專利名稱：靜電致動的微機械開關器件的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種靜電致動的微機械開關器件，該器件具有在一個基片的本體中形成的多個可移動元件，用于通過這些可移動元件在該基片的平面內的水平移動來導通和斷開至少一個歐姆接觸；該開關器件包括具有多個梳形電極的驅動器，其中，這些電極包括固定驅動電極和可移動電極；可移動推桿，其與可移動電極機械地連接起來并且延伸穿過可移動電極；可移動接觸元件，其與推桿的一側機械地連接起來；至少一個復位彈簧，其與推桿機械地連接起來；信號線和接地線，其中該信號線包括被一空隙中斷的兩個部分。
背景技術：
從多個公開文件中已知用于電信號(即射頻(RF)信號)的微機械開關。根據(jù)產生機械致動力的方法、制造技術以及接觸的類型，可以將這些基本概念分為多個類別?？傮w上講，開關的接觸可以是通過金屬到金屬接觸實現(xiàn)的歐姆性質的接觸、或者是電容性質的接觸。在電容開關的情況下，信號流通過與傳輸線串聯(lián)連接或并聯(lián)連接的電容襯度來控制。如上所述，本發(fā)明涉及具有歐姆接觸的靜電致動器件。所感興趣的制造技術被廣泛地稱為“體效應技術”。在體效應技術中，在晶片材料中沿深度方向來構造機械領域的功能元件，而所謂的表面技術將機械元件轉移到了先前淀積的材料層中。從潛在的應用中已經得出了以下對于微機械開關的主要要求低于5V范圍內的低致動電壓、可忽略的致動功率消耗、小于IOys的短開關時間、在直流范圍內的完美隔離、在射頻范圍內優(yōu)于_30dB的隔離、電阻小于0. 2 Ω、接通狀態(tài)下優(yōu)于-0. 5dB的功率損耗、 致動對信號端口的可忽略的串擾、大于IOV的高自致動電壓、大于十億次開關循環(huán)的使用壽命以及在集成開關或封裝的開關部件的小覆蓋面積的情況下極小的外形。出于多個原因，期望使致動力增加到最大。大多數(shù)RF應用都要求快速地切換信號通路。機械式開關的所有功能元件都提供了慣性質量。力與加速度之間的線性關系意味著很大的力將會導致更快的反應。還已知的是歐姆接觸的可靠性顯著地受到觸點壓力的影響。小的觸點壓力產生高的接觸電阻以及由電流引起的可能的過熱。小的力還會導致小的接觸面積。實際的接觸可能僅在表面上微小的凹凸不平處發(fā)生，這會導致器件的過早失效?？梢缘贸龅慕Y論是在歐姆開關的情況下，產生相對大的致動力起到關鍵性作用， 因為短開關時間、低接觸電阻以及高可靠性是通過足夠的致動力來實現(xiàn)的，足夠的致動力將這些可機械移動的結構加速得足夠快速，獲得足夠的觸點壓力并且克服在斷開這些導通的觸點時的粘附力。低致動電壓與大致動力是相悖的并且因此具有挑戰(zhàn)性。靜電致動依賴于不同極化電極之間的力。兩個導電實體之間的電勢差造成了儲存能量的電場。如果這些導電實體位置的改變會影響儲存在該電場中能量的量(即，電容)， 則吸引力將作用在這兩個實體上。這種力具有這樣的取向如果它不被機械地阻止，則會導致一種進入能量梯度的空間方向的移動。這種情形可以通過以下等式來描述
CP 1 ΓΓ2 S C/F=2J "、
其中F是機械力，U是致動電勢，χ是機械行程而C是電容。根據(jù)等式(1)，可以通過增大致動電勢或者增大電容梯度來增大這個力。增大電壓常常受到取決于應用的限制。常見的設計目標是將電容的梯度最大化。假設一簡單的平行板電容器和一個自由度，則電容梯度可以如下描述
權利要求
