)。當在所述電極和所述杠桿之間施加電勢時，促使所述杠桿繞由所述扭桿建立的所述轉(zhuǎn)動軸線在第一方向上轉(zhuǎn)動。在所述襯底上還形成有適合于可分別連接到所述輸入導(dǎo)體和所述輸出導(dǎo)體的一對開關(guān)觸點。該對開關(guān)觸點
a.當沒有力施加到所述杠桿時布置成與所述第一短路棒相鄰但是與其間隔開；b.當沒有力施加到所述杠桿時彼此電絕緣；和c.在向所述杠桿施加足夠大的力以促使所述杠桿在所述第一方向上轉(zhuǎn)動時，與所述第一短路棒接觸；由此，所述短路棒和所述開關(guān)觸點之間的接觸將所述第一對開關(guān)觸點電耦合起來。
本發(fā)明的另一個方面是一種微機電系統(tǒng)電接觸結(jié)構(gòu)和微機電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，其包括每個都分別支承有電導(dǎo)體的第一層和第二層。所述第二層還包括在懸臂的自由端處支撐電接觸支柱的懸臂。所述電接觸支柱具有一個末端，其遠離所述懸臂并且支承布置在所述第二層上的所述電導(dǎo)體的一部分。在本發(fā)明的此特定方面中，所述懸臂提供的力促使所述電導(dǎo)體在所述電接觸支柱的所述末端處的所述部分與布置在所述第一層上的所述電導(dǎo)體緊密接觸。
從以下對各個附圖所示的優(yōu)選實施例的詳細說明中，本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解或更清楚這些和其他特征、目的以及優(yōu)點。


圖1是包括在根據(jù)本發(fā)明的MEMS開關(guān)中的杠桿、電極、開關(guān)觸點和短路棒的立體圖；圖2A和2B是沿著圖1的線2A，2B-2A，2B所取的杠桿、電極、開關(guān)觸點和短路棒的其他正視圖；圖3是根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實施例的MEMS開關(guān)中包括的基底晶片的表面上的區(qū)域的立體圖，在該基底晶片中已經(jīng)形成了微機械加工的腔；圖4是圖示將SOI晶片的器件層熔焊到基底晶片的頂表面上的立體圖，在該基底晶片中已經(jīng)微機械加工出腔；圖5是熔焊到基底晶片的頂表面上的SOI晶片在去除SOI晶片的操縱層和埋入SiO2層后的器件層的立體圖；圖6是在其中形成初始腔并且沉積和圖案化電絕緣SiO2層后，熔焊到基底晶片的頂表面上的SOI晶片的器件層的一部分的立體圖，該部分位于緊鄰圖3所示基底晶片的區(qū)域的上方；圖7是當在初始腔中沉積金屬結(jié)構(gòu)并且形成杠桿及其支撐扭桿后，圖6所示的熔焊到基底晶片的頂表面上的SOI晶片的器件層的一部分的另一立體圖；圖8是沿著圖7的線8-8所取的初始腔的中心部分的平面圖，其示出了位于該處的金屬結(jié)構(gòu)、杠桿及其支撐扭桿；圖9是與圖7所示的器件層的區(qū)域相匹配的玻璃襯底的一部分的立體圖，其圖示了上面微機械加工的金屬結(jié)構(gòu)；圖10是當玻璃襯底上的金屬結(jié)構(gòu)已經(jīng)與圖7所示的器件層的經(jīng)微機械加工的表面相匹配，并且器件層已經(jīng)陽極焊接到其上后，圖9所示的基底晶片、SOI晶片的器件層和玻璃襯底的部分的立體圖；圖11是當基底晶片和玻璃襯底已經(jīng)變薄后，并且微機械加工出穿過基底晶片的孔而由此暴露出圖7所示的微機械加工金屬結(jié)構(gòu)中包括的接觸墊片和接地墊片后，圖10所示的基底晶片、器件層和玻璃襯底的一部分的立體圖；圖12是沿著圖11的線12-12所取的剖視正視圖，其圖示了將電引線引線連接到MEMS開關(guān)中包括的幾個接觸墊片之一；圖13是當基底晶片和玻璃襯底已經(jīng)變薄后，并且鋸開基底晶片而由此暴露出圖7所示的微機械加工金屬結(jié)構(gòu)中包括的接觸墊片和接地墊片后，圖10和圖11所示的基底晶片、器件層和玻璃襯底的一部分的立體圖；圖14是沿著圖13的線14-14所取的剖視正視圖，其圖示了將電引線引線連接到MEMS開關(guān)中包括的幾個接觸墊片之一；圖15是對于其中穿過玻璃襯底形成導(dǎo)電過孔的本發(fā)明的另一個替代實施例，當基底晶片和玻璃襯底已經(jīng)變薄后，圖10所示的基底晶片、器件層和玻璃襯底的一部分的立體圖；圖16是沿著圖15的線16-16所取的剖視正視圖，其圖示了穿過玻璃襯底所形成的、實現(xiàn)到MEMS開關(guān)中包括的接觸和接地墊片的電連接的幾個過孔；圖17是替代實施例玻璃襯底的一部分的立體圖，其圖示了容納電導(dǎo)體的微機械加工溝道；圖18是圖17所示替代實施例玻璃襯底的一部分的立體圖，其中溝道和電導(dǎo)體與玻璃襯底已經(jīng)陽極焊接到其上的支撐晶片并置，以允許形成穿過玻璃襯底的導(dǎo)電過孔；圖19是當金屬結(jié)構(gòu)(包括導(dǎo)電過孔)已經(jīng)與器件層的微機械加工表面匹配并且器件層已經(jīng)陽極焊接到玻璃襯底上以后，與圖7所示類似的基底晶片和SOI晶片的器件層以及圖18所示的玻璃襯底和支撐晶片的多個部分的立體圖；和圖20是沿著圖19的線20-20所取的剖視正視圖，其圖示了穿過玻璃襯底所形成的、實現(xiàn)到MEMS開關(guān)中包括的接合墊片的電連接的幾個過孔。
具體實施例方式
