專利名稱：低電壓射頻微機(jī)電系統(tǒng)開關(guān)及其封裝結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種低電壓射頻微機(jī)電系統(tǒng)開關(guān)及其封裝結(jié)構(gòu)。
背景技術(shù)：
射頻微機(jī)電系統(tǒng)開關(guān)是一種通過機(jī)械移動(dòng)在射頻電路中來實(shí)現(xiàn)短路或者開路的 器件。射頻微機(jī)電系統(tǒng)開關(guān)具體而言是可以用于射頻到微波頻段(0. 1至lj 100GHz)的微機(jī)械 開關(guān)，實(shí)現(xiàn)機(jī)械移動(dòng)的驅(qū)動(dòng)力可以通過靜電作用，靜磁作用，壓電作用或者熱作用來實(shí)現(xiàn)。 目前只有靜電類型的開關(guān)可以實(shí)現(xiàn)高可靠性(高達(dá)1000億次開關(guān)壽命)，并且可以使用晶
圓級(jí)制造方法。圖i為傳統(tǒng)的靜電型射頻微機(jī)電系統(tǒng)開關(guān)，開關(guān)包括一對(duì)底層電極(r、
2')，一個(gè)頂層可移動(dòng)電極(3')，底層電極(2')上面有一層介電材料薄膜(4')，頂層可移 動(dòng)電極(3')和介電材料(4')之間是空氣，空氣的厚度大約是幾微米。這種開關(guān)可以提供 高電容和低電容兩種情況當(dāng)頂層可移動(dòng)電極在上面時(shí)候，由于比較厚的空氣層介于上下 電極之間，因而在上下電極間形成低電容，高頻下低電容在電路中相當(dāng)于開路；當(dāng)在兩個(gè)電 極間施加直流電壓時(shí)候，在電場(chǎng)的作用下，電荷將聚集在電極上并在電極間形成靜電吸引 力。當(dāng)電壓達(dá)到一定值的時(shí)候，可移動(dòng)的頂層電極將和下面介電材料薄膜接觸如圖2所示 形成閉合，此時(shí)將在電極間形成高電容，高頻下高電容相當(dāng)于短路。為了實(shí)現(xiàn)微機(jī)電系統(tǒng) 開關(guān)在集成電路中的廣泛應(yīng)用，開關(guān)的工作電壓選擇非常關(guān)鍵，傳統(tǒng)的開關(guān)電壓在20伏以 上，這遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于CMOS器件的工作電壓。 微機(jī)電系統(tǒng)是一種利用微制造技術(shù)在同一襯底上集成了電學(xué)和非電學(xué)部件的微 小系統(tǒng)。由于他們能提供各種新功能，他們是未來智能器件的不可缺少的部分。除非已經(jīng) 封裝，晶圓上的微機(jī)電系統(tǒng)通常對(duì)環(huán)境都特別敏感。微機(jī)電系統(tǒng)通常含有一些很脆弱的部 件，這些部件在后端制造過程如切割，取放，連線和焊接中受灰塵粒子玷污而遭到破壞。所 以實(shí)際應(yīng)用中，微機(jī)電系統(tǒng)和納米機(jī)電系統(tǒng)需要密封封裝以防止來自外部環(huán)境的污染。和 集成電路封裝類似，微機(jī)電系統(tǒng)的封裝也需要達(dá)到提供環(huán)境保護(hù)，提供電學(xué)連接，提供機(jī)械 支持，和提供有效的熱學(xué)傳輸?shù)囊?。但由于微機(jī)電系統(tǒng)的多樣化，以及由于許多微機(jī)電系 統(tǒng)器件和環(huán)境長(zhǎng)期緊密接觸，這就給微機(jī)電系統(tǒng)的封裝帶來了比集成電路封裝更多的要求 和獨(dú)特的挑戰(zhàn)。因此，微機(jī)電系統(tǒng)封裝必須需要許多特殊的技術(shù)和材料，而這些都不是標(biāo)準(zhǔn) 集成電路封裝方案的一部分，這就使得微機(jī)電系統(tǒng)的封裝成本常常達(dá)到其總成本的70%。 為了提供有效的封裝方案，微機(jī)電系統(tǒng)行業(yè)正面臨著開發(fā)可適用于更廣泛范圍器件的封裝 方法的挑戰(zhàn)。低成本和小尺寸的要求是目前推動(dòng)微機(jī)電系統(tǒng)封裝朝晶圓級(jí)技術(shù)發(fā)展的主要 加罩封裝是微機(jī)電系統(tǒng)和納米機(jī)電系統(tǒng)器件中的關(guān)鍵技術(shù)，裸芯和裸芯間鍵合以 及表面微機(jī)電是目前使用的實(shí)現(xiàn)微機(jī)電系統(tǒng)加罩封裝的三大方法。目前最通用的密封技術(shù) 包括陽極鍵合密封，熔接密封和玻璃料密封。封裝材料包括陶瓷，金屬和塑料?；旌戏庋b如 多芯片模塊和倒裝芯片技術(shù)(例如，微機(jī)電系統(tǒng)和微電子器件在同一個(gè)襯底)也在被使 。 這些方法都需要額外的工藝步驟，通常需要比較高的處理溫度，而且其有限的表面粗糙度也限制了信號(hào)線的引連。最有效的方法是用微機(jī)械方法制造的薄膜層罩來進(jìn)行真空密封。