1.一種靜電致動的微機械開關器件(1)，該器件具有在基片(1 的本體中形成的可移動元件，所述可移動元件用于通過所述可移動元件在所述基片(1 的平面內的水平移動來導通和斷開至少一個歐姆接觸；該開關器件(1)包括具有梳形電極0、3)的驅動器，其中，所述電極(2、3)包括固定驅動電極(2)和可移動電極⑶；可移動推桿G)，其與所述可移動電極C3)機械地連接并且延伸穿過所述電極0、3)；可移動接觸元件，其與所述推桿(4)的一側機械地連接；至少一個復位彈簧(5)，其與所述推桿(4)機械地連接；信號線(7)和接地線(13)，其中，所述信號線(7)包括被空隙(10)中斷的兩個部分 (7a,7b),其特征在于所述開關器件(1)具有用于導通和斷開所述接地線(13)與所述信號線(7)之間的歐姆接觸的分路式構造，其中，所述接觸元件包括可移動接觸梁(6)，該可移動接觸梁至少部分地與所述信號線(7)相對地延伸并且分別電連接和機械連接到所述信號線(7)的兩個部分(7a、7b)；所述接地線(13)包括至少一個接觸條(12)，該至少一個接觸條(12)穿過所述信號線 (7)的所述空隙(10)以在所述接觸梁(6)與所述接地線(13)之間形成歐姆接觸；并且觸點金屬化部(14)，其至少被設置在所述接觸梁(6)、所述信號線(7)以及所述接地線 (13)的頂部和側壁上。
2.根據(jù)權利要求1所述的開關器件，其特征在于，在各個復位彈簧(5)的固定端處設置有可移動框架(18)，并且該可移動框架(18)至少部分地包圍一個固定的吸附焊盤 (20)，其中，所述可移動框架(18)與至少一個附加的吸引電極(19)相對并被彈性地懸置， 使得當向所述附加的吸引電極(19)施加激活電壓(VGR)時，所述可移動框架(18)朝向所述吸附焊盤00)移動，其中，在所述可移動框架(18)與所述復位彈簧( 之間的連接側， 所述可移動框架(18)?？?2)在所述吸附焊盤OO)處，并且其中，所述吸附焊盤OO)與所述可移動框架(18)通過微焊接以這種布局永久性地連接起來。
3.根據(jù)權利要求2所述的開關器件，其特征在于，所述吸附焊盤OO)包括位于其上表面處的摻雜，所述摻雜比所述開關器件(Ib)的所述基片(1 材料的摻雜重。
4.根據(jù)權利要求2或3中至少一項所述的開關器件，其特征在于，所述可移動框架 (18)被分成兩個區(qū)段。
5.根據(jù)權利要求2至4中至少一項所述的開關器件，其特征在于，所述可移動框架 (18)的面向所述附加的吸引電極(19)的一側與所述可移動框架(18)的其他側相比更寬。
6.根據(jù)前述權利要求中至少一項所述的開關器件，其特征在于，在所述開關器件(Ic) 的制造和/或處理過程中，在電連接到所述固定電極O)的電線與電連接到所述可移動電極(3)的電線之間設置有通過底蝕而與所述基片(15)斷開的金屬橋03)。
7.根據(jù)前述權利要求中至少一項所述的開關器件，其特征在于，在所述開關器件(Ic) 的制造和/或處理過程中，在電連接到所述信號線(7)的電線與電連接到所述接地線(13) 的電線之間設置有通過底蝕而與所述基片(15)斷開的金屬橋04)。
8.根據(jù)前述權利要求中至少一項所述的開關器件，其特征在于，在所述開關器件(Id)的處理和/或晶片級封裝過程中，分別連接到所述固定電極( 和所述可移動電極(3)以及所述信號線(7)和所述接地線(13)的電線通過所述開關器件(Id)的隔離層05)中的接觸窗口 (XT)以及隨后的金屬化而被電連接到所述基片(15)的材料。