圖1、2A和2B圖示了本發(fā)明的MEMS開關(guān)中包括的杠桿52、金屬電極54a和54b、金屬開關(guān)觸點56a1、56a2、56b1和56b2、以及金屬短路棒58a和58b。通過微機械加工材料層62來形成杠桿52，該材料優(yōu)選地為單晶硅(Si)。層62的材料還形成框架64，其優(yōu)選地環(huán)繞杠桿52。還用層62的材料與杠桿52和框架64整體地形成一對扭桿66a和66b，其在圖1中用虛線描繪并且其從杠桿52的相反兩側(cè)向外延伸到框架64。雖然杠桿52的尺寸根據(jù)MEMS開關(guān)的特定構(gòu)造而變化，但在一個示例性實施例中，層62中被微加工來建立環(huán)繞杠桿52的框架64的孔的尺寸約為0.4×0.4毫米。在此同一示例性實施例中，層62厚約17微米，而杠桿52與扭桿66a和66b一樣厚約5微米。
扭桿66a和66b從環(huán)繞的框架64支撐著杠桿52繞軸線68轉(zhuǎn)動，軸線68與扭桿66a和66b共線。幾個微米厚的短路棒58a和58b由杠桿52在其離軸線68最遠的相反兩端處所支承。在上面提到的示例性實施例中，扭桿66a和66b約為20微米寬和60微米長。具有此構(gòu)造的扭桿66a和66b是剛性的并因此表現(xiàn)出高的諧振頻率，并且提供很大的回復(fù)力，這減小了MEMS開關(guān)表現(xiàn)出粘附的可能性。此外，扭桿66a和66b的剛度與切換速度直接相關(guān)，即組合的杠桿52以及扭桿66a和66b的更高的諧振頻率會增大切換速度。
對于上述示例性實施例，電鍍到薄的鈦(Ti)附著層上的幾微米的金(Au)形成了短路棒58a和58b。短路棒58a和58b約為10微米寬和40微米長。分別位于杠桿52的離軸線68最遠的相反兩端處的一對二氧化硅(SiO2)絕緣墊片72a和72b被置于短路棒58a和58b與杠桿52之間，以使得短路棒58a和58b與杠桿52電絕緣。如圖1所示，絕緣墊片72a和72b在杠桿52上覆蓋的面積比短路棒58a和58b更大，并且厚約1.0微米。與杠桿52相鄰的電極54a和54b以及開關(guān)觸點56a1、56a2、56b1和56b2厚約4.0微米。
當沒有外力施加到杠桿52時，由扭桿66a和66b提供的回復(fù)力使杠桿52位于圖2A所示的位置。位于此位置時，約3微米的距離將杠桿52與相鄰的電極54a和54b以及開關(guān)觸點56a1、56a2、56b1和56b2隔開。在層62與電極54a和54b之一之間施加電勢，使得杠桿52由于對杠桿52朝著該電極(例如圖2B中為電極54a)的吸引而繞軸線68轉(zhuǎn)動。杠桿52的充分轉(zhuǎn)動使得短路棒58a和58b之一接觸一對開關(guān)觸點56a1和56a2或者56b1和56b2(例如，圖2B中開關(guān)觸點56a1和56a2)，以在其間建立電路。
雖然如下所述，有各種不同處理來裝配根據(jù)本發(fā)明具有如圖1、2A和2B所示地配置的杠桿52、電極54a和54b、開關(guān)觸點56a1、56a2、56b1和56b2、以及短路棒58a和58b的MEMS開關(guān)，但優(yōu)選的處理如圖3所示地開始。圖3描述了在基底晶片104上由單個MEMS開關(guān)所占據(jù)的區(qū)域102。在圖3的圖示中，線106表示具有八(8)個相同鄰近區(qū)域102的中心區(qū)域102的邊界，其除了鄰近基底晶片104的邊，還環(huán)繞中心區(qū)域102。根據(jù)以下說明，在MEMS開關(guān)已經(jīng)全部制造好后，將通過沿著線106鋸開而將區(qū)域102分成各個MEMS開關(guān)。
基底晶片104是傳統(tǒng)的硅晶片，該晶片可能比按照其直徑的標準半導(dǎo)體晶片厚度更薄。例如，如果基底晶片104直徑為150mm，那么標準半導(dǎo)體晶片通常厚度約為650微米。但是，基底晶片104的厚度(其通?？梢宰兓艽蠖匀豢梢杂脕碇圃旄鶕?jù)本發(fā)明的MEMS開關(guān))可以比標準半導(dǎo)體硅晶片薄。
根據(jù)本發(fā)明的MEMS開關(guān)的優(yōu)選實施例的制造，首先開始于在基底晶片104的頂表面108中微機械加工出開關(guān)端子墊片腔112、杠桿腔114和公共端子墊片腔116。腔112、114和116的深度不是特別重要，但對于上述示例性實施例應(yīng)當約為10微米深。優(yōu)選的是將提供良好均勻性和各向異性的反應(yīng)離子刻蝕(RIE)的等離子系統(tǒng)，被用來微機械加工腔112、114和116。但是，KOH或者其他濕法刻蝕也可以用來微機械加工腔112、114和116。標準的刻蝕阻擋技術(shù)被用于微機械加工腔112、114和116，即用于等離子刻蝕的光阻膜或者由二氧化硅或氮化硅所形成的用于濕法、KOH刻蝕的掩膜。此微機械加工產(chǎn)生杠桿腔114，其容納如圖2B所示的杠桿52的運動，而下面將更詳細說明的腔112和116容納饋通連接(feedthrough)或者電接觸墊片。
在頂表面108中微機械加工出腔112、114和116后，下一步(附圖中未示出)是在圖3所示的基底晶片104的底表面118中刻蝕出對齊標記。底側(cè)對齊標記必須對準到基底晶片104中微機械加工出的腔112、114和116，以允許在后續(xù)處理操作期間將微機械加工的其他結(jié)構(gòu)與腔112、114和116對齊。這些底側(cè)對齊標記還將在接近整個處理流程末尾的底側(cè)硅刻蝕期間使用。底側(cè)對齊標記通過以下步驟生成，即首先通過使用與腔112、114和116對齊的專用目標唯一掩膜(target-only-mask)的光刻步驟，然后通過微機械加工基底晶片104的底表面118。在從基底晶片104的兩個表面去除光阻膜之前，在底表面118中等離子刻蝕出幾個微米深的目標唯一掩膜的圖案。如果具有紅外能力的對準器可以用于制造MEMS開關(guān)，則可以省略生成底側(cè)對齊標記的步驟。