實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的目的在于改進(jìn)上述現(xiàn)有技術(shù)中的不足而提供一種低電壓射頻微機(jī) 電系統(tǒng)開關(guān)及其封裝結(jié)構(gòu)。
本實(shí)用新型的目的通過以下措施來達(dá)到 —種低電壓射頻微機(jī)電系統(tǒng)開關(guān)及其封裝結(jié)構(gòu)，包括 —射頻微機(jī)電系統(tǒng)開關(guān)，其包括依次交替水平設(shè)置于襯底材料上的一對(duì)用于射
頻信號(hào)輸入和輸出的底層電極， 一對(duì)用于提供驅(qū)動(dòng)電壓的底層驅(qū)動(dòng)電極，底層電極及底層
驅(qū)動(dòng)電極的上方設(shè)有一可上下彎曲的頂層電極，頂層電極和一底層電極之間通過一個(gè)豎立
的側(cè)柱相連，另一底層電極上設(shè)有一層介電材料薄膜，其中兩個(gè)底層驅(qū)動(dòng)電極上各設(shè)有防
止頂層電極與其相接觸的絕緣隔離塊； —加蓋層，覆蓋于所述的射頻機(jī)電系統(tǒng)開關(guān)上； —密封層，覆蓋于所述的加蓋層上。 其中，加蓋層上可開有腐蝕通道或者可為一層氣相可滲透高分子加蓋層。 介電材料薄膜和絕緣隔離塊的材料可為二氧化硅或氮化硅，介電材料薄膜的厚度
為小于1微米。 頂層電極與底層驅(qū)動(dòng)電極及底層電極之間為空氣層，且其厚度大于1微米。 工作時(shí)，工作電壓加在底層驅(qū)動(dòng)電極和射頻信號(hào)輸入的底層電極之間，頂層電極 和底層電極之間有一層空氣層，頂層電極在驅(qū)動(dòng)電極電壓的作用下可以和介電材料薄膜接 觸或不接觸形成開關(guān)開合或關(guān)閉狀態(tài)。 本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)在于 第一，開關(guān)設(shè)計(jì)含有多個(gè)驅(qū)動(dòng)電極，增加了驅(qū)動(dòng)面積大大地降低了開關(guān)需要的工 作電壓，增強(qiáng)了和傳統(tǒng)集成電路集成的可能性；第二，本實(shí)用新型中的開關(guān)設(shè)計(jì)可以提供更 大的開關(guān)接觸力，增強(qiáng)了開關(guān)的穩(wěn)定性；第三，本實(shí)用新型也提供了一種新型氣相可滲透高 分子保護(hù)層概念，不要在保護(hù)層上開孔或者通道，簡(jiǎn)化了工藝；第四，保護(hù)罩通過通常的光 刻技術(shù)制成，消除了由于對(duì)準(zhǔn)保護(hù)罩和微機(jī)電系統(tǒng)帶來的誤差；第五，封裝大小可以調(diào)節(jié)， 根據(jù)器件的幾何尺寸，形狀和應(yīng)用，犧牲層和保護(hù)層的厚度可以相應(yīng)適當(dāng)調(diào)節(jié)；第六，由于 微機(jī)電系統(tǒng)的制造和封裝在一批工藝中完成，這就減小了微機(jī)電系統(tǒng)在制造中被損毀的機(jī) 率，提高了成品率。

圖1為傳統(tǒng)的微機(jī)電系統(tǒng)開關(guān)的斷開狀態(tài)示意圖； 圖2為傳統(tǒng)的微機(jī)電系統(tǒng)開關(guān)的閉合狀態(tài)示意圖； 圖3為本實(shí)用新型的一種裝結(jié)構(gòu)； 圖4為本實(shí)用新型的另一種封裝結(jié)構(gòu)； 圖5為本實(shí)用新型微機(jī)電系統(tǒng)開關(guān)結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式
如圖3、4、5所示，本實(shí)用新型一種低電壓射頻微機(jī)電系統(tǒng)開關(guān)及其封裝結(jié)構(gòu)，包 括一射頻微機(jī)電系統(tǒng)開關(guān)，其包括依次交替水平設(shè)置于襯底材料1上的的用于射頻信號(hào) 輸入的底層電極2、用于提供驅(qū)動(dòng)電壓的底層驅(qū)動(dòng)電極3、用于射頻信號(hào)輸出的底層電極4、 用于提供驅(qū)動(dòng)電壓的底層驅(qū)動(dòng)電極5，所述的底層電極2、4及底層驅(qū)動(dòng)電極3、5的上方設(shè) 有一可上下彎曲的頂層電極6，所述的頂層電極6和底層電極2之間通過一個(gè)豎立的側(cè)柱7 相連，所述的底層電極4上設(shè)有一層介電材料薄膜8，所述的底層驅(qū)動(dòng)電極3、5上各設(shè)有防 止頂層電極與其相接觸的絕緣隔離塊9。 —加蓋層IO，覆蓋于所述的射頻機(jī)電系統(tǒng)開關(guān)上；用于作為射頻微機(jī)電系統(tǒng)封裝 結(jié)構(gòu)的主要組成部分，提供機(jī)械支持。 —密封層ll，覆蓋于所述的加蓋層10上。用于保護(hù)射頻微機(jī)電系統(tǒng)免受外界空氣 和細(xì)小顆粒的腐蝕。 加蓋層10上可開有腐蝕通道12或者加蓋層10為一層氣相可滲透高分子加蓋層。 本實(shí)用新型中的低電壓射頻微機(jī)電系統(tǒng)開關(guān)可以是其它的電子元器件，如集成電 路等。
