用于减少热变形的机电系统基板附件技术方案

本发明专利技术涉及一种MEMS开关，其包括基板和形成在基板上的开关结构，其中开关结构进一步包括形成在基板上的导电触点、联接至基板的自补偿锚定结构以及包括第一端部和第二端部的梁，该梁在第一端部处与自补偿锚定结构形成一体并且从所述自补偿锚定结构垂直地向外延伸以及悬挂在所述基板上，使得所述第二端部包括定位在所述导电触点以上的悬臂部分。梁的悬臂部分在基板与开关结构之间的应变不匹配的时间段期间经历变形，以便相对于基板具有起跳角度，并且自补偿锚定结构与悬臂部分垂直地引导应变不匹配的一部分，以便使锚定器弯曲并且补偿悬臂部分的起跳角度。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于减少热变形的机电系统基板附件
技术介绍
本专利技术的实施例大致涉及微机电系统(MEMS)开关，更具体地涉及具有锚定设计的MEMS开关，锚定设计减小MEMS开关与MEMS开关安装于其上的基板之间的任何应变不匹配的影响。MEMS是在其最一般形式下可被限定为利用微制造技术制成的小型化机械和机电元件(即装置和结构)的技术。MEMS装置的关键外形尺寸可以从维谱的下端上的远低于一个微米变化，一直到数个毫米。同样地，MEMS装置的类型可以从不具有运动元件的相对简单结构变化至在集成微电子技术控制下具有多个运动元件的极度复杂机电系统，例如，其中MEMS通常作用为继电器(以下称之为“MEMS开关”)。关于MEMS开关，MEMS开关的一个主要标准是存在具有某种机械功能的至少一些元件，而不管这些元件能否运动。因此，MEMS开关一般包括比如为悬臂的活动部分，活动部分具有锚定至基板的第一端部(即“锚定器”)和具有悬臂触点的第二自由端部。当MEMS开关被触发时，悬臂使悬臂触点对着基板上的在悬臂触点以下的基板触点运动。通常由于包括MEMS开关的金属与半导体基板之间的热膨胀系数(CTE)的显著差异而出现MEMS开关的不希望的变形的问题，其中意识到基板包括比如为例如处理晶片、绝缘体层、装置层、金属介电叠层和钝化层的众多层/材料。构成MEMS开关的金属的CTE通常是半导体基板(例如构成钝化层的绝缘体)的CTE二倍至七倍大。在室温(即25℃)下，CTE的差异不存在问题；然而，在MEMS开关的制造、组装或操作期间，MEMS开关和基板结构14的温度可能超过300℃，400℃-700℃的温度并非罕见，这取决于所采用的晶片结合工艺。响应于MEMS开关所暴露的这些高温，MEMS开关的应变状态可能随着由于CTE不匹配以及MEMS膜的退火(由于比如为空隙减小、晶粒生长、刻蚀的数个影响)而引起的应变率的变化而改变。应变率的改变能够引起悬臂的可恢复和不可恢复变形，这种变形在幅度足够严峻的情况下潜在地使得MEMS开关变得不起作用。即，悬臂触点与基板触点之间的粘着可以在MEMS开关的温度降低时防止悬臂触点和基板触点中断接触。无法中断悬臂触点与基板触点之间的接触将引起失效的MEMS开关，连同失效的结合MEMS开关的产品。此外，开关的永久变形可以引起超出可接受操作范围的改变的开关性能。解决该问题的在前尝试已经聚焦为围绕使问题最小化。例如，一个解决方案是减小直接附连至半导体基板的MEMS开关的区域的尺寸，以便使悬臂的应变引起的挠曲最小化。另一个解决方案是减小锚定器的尺寸，以便使悬臂的应变引起的挠曲最小化。然而，锚定器的尺寸的这种减小可能导致由于提供这种尺寸的锚定器的难度所引起的产量问题。因此，所希望的是提供具有耐受悬臂的热致动和变形的结构的MEMS开关，悬臂的热致动和变形可能发生在MEMS开关的制造、组装或操作期间。此外所希望的是这种MEMS开关在使产量损失最小化的同时能够以低成本制造。
技术实现思路
本专利技术的实施例涉及具有悬臂的MEMS开关，悬臂在其一端上具有包括连接至基板的两个连接的锚定器。这些锚定连接垂直于悬臂梁定向，使得当相对于基板存在应变时，垂直于悬臂的应变使锚定器弯曲成足以补偿从基板到锚定器的顶部的应变梯度。根据本专利技术的一个方面，一种MEMS开关，包括基板和形成在基板上的开关结构，开关结构进一步包括形成在基板上的导电触点、联接至基板的自补偿锚定结构以及包括第一端部和第二端部的梁，该梁在第一端部处与自补偿锚定结构形成一体并且从自补偿锚定结构垂直地向外延伸以及悬挂在基板上，使得第二端部包括定位在导电触点以上的悬臂部分。梁的悬臂部分在基板与开关结构之间的应变不匹配的时间段期间经历变形，以便相对于基板具有起跳角度，并且自补偿锚定结构与悬臂部分垂直地引导应变不匹配的一部分，以便使锚定器弯曲并且补偿悬臂部分的起跳角度。根据本专利技术的另一个方面，一种制造MEMS开关的方法，包括提供基板以及经由晶片级结合工艺在基板上形成开关结构。形成开关结构进一步包括在基板上形成导电触点、形成自补偿锚定结构以及将悬臂梁附接至自补偿锚定结构，以相对于基板和导电触点定位悬臂梁，悬臂梁包括位于其与自补偿锚定结构相反的端部处的悬臂部分，自补偿锚定结构垂直于悬臂梁的悬臂部分布置，并且悬臂部分向外延伸以便与基板间隔开并且定位在导电触点以上。该方法还包括在基板和开关结构上执行退火工艺以实现在MEMS开关中的结合。梁的悬臂部分在退火工艺期间响应于基板与开关结构之间的应变不匹配而经历变形，使得悬臂部分相对于基板具有起跳角度，以及自补偿锚定结构与悬臂部分垂直地引导由应变不匹配引起的应变的一部分，以便使锚定结构弯曲并且补偿悬臂部分的起跳角度。根据本专利技术的又一个方面，一种MEMS开关，包括基板和形成在基板上的开关结构，开关结构进一步包括形成在基板上的导电触点、联接至基板的锚定结构以及与锚定结构一体并且从其垂直地向外延伸的梁，该梁包括悬挂在基板上并且定位在导电触点以上的悬臂部分。锚定结构包括自补偿锚定结构，自补偿锚定结构使得悬臂部分在经受热引起的起跳角度变形时保持未挠曲。各个其他特征和优势从以下详细说明和附图将变得显而易见。附图说明附图示出用于执行本专利技术的当前预期的实施例。在附图中：图1是根据示例性实施例构造的MEMS开关的示意性透视图。图2是图1的MEMS开关的示意性侧视图。图3是图1的MEMS开关的示意性局部透视图。图4是处于打开位置的图1的MEMS开