如圖4所示，制造MEMS開關(guān)的下一個步驟是將絕緣體上硅(SOI)晶片124的薄的單晶硅器件層122熔焊到基底晶片104的頂表面108。優(yōu)選地，SOI晶片124的器件層122是極薄的二氧化硅(SiO2)埋入層上的17微米厚的一層，因此其名為絕緣體上硅或者SOI。有利于微機械加工杠桿52以及扭桿66a和66b的SOI晶片124的特征在于，器件層122在SOI晶片124的整個表面上相對于薄的SiO2層132具有基本上均勻的厚度，優(yōu)選地為約17微米。在將SOI晶片124的器件層122熔焊到基底晶片104的頂表面108時，通過使基底晶片104上的對齊平面134與SOI晶片124上的相應(yīng)對齊平面136相匹配而將晶片104和124整體對齊。在約1000℃下將SOI晶片124熔焊到基底晶片104。
在通過熔焊已將基底晶片104和SOI晶片124形成為單片后，去除位于離器件層122最遠的操縱層138，然后去除SiO2層132，僅留下焊接到基底晶片104的頂表面108上的器件層122。首先在基底晶片104的底表面118上形成保護性二氧化硅層、氮化硅層、兩者的組合或者任何其他合適的保護層。在這樣掩蔽基底晶片104后，使用應(yīng)用到SOI晶片124的KOH刻蝕來去除操縱層138的硅。在已經(jīng)去除形成操縱層138的大塊硅后到達埋入SiO2層時，KOH刻蝕SOI晶片124的速率明顯變慢。這樣，SiO2層132用作去除操縱層138的刻蝕停止層。在已經(jīng)去除了操縱層138的大塊硅后，使用HF刻蝕來去除以前埋入但現(xiàn)在已暴露的SiO2層132。注意，可以使用去除操縱層138的大塊硅的其他方法，包括其他濕法硅刻蝕劑、等離子刻蝕、研磨與拋光、或者這些方法的組合。在完成此處理后，僅有SOI晶片124的器件層122保持連接到基底晶片104，如圖5所示。
圖6描述了由于刻蝕掉操縱層138和SiO2層132，已經(jīng)暴露作為器件層122的前表面142的部分。與形成腔112、114和116類似，制造優(yōu)選實施例的MEMS開關(guān)的下一個步驟是穿過前表面142到器件層122中微機械加工(優(yōu)選地使用KOH刻蝕)約12.0微米深的初始腔144。如同MEMS和半導(dǎo)體制造領(lǐng)域技術(shù)人員所公知的那樣，器件層122的前表面142首先被氧化和圖案化，以為使用KOH微機械加工初始腔144提供阻擋掩膜。然后去除在微機械加工初始腔144后在器件層122的前表面142上剩余的氧化物。雖然圖6等的示例描述初始腔144的壁是垂直的，但是因為它們優(yōu)選地是用KOH刻蝕而非RIE等離子刻蝕形成，所以如本領(lǐng)域技術(shù)人員公知的那樣優(yōu)選實施例中初始腔144的壁實際上以約54°的角度傾斜。
在MEMS開關(guān)的優(yōu)選實施例中，初始腔144的深度產(chǎn)生了如圖2A所示電極54a和54b離杠桿52最遠的表面與杠桿52最接近電極54a和54b的表面之間的間隔。在考慮到杠桿52和薄的器件層122的期望厚度的情況下，計算初始腔144的深度，以提供杠桿52上的短路棒58a和58b與電極54a和54b以及開關(guān)觸點56a1、56a2、56b1和56b2的金屬之間的期望間隙。
在器件層122中微機械加工出初始腔144，留下了四(4)個從初始腔144的底面向上突起的接地支柱152、U形壁154以及齒狀U形壁156。接地支柱152和壁154與156從初始腔144的底面向上延伸到器件層122的前表面142。壁154和156主要環(huán)繞前表面142的將成為MEMS開關(guān)杠桿52的底面區(qū)域。在形成初始腔144后，SiO2絕緣墊片72a和72b被沉積到初始腔144的底面上，以準備在初始腔144內(nèi)沉積短路棒58a和58b以及其他金屬結(jié)構(gòu)。
圖7和8描述了被沉積在初始腔144的底面上的各種金屬結(jié)構(gòu)，包括短路棒58a和58b。如上所述，優(yōu)選地通過首先沉積薄的Ti附著層，然后在其上沉積(在示例性實施例中)約0.5微米的Au來形成這些金屬結(jié)構(gòu)。除了短路棒58a和58b，一對金屬接地板162a和162b分別在兩對接地支柱152之間延伸跨過初始腔144，并經(jīng)過短路棒58a和58b以及絕緣墊片72a和72b。在沉積0.5微米的Au層后，隨后光刻圖案化和刻蝕金屬，以生成短路棒58a和58b以及接地板162a和162b的形狀。隨后，額外的Au被電鍍到短路棒58a和58b上以達到約4.0微米的總厚度。
當已在初始腔144中形成全部金屬結(jié)構(gòu)后，穿透器件層122在初始腔144的底面處所剩材料的第二RIE刻蝕形成扭桿66a和66b以及杠桿52a的輪廓，由此使杠桿52自由以繞軸線68轉(zhuǎn)動。這樣，杠桿52和扭桿66a和66b與器件層122中變成框架64的環(huán)繞材料整體地形成。第二RIE刻蝕還使初始腔144開口到基底晶片104的腔112和116，在下面留下懸臂166并支撐每個接地支柱152。在懸臂166的自由端處支撐每個接地支柱152，適應(yīng)了接地板162a和162b在突出前表面142的每個接地支柱152的頂部上的末端處的Au厚度。由懸臂166提供的柔性力確保了在接地板162a和162b以及下述后續(xù)金屬化層之間形成良好的電接觸。