9.根據(jù)權利要求8所述的開關器件，其特征在于，至少一個帶有底切09)的金屬橋 (28)被插入到達所述接觸窗口 (XT)的連接通路中。
10.根據(jù)權利要求8或9所述的開關器件，其特征在于，所述接觸窗口(XT)由所述基片 (15)的上表面處的局部摻雜區(qū)域形成，所述局部摻雜區(qū)域被金屬臨時地連接起來，其中，所述金屬包括在所述摻雜區(qū)域之上的開口(31)，并且其中，在鍵合了所述開關器件(1)后，所述摻雜區(qū)域被至少部分地去除以便切斷金屬與本體之間的短路。
11.根據(jù)前述權利要求中至少一項所述的開關器件，其特征在于，所述電極0、3)由硅組成，其中，在所述驅動器的區(qū)域內局部地摻雜硅材料。
12.根據(jù)前述權利要求中至少一項所述的開關器件，其特征在于，在所述推桿(4)與所述接觸梁(6)的接觸梢端(8)之間設置有彈性梁元件(32)，其中，所述推桿(4)與所述可移動電極(3)的質量比所述接觸梁(6)和所述接觸梢端(8)的質量大超過三倍。
13.根據(jù)前述權利要求中至少一項所述的開關器件，其特征在于，所述信號線(7)和 /或所述接地線(1 在所述觸點金屬化部(14)的位置處被分成兩側的帶(34)，其中，帶 (34)在其深度上與所述基片(15)分離開。
14.根據(jù)前述權利要求中至少一項所述的開關器件，其特征在于，到所述開關器件(1) 的電端子的線路被布置在所述開關器件(1)的密封區(qū)域內的多個平坦槽中，并且被針對所述基片(15)的隔離層以及覆蓋這些線路的另一隔離層隔離，其中，所述另一隔離層被部分地去除，使得所述基片(15)的表面在該線路區(qū)域內是平坦的。
15.根據(jù)前述權利要求中至少一項所述的開關器件，其特征在于，所述接地線(13)被沿所述推桿的方向延伸的縫隙(13a)橫切。
16.根據(jù)前述權利要求中至少一項所述的開關器件，其特征在于，所述信號線(7)分別在兩個位置處被空隙(10)中斷，并且其特征還在于存在兩個接觸元件，其中每一個接觸元件都包括可移動的梁(6)，所述梁至少部分地與所述信號線(7)相對地延伸，并且被電連接和機械連接到所述信號線(7)的兩個部分，并且還被機械地連接到所述推桿(4)并且因此被所述可移動電極(3)同步地驅動；其中，所述接地線(13)在所述信號線(7)的每個空隙(10)的位置處包括至少一個接觸條，所述接觸條用于在所述接觸梁(6)與所述接地線 (13)之間形成歐姆接觸。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種靜電致動的微機械開關器件，該器件具有在基片的本體中形成的可移動元件，用于通過這些可移動元件在該基片的平面內的水平移動來導通和斷開至少一個歐姆接觸；該開關器件包括具有梳形電極的驅動器，其中這些電極包括固定驅動電極和可移動電極；可移動推桿，其與可移動電極機械地連接并且延伸穿過這些電極；可移動的接觸元件，其與推桿的一側機械地連接；至少一個復位彈簧，其與推桿機械地連接；信號線和接地線，其中信號線包括被空隙中斷的兩個部分。
文檔編號H01H59/00GK102290289SQ201110152589
公開日2011年12月21日 申請日期2011年6月8日 優(yōu)先權日2010年6月9日
發(fā)明者A·貝特茲, C·考夫曼, J·弗梅爾, M·諾瓦克, S·庫爾特, S·雷迪赫, T·蓋斯納, 池田浩一, 秋葉朗 申請人:德國弗勞恩霍夫應用研究促進協(xié)會, 索尼公司