權(quán)利要求一種低電壓射頻微機(jī)電系統(tǒng)開關(guān)及其封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于，包括一射頻微機(jī)電系統(tǒng)開關(guān)，其包括依次交替水平設(shè)置于襯底材料(1)上的用于射頻信號(hào)輸入的底層電極(2)、用于提供驅(qū)動(dòng)電壓的底層驅(qū)動(dòng)電極(3)、用于射頻信號(hào)輸出的底層電極(4)、用于提供驅(qū)動(dòng)電壓的底層驅(qū)動(dòng)電極(5)，所述的底層電極(2、4)及底層驅(qū)動(dòng)電極(3、5)的上方設(shè)有一可上下彎曲的頂層電極(6)，所述的頂層電極(6)和底層電極(2)之間通過一個(gè)豎立的側(cè)柱(7)相連，所述的底層電極(4)上設(shè)有一層介電材料薄膜(8)，所述的底層驅(qū)動(dòng)電極(3、5)上各設(shè)有防止頂層電極與其相接觸的絕緣隔離塊(9)；一加蓋層(10)，覆蓋于所述的射頻機(jī)電系統(tǒng)開關(guān)上；一密封層(11)，覆蓋于所述的加蓋層(10)上。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種低電壓射頻微機(jī)電系統(tǒng)開關(guān)及其封裝結(jié)構(gòu)，其特征在 于，所述的加蓋層(10)上開有腐蝕通道(12)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種低電壓射頻微機(jī)電系統(tǒng)開關(guān)及其封裝結(jié)構(gòu)，其特征在 于，所述的加蓋層(10)可以為一層氣相可滲透高分子加蓋層。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種低電壓射頻微機(jī)電系統(tǒng)開關(guān)及其封裝結(jié)構(gòu)，其特征在 于，所述的介電材料薄膜(8)和絕緣隔離塊(9)的材料為二氧化硅或氮化硅。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1或4所述的一種低電壓射頻微機(jī)電系統(tǒng)開關(guān)及其封裝結(jié)構(gòu)，其特征 在于，所述的介電材料薄膜(8)的厚度為小于l微米。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種低電壓射頻微機(jī)電系統(tǒng)開關(guān)及其封裝結(jié)構(gòu)，其特征在 于，所述的頂層電極(6)與底層驅(qū)動(dòng)電極(3、5)及底層電極(2)之間為空氣層，且其厚度大 于1微米。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種低電壓射頻微機(jī)電系統(tǒng)開關(guān)及其封裝結(jié)構(gòu)，包括一射頻微機(jī)電系統(tǒng)開關(guān)；一加蓋層，覆蓋于所述的射頻機(jī)電系統(tǒng)開關(guān)上；一密封層，覆蓋于所述的加蓋層上。其中加蓋層上可開有腐蝕通道。加蓋層還可為一層高分子加蓋層。本實(shí)用新型中的系統(tǒng)開關(guān)含有多個(gè)驅(qū)動(dòng)電極，增強(qiáng)了和傳統(tǒng)集成電路集成的可能性，本實(shí)用新型提供了一種新型氣相可滲透高分子保護(hù)層概念，不在保護(hù)層上開孔或者通道，簡(jiǎn)化了工藝。同時(shí)采用本實(shí)用新型的封裝結(jié)構(gòu)，減小了微機(jī)電系統(tǒng)在制造中被損毀的機(jī)率，提高了成品率。
文檔編號(hào)H01P1/10GK201490302SQ20092016017
公開日2010年5月26日 申請(qǐng)日期2009年6月19日 優(yōu)先權(quán)日2009年6月19日
發(fā)明者黨兵, 王國安 申請(qǐng)人:黨兵;王國安