圖9描述了Pyrex玻璃襯底174的金屬化表面172上的區(qū)域，該表面172隨后將與圖7所示器件層122的前表面142匹配并且熔合。玻璃襯底174具有與基底晶片104和SOI晶片124相同的直徑，且優(yōu)選地厚1.0mm。圖9的示例描述了在金屬化表面172上沉積薄的1000A°的鉻金(Cr-Au)種晶層后，金屬化表面172頂部上的金屬結(jié)構(gòu)。Cr-Au種晶層的圖案化生成了接觸墊片和導(dǎo)體線、開關(guān)觸點56a1、56a2、56b1和56b2以及電極54a和54b，這些接觸墊片和導(dǎo)體線用于將變成優(yōu)選實施例MEMS開關(guān)的公共端子182的部分。Cr-Au種晶層的圖案化還生成了接地墊片186，其適合于匹配并嚙合接地板162a和162b在接地支柱152的突出端上存在的那部分。在已經(jīng)為這些結(jié)構(gòu)在Cr-Au種晶層中生成了圖案后，然后電鍍約2.0微米的Au以形成圖9中出現(xiàn)的圖案。優(yōu)選地，開關(guān)觸點56a1、56a2、56b1和56b2以及公共端子182厚4.0微米，以滿足與高效傳導(dǎo)高頻射頻(RF)信號相關(guān)的集膚效應(yīng)(skin effect)要求。但是，根據(jù)本發(fā)明的開關(guān)可以使用不同于上述內(nèi)容的材料和處理過程。
電極54a和54b被電鍍至與開關(guān)觸點56a1、56a2、56b1和56b2相同的厚度，以減小電極54a和54b與杠桿52上的緊鄰區(qū)域之間的間隙。電極54a和54b與杠桿52上的緊鄰區(qū)域之間的較小間隙減小了必須施加來驅(qū)動MEMS開關(guān)的電壓。
圖10描述了在圖9所示的玻璃襯底174的金屬化表面172的相應(yīng)區(qū)域已經(jīng)被陽極焊到器件層122的前表面142之后，圖3、6和7逐步示出的基底晶片104的區(qū)域。在將金屬化表面172焊接到前表面142時，圖9所示的金屬圖案被仔細地與圖7和8中出現(xiàn)的器件層122中微機械加工出的結(jié)構(gòu)對齊。以此方式將金屬化表面172焊接到前表面142就生成了如圖1、2A和2B所示的MEMS開關(guān)。在圖7和8所示的結(jié)構(gòu)中，電極54a和54b連接到其接觸墊片的導(dǎo)線分別穿過壁156中的齒形，而開關(guān)觸點56a1、56a2、56b1和56b2在分別非常接近接地板162a和162b的情況下分別沿著U形壁154和156的臂通過。
在將金屬化表面172陽極焊接到前表面142期間，支撐接地支柱152的懸臂166由于接地板162a和162b在每個接地支柱152頂部上的金屬與在玻璃襯底174的金屬化表面172上形成的接地墊片186的金屬之間的干涉而偏轉(zhuǎn)。形成懸臂166的單晶硅材料的機械剛度所提供的力，確保了在接地墊片186與接地板162a和162b的與其并置在接地支柱152處的部分之間有良好的電連接。
在玻璃襯底174已經(jīng)陽極焊接到壁154后，基底晶片104和玻璃襯底174兩者的離器件層122最遠的整個外側(cè)部分如圖10中虛線192和194所示地變薄。優(yōu)選地，基底晶片104和玻璃襯底174在雙面研磨和拋光操作中變薄。去除每層大約一半的厚度，其中玻璃襯底174的最終厚度約為100微米。對組合的基底晶片104、器件層122和玻璃襯底174的研磨和拋光，生成厚度與標準半導(dǎo)體器件的厚度相當?shù)腗EMS開關(guān)。在使基底晶片104和玻璃襯底174變薄中可以使用在MEMS或者半導(dǎo)體處理中通常使用的任何技術(shù)，包括研磨、拋光、化學(xué)機械平坦化(CMP)或者各種濕法或等離子刻蝕。
圖11描述了與圖10的圖示顛倒的組合基底晶片104、器件層122和玻璃襯底174的部分。圖11還圖示了在使基底晶片104變薄后刻蝕穿過基底晶片104的硅材料的孔，這些硅材料在刻蝕前保持在腔112和116的基底上。通過使用雙側(cè)對準器并透過透明玻璃襯底174觀察器件層122的結(jié)構(gòu)，首先在基底晶片104離器件層122最遠的底側(cè)上生成圖案來進行腔112和116的延伸。然后使用深RIE系統(tǒng)對形成基底晶片104的硅材料進行等離子刻蝕。以此方式使腔112和116開口會暴露出電極54a和54b的接觸墊片、開關(guān)觸點56a1和56b1連同用于開關(guān)觸點56a2和56b2的公共端子182、以及接地墊片186，如圖11中虛線和圖9所示，它們在陽極焊接之前最初形成在玻璃襯底174上。
圖12是在鋸開組合的基底晶片104、器件層122和玻璃襯底174以分離出在其中同時制造的許多開關(guān)后，以及在將電引線198引線連接到MEMS開關(guān)中的接觸墊片和接地墊片186后根據(jù)本發(fā)明的MEMS開關(guān)的剖視圖，圖12中僅示出了其中這些電引線198之一。
電引線198提供了這樣的裝置，其用于將兩個輸入信號耦合到MEMS開關(guān)中，其中一個信號從MEMS開關(guān)輸出；或者其將單個輸入信號耦合到從MEMS開關(guān)的兩個輸出中的一個或者另一個。電引線198還提供了這樣的裝置，其用于將接地板162a和162b連同杠桿52電接地，并且用于在杠桿52與電極54a和54b之間產(chǎn)生促使杠桿52繞軸線68轉(zhuǎn)動的電勢差。
鋸開組合的基底晶片104、器件層122和玻璃襯底174就產(chǎn)生了單個的MEMS開關(guān)，其通常約為2.0×1.5×1.5毫米(L×W×H)。這些尺寸可以容易地改變?yōu)樵摮叽绲膬杀洞蠡蛘咭话?。在鋸開組合的基底晶片104、器件層122和玻璃襯底174期間，用傳統(tǒng)的晶片條蓋住基底晶片104的表面上朝上的開口腔112和116。將腔112和116與晶片條密封起來對確保鋸漿不進入腔112和116非常重要，其中接觸墊片和接地墊片186露置在腔的底部，可能甚至對位于MEMS開關(guān)內(nèi)部的短路棒58a和58b以及開關(guān)觸點56al、56a2、56b1和56b2也非常重要。
如果需要或者有利，通過使圖7所示的器件層122和圖9所示的玻璃襯底174的表面疏水，也可以阻止鋸漿侵入MEMS開關(guān)內(nèi)部。腔112和116與MEMS開關(guān)的內(nèi)部之間的通道約為10微米乘100微米，在將玻璃襯底174陽極焊接到器件層122器件期間在所述內(nèi)部中生成短路棒58a和58b以及開關(guān)觸點56a1、56a2、56b1和56b2。如果這些通道的表面是疏水的，則該表面狀況將阻擋在鋸開期間水的侵入。通過在玻璃襯底174的金屬化表面172陽極焊接到這些表面上之前，或者在如上所述地刻蝕基底晶片104的背面以使腔112和116開口之后，用硅樹脂涂覆這些表面來實現(xiàn)使其疏水?？梢杂脕碛霉铇渲扛策@些表面的一種方法包括，將圖7所示的組合的基底晶片104和器件層122或者如圖11所示的組合的基底晶片104、器件層122和玻璃襯底174放置到具有Gel Pak材料加熱墊的真空室中。熱板被用來將來自Gel Pak墊的聚合物層加熱到約40℃。在熱板達到此溫度后，包含組合的基底晶片104和器件層122以及Gel Pak墊的室被密封、抽真空并保持在該狀態(tài)約4小時。在該時間段后，室首先被凈化然后回充空氣，接著組合的基底晶片104和器件層122被取出以進行后續(xù)處理。以此方式處理組合的基底晶片104和器件層122就防止了在鋸開期間水通過腔112和116進入MEMS開關(guān)內(nèi)部。
本發(fā)明的替代實施例主要包括用于形成到開關(guān)觸點56a1、56a2、56b1和56b2、電極54a和54b以及接地板162a和162b的電連接的不同技術(shù)。圖13和14所示的用于提供這些連接的一種替代技術(shù)沿著腔112和116的行在基底晶片104中但不穿過基底晶片104機加工出鋸口204來打開腔112和116，而非利用RIE刻蝕。取決于組合的基底晶片104、器件層122和玻璃襯底174中緊鄰的MEMS開關(guān)之間的間距以及鋸條的寬度，機加工鋸口204可能會或者可能不會在緊鄰的鋸口204對之間留下突出脊206。隨后徹底鋸穿組合的基底晶片104、器件層122和玻璃襯底174來形成單個的MEMS開關(guān)會去除脊206，如果其存在的話。因為機加工鋸口204必然將接觸和接地墊片暴露到鋸漿，所以對于此特定替代實施例而言，在將玻璃襯底174陽極焊接到器件層122之前使得腔122和116與MEMS開關(guān)的內(nèi)部之間的通道疏水非常重要。優(yōu)選地使用上述Gel Pak過程來使這些表面疏水。
用于提供所要求的電連接的另一個替代技術(shù)除了兩個主要區(qū)別外，遵循與圖10所示的上述通過使基底晶片104和玻璃襯底174變薄來制造MEMS開關(guān)相同的過程。第一個區(qū)別是圖3所示的腔112和116不是電接觸墊片所要求的，而僅僅是接地支柱152和懸臂166所需要的。在此替代實施例中，接觸和接地墊片將定位在玻璃襯底174的外層上。第二個區(qū)別是金屬圖案將不同于優(yōu)選實施例，以利用在玻璃基片每側(cè)上的兩層金屬互連來優(yōu)化RF性能。在使玻璃襯底174變薄到約50微米的厚度之后，如圖15和16所示，刻蝕過孔212穿過玻璃襯底174到達接觸墊片、接地墊片和電極的Cr種晶層。Cr種晶層在形成圖9所示的金屬結(jié)構(gòu)時被沉積。玻璃通常使用例如8∶1的NHO3∶HF的各向同性刻蝕劑來濕法刻蝕。刻蝕劑將在到達Cr層時停止。在已經(jīng)暴露出形成接觸墊片、接地墊片和電極的金屬后，金屬214被沉積到過孔212中和玻璃襯底174的表面上方，由此使接觸墊片、接地墊片和電極的金屬延伸到玻璃襯底174的外表面。金屬214是與在形成圖9所示的金屬結(jié)構(gòu)時沉積到玻璃襯底174上的金屬相似的鉻金(Cr-Au)濺射或者蒸鍍膜。沉積的Cr-Au膜被圖案化和刻蝕，留下與沉積到每個過孔212中的金屬214相鄰并連接到其上的接合墊片區(qū)域。隨后，額外的Au被電鍍到金屬上以達到約4.0微米的總厚度。金屬214的接合墊片區(qū)域于是可以通過焊接到金屬214的導(dǎo)線或者焊料凸塊被連接到印刷電路板。因為在玻璃襯底174的外表面上設(shè)置有接合墊片區(qū)域，所以不再需要如圖11所示地對基底晶片104進行RIE刻蝕以打開腔112和116。因此在此替代實施例中省略了進行RIE刻蝕打開腔112和116所需要的基底晶片104的背側(cè)圖案化和刻蝕。此用于形成到開關(guān)觸點56a1、56a2、56b1和56b2、電極54a和54b以及接地板162a和162b的電連接的特定替代技術(shù)所提供的一個優(yōu)點是，獲得的MEMS開關(guān)是密封的。
圖17至20描述了也產(chǎn)生密封的MEMS開關(guān)的最后一個替代實施例。在此替代實施例中，首先在玻璃襯底174的表面224中刻蝕出約50微米深的溝道222的圖案，如圖17所示。然后Cr-Au的種晶層被沉積到表面224上并且被圖案化，以允許后面在每個溝道222中形成約4.0微米厚的Au導(dǎo)體226。Au導(dǎo)體226將米自MEMS開關(guān)的密封部分內(nèi)的開關(guān)結(jié)構(gòu)(即，開關(guān)觸點56a1、56a2、56b1和56b2、電極54a和54b以及接地板162a和162b)的電信號傳送到MEMS開關(guān)的密封部分之外的接合墊片248。
如圖18所示，然后將玻璃襯底174的表面224陽極焊接到傳統(tǒng)的硅支撐晶片232，并且使玻璃襯底174變薄到100微米。類似于上述用于圖15和16所示的替代實施例中的處理，然后刻蝕過孔242穿過玻璃襯底174到達導(dǎo)體226的Cr利晶層。玻璃通常使用例如8∶1的NHO3∶HF的各向同性刻蝕劑來濕法刻蝕。刻蝕劑將在到達Cr層時停止。在已經(jīng)暴露出導(dǎo)體226的Cr層后，金屬244被沉積到過孔242中和玻璃襯底174的金屬化表面172上方，由此將導(dǎo)體226的金屬延伸到玻璃襯底174的金屬化外表而172。金屬244是與在形成圖9所示的金屬結(jié)構(gòu)時沉積在玻璃襯底174上的金屬相似的鉻金(Cr-Au)濺射或者蒸鍍膜。沉積的Cr-Au膜被圖案化和刻蝕，以形成電極54a和54b、開關(guān)觸點56a1、56a2、56b1和56b2、接地板162a和162b在接地支柱152頂部的觸點、以及接合墊片248。隨后，額外的Au被電鍍到金屬上以達到約4.0微米的總厚度。
然后將玻璃襯底174的金屬化表面172陽極焊接到器件層122的前表面142，如圖19所示，因此接合墊片248變成與MEMS開關(guān)在接合墊片腔252中的其余部分隔開。定位成與鋸口將隨后使MEMS開關(guān)分離的部位緊鄰的腔252，與微機械加工圖6所示的腔112、114和116同時在基底晶片104中形成，并且在微機械加工圖6的初始腔144并隨后使圖7中的杠桿52自由的同時穿過器件層122。在MEMS開關(guān)的優(yōu)選實施例和本實施例之間形成初始腔144的主要區(qū)別在于，初始腔144現(xiàn)在被分成與圖3所示的腔112、114和116相對應(yīng)的三(3)個不同的腔。在圖6所示的優(yōu)選實施例中具有開口的壁154和156現(xiàn)在是連續(xù)的，由此將初始腔144分成三個獨立腔?，F(xiàn)在埋入的導(dǎo)體226在壁154和156下傳送電信號。然后，與圖13和14所示的替代實施例相似，沿著腔252的行在基底晶片104中形成鋸口204，由此暴露出其中被隔離的接合墊片248。隨后徹底鋸穿組合的基底晶片104、器件層122、玻璃襯底174以及支撐晶片232就產(chǎn)生了單個的MEMS開關(guān)。
圖20描述了一個腔252，具有位于其中的接合墊片248、穿過玻璃襯底174的過孔242以及溝道222內(nèi)的導(dǎo)體226。圖20的示例還示出了引線連接到接合墊片248之一的電引線198?；蛘?，可以在接合墊片248上形成焊料凸塊。
工業(yè)應(yīng)用性雖然已經(jīng)按照當前的優(yōu)選實施例說明了本發(fā)明，但應(yīng)當理解到此公開純屬舉例說明，而不應(yīng)當被理解為限制性的。例如，雖然用于形成杠桿52的單晶硅層優(yōu)選地為SOI晶片的器件層，但也可以是外延晶片(epiwafer)上外延的N型頂層。雖然扭桿66a和66b離杠桿52最遠的末端所耦合到的器件層122的材料形成優(yōu)選地環(huán)繞杠桿52的框架，但是根據(jù)本發(fā)明的MEMS開關(guān)的杠桿52不需要被器件層122的材料所環(huán)繞。雖然包括在MEMS開關(guān)中的金屬導(dǎo)體優(yōu)選地是涂到鈦(Ti)附著層上的金(Au)，但它們也可以使用任何數(shù)量的其他材料的組合形成，例如鈦(Ti)或者鎢(W)上的鉑(Pt)?？梢允褂冒雽?dǎo)體工藝中使用的任何常用沉積方法來涂敷金屬，這些方法包括濺射、電子束沉積和蒸鍍。
還存在使用連接到接觸墊片和接地墊片186的電引線198來耦合信號輸入和輸出MEMS開關(guān)的替代方案。因為可以使基底晶片104變薄到小于100微米的厚度，所以可以使用接觸墊片和接地墊片186上形成的焊料凸塊來替代地將電信號耦合輸入或者輸出MEMS開關(guān)。接觸墊片和接地墊片186上焊料凸塊的存在允許將MEMS開關(guān)倒裝片安裝到印刷電路板上存在的匹配焊料凸塊。
類似地，雖然此處公開的優(yōu)選實施例的MEMS開關(guān)是單刀雙擲(SPDT)開關(guān)，但是其可以容易地適合于構(gòu)造為兩個互斥的單刀單擲(SPST)開關(guān)。這兩個互斥的SPST開關(guān)然后可以通過MEMS開關(guān)外部的恰當連接的連線被配置成作為SPDT開關(guān)工作。此外，代替開關(guān)觸點56a1、56a2、56b1和56b2以及兩個短路棒58a和58b，根據(jù)本發(fā)明的SPDT MEMS開關(guān)可以被構(gòu)造成僅有開關(guān)觸點56a1和56b1，以及通過位于杠桿52上的導(dǎo)體被相互電連接的兩個短路棒58a和58b。在此MEMS開關(guān)的配置中，將杠桿52上的兩個短路棒58a和58b電耦合起來的導(dǎo)體通過其延伸部分連接到公共端子182，該延伸部分穿過扭桿66a和66b之一。
此外，在單個根據(jù)本發(fā)明的MEMS開關(guān)中可以包括多于一個杠桿52及其相關(guān)的電極54a和54b以及開關(guān)觸點56a1、56a2、56b1和56b2。使用兩個杠桿52及其相關(guān)的電極54a和54b以及開關(guān)觸點56a1、56a2、56b1和56b2，可以提供單刀四擲(SP4T)MEMS開關(guān)。雖然外部連線可以配置根據(jù)本發(fā)明的MEMS開關(guān)以作為旁路開關(guān)工作，但MEMS開關(guān)自身可以通過將短路棒58a和58b接地而被配置來作為旁路開關(guān)工作。在這樣的旁路開關(guān)中，開關(guān)觸點56a1、56a2、56b1和56b2可以作為連續(xù)導(dǎo)體，而沒有在圖1和9中出現(xiàn)的間隙。
因此，在不背離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，本發(fā)明的各種變化、修改和/或替代應(yīng)用將毫無疑問地在已經(jīng)閱讀上述公開后暗示給本領(lǐng)域技術(shù)人員。所以，意在將所附權(quán)利要求解釋為包含落入本發(fā)明的真正精神和范圍內(nèi)的所有變化、修改或者替代應(yīng)用。
權(quán)利要求
1.一種整體式微機電系統(tǒng)開關(guān)，適合于選擇性地將連接到所述微機電系統(tǒng)開關(guān)的第一輸入導(dǎo)體上存在的電信號耦合到同樣連接到所述微機電系統(tǒng)開關(guān)的第一輸出導(dǎo)體，所述微機電系統(tǒng)開關(guān)包括單層材料，其中微機械加工有a.杠桿；b.一對扭桿，其布置在所述杠桿的相反側(cè)上并且耦合到所述杠桿，并且建立了所述杠桿可以繞其轉(zhuǎn)動的軸線；和c.框架，所述扭桿離所述杠桿最遠的末端耦合到所述框架，所述框架通過所述扭桿來支撐所述杠桿繞所述扭桿所建立的所述軸線轉(zhuǎn)動；導(dǎo)電的第一短路棒，其支承在所述杠桿的遠離所述扭桿建立的所述轉(zhuǎn)動軸線的末端處；基底，其結(jié)合到所述單層的第一表面；和襯底，其被接合到所述單層的第二表面，所述第二表面遠離所述基底所結(jié)合到的所述第一表面，所述襯底上形成有a.與所述杠桿的一個表面并置的第一電極，所述表面位于由所述扭桿建立的所述轉(zhuǎn)動軸線的一側(cè)，在所述第一電極和所述杠桿之間施加電勢促使所述杠桿繞由所述扭桿建立的所述轉(zhuǎn)動軸線在第一方向上轉(zhuǎn)動；和b.適合于可分別連接到所述第一輸入導(dǎo)體和所述第一輸出導(dǎo)體的第一對開關(guān)觸點，并且所述第一對開關(guān)觸點i.當沒有力施加到所述杠桿時布置成與所述第一短路棒相鄰但是與其間隔開；ii.當沒有力施加到所述杠桿時彼此電絕緣；和iii.在向所述杠桿施加足夠大的力以促使所述杠桿繞由所述扭桿建立的所述轉(zhuǎn)動軸線在所述第一方向上轉(zhuǎn)動時，與所述第一短路棒接觸；由此在所述杠桿繞所述扭桿所建立的所述轉(zhuǎn)動軸線在所述第一方向上轉(zhuǎn)動到所述第一短路棒接觸所述第一對開關(guān)觸點的程度時，所述接觸的第一短路棒將所述第一對開關(guān)觸點電耦合起來。
2.如權(quán)利要求1所述的微機電系統(tǒng)開關(guān)，其還適合于選擇性地將連接到所述微機電系統(tǒng)開關(guān)的第二輸入導(dǎo)體上存在的電信號耦合到同樣連接到所述微機電系統(tǒng)開關(guān)的第二輸出導(dǎo)體其中所述杠桿在所述杠桿的一個末端處支承第二短路棒，所述末端位于所述轉(zhuǎn)動軸線與所述第一短路棒相反的一側(cè)上；并且其中所述襯底上還形成有a.適合于可分別連接到所述第二輸入導(dǎo)體和所述第二輸出導(dǎo)體的第二對開關(guān)觸點，并且所述第二對開關(guān)觸點i.當沒有力施加到所述杠桿時布置成與所述第二短路棒相鄰但是與其間隔開；ii.當沒有力施加到所述杠桿時彼此電絕緣；和iii.在向所述杠桿施加足夠大的力以促使所述杠桿繞由所述扭桿建立的所述轉(zhuǎn)動軸線在與所述第一方向相反的第二方向上轉(zhuǎn)動時，與所述第二短路棒接觸；由此在所述杠桿在所述第二方向上繞所述扭桿所建立的所述轉(zhuǎn)動軸線轉(zhuǎn)動到所述第二短路棒接觸所述第二對開關(guān)觸點的程度時，所述接觸的第二短路棒將所述第二對開關(guān)觸點電耦合起來。
3.如權(quán)利要求2所述的微機電系統(tǒng)開關(guān)，其中所述襯底還在其上形成有與所述杠桿的一個表面并置的第二電極，所述表面位于所述扭桿所建立的所述轉(zhuǎn)動軸線的一側(cè)上，所述一側(cè)與并置有所述第一電極的所述杠桿的那一個表面相反，在所述第二電極和所述杠桿之間施加電勢促使所述杠桿繞由所述扭桿建立的所述轉(zhuǎn)動軸線在所述第二方向上轉(zhuǎn)動。
4.如權(quán)利要求1所述的微機電系統(tǒng)開關(guān)，其還適合于選擇性地將連接到所述微機電系統(tǒng)開關(guān)的第二輸入導(dǎo)體上存在的電信號耦合到所述第一輸出導(dǎo)體其中所述杠桿在所述杠桿的一個末端處支承第二短路棒，所述末端位于所述轉(zhuǎn)動軸線與所述第一短路棒相反的一側(cè)上；并且其中所述襯底上還形成有a.第二對開關(guān)觸點，所述第二對開關(guān)觸點中的第一個適合于可連接到所述第二輸入導(dǎo)體，并且所述第二對開關(guān)觸點中的第二個連接到所述第一對開關(guān)觸點中適合于連接到所述第一輸出導(dǎo)體中的那一個觸點，并且所述第二對開關(guān)觸點i.當沒有力施加到所述杠桿時布置成與所述第二短路棒相鄰但是與其間隔開；ii.當沒有力施加到所述杠桿時彼此電絕緣；和iii.在向所述杠桿施加足夠大的力以促使所述杠桿繞由所述扭桿建立的所述轉(zhuǎn)動軸線在與所述第一方向相反的第二方向上轉(zhuǎn)動時，與所述第二短路棒接觸；由此在所述杠桿在所述第二方向上繞所述扭桿所建立的所述轉(zhuǎn)動軸線轉(zhuǎn)動到所述第二短路棒接觸所述第二對開關(guān)觸點的程度時，所述接觸的第二短路棒將所述第二對開關(guān)觸點電耦合起來。
5.如權(quán)利要求4所述的微機電系統(tǒng)開關(guān)，其中所述襯底還在其上形成有與所述杠桿的一個表面并置的第二電極，所述表面位于所述扭桿所建立的所述轉(zhuǎn)動軸線的一側(cè)上，所述一側(cè)與并置有所述第一電極的所述杠桿的那一個表面相反，在所述第二電極和所述杠桿之間施加電勢促使所述杠桿繞由所述扭桿建立的所述轉(zhuǎn)動軸線在所述第二方向上轉(zhuǎn)動。
6.如權(quán)利要求1至5所述的微機電系統(tǒng)開關(guān)，其中通過熔焊來結(jié)合所述單層和所述基底。
7.如權(quán)利要求1至6所述的微機電系統(tǒng)開關(guān)，其中形成所述單層的材料是單晶硅。
8.如權(quán)利要求1至7所述的微機電系統(tǒng)開關(guān)，其中一層電絕緣材料被置于所述杠桿和所述一個或多個短路棒之間。
9.如權(quán)利要求1至8所述的微機電系統(tǒng)開關(guān)，其中所述基底包括在其中形成的腔，所述腔鄰接所述單層的所述第一表面，并且在所述杠桿繞所述扭桿建立的所述軸線轉(zhuǎn)動時所述杠桿的一部分進入所述腔。
10.如權(quán)利要求1至9所述的微機電系統(tǒng)開關(guān)，其中所述襯底上形成有電導(dǎo)體，所述電導(dǎo)體分別在所述開關(guān)觸點和所述輸入與輸出導(dǎo)體之間傳送電信號；并且所述微機電系統(tǒng)開關(guān)包括一個或多個接地板，其布置成與所述電導(dǎo)體相鄰并且電絕緣。
11.如權(quán)利要求10所述的微機電系統(tǒng)開關(guān)，其中所述一個或多個接地板布置在所述單層上。
12.如權(quán)利要求11所述的微機電系統(tǒng)開關(guān)，其中所述單層包括懸臂，所述懸臂在其自由端處支撐接地支柱，所述接地支柱在其遠離所述懸臂的末端處支承所述接地板的一部分，所述懸臂提供的力促使所述接地板在所述接地支柱的所述末端處的所述部分與布置在所述襯底上的電導(dǎo)體緊密接觸。
13.一種微機電系統(tǒng)電接觸結(jié)構(gòu)，適合于在微機電系統(tǒng)器件的第一層上布置的電導(dǎo)體和所述微機電系統(tǒng)器件的第二層上布置的電導(dǎo)體之間形成電接觸，所述微機電系統(tǒng)電接觸結(jié)構(gòu)包括包括在所述第二層中的懸臂；和同樣包括在所述第二層中被支撐在所述懸臂的自由端處的電接觸支柱，所述電接觸支柱在其遠離所述懸臂的末端處支承布置在所述第二層上的所述電導(dǎo)體的一部分，所述懸臂提供的力促使所述電導(dǎo)體在所述電接觸支柱的所述末端處的所述部分與布置在所述第一層上的所述電導(dǎo)體緊密接觸。
14.一種微機電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，包括其上布置有電導(dǎo)體的第一層；和其上同樣布置有電導(dǎo)體的第二層，所述第二層包括a.懸臂；和b.支撐在所述懸臂的自由端處的電接觸支柱，所述電接觸支柱在其遠離所述懸臂的末端處支承布置在所述第二層上的所述電導(dǎo)體的一部分，所述懸臂提供的力促使所述電導(dǎo)體在所述電接觸支柱的所述末端處的所述部分與布置在所述第一層上的所述電導(dǎo)體緊密接觸。
全文摘要
一種MEMS開關(guān)包括微機械加工的單層(122)，該單層(122)具有杠桿(52)、一對扭桿(66a、66b)和框架(64)?？蚣?64)支撐杠桿(52)以繞扭桿(66a、66b)所建立的軸線(68)轉(zhuǎn)動。在杠桿(52)末端處的短路棒(58a、58b)連接在接合到層(122)一個表面的襯底(174)上支承的多對開關(guān)觸點(56a1、56a2、56b1、56b2)?；?104)也結(jié)合到層(122)與襯底(174)相反的表面。襯底(174)支承電極(54a、54b)，用于向杠桿(54)施加力來促使其繞軸線(68)轉(zhuǎn)動。支撐在懸臂(166)的自由端處的電接觸支柱(152)確保層(122)上的接地板(162a、162b)和襯底(174)上的電導(dǎo)體之間有良好的電傳導(dǎo)。
文檔編號H01P1/10GK1735993SQ03818694
公開日2006年2月15日 申請日期2003年8月4日 優(yōu)先權(quán)日2002年8月3日
發(fā)明者加里·約瑟夫·帕沙柏, 湯普森·G·斯萊特 申請人:斯沃特有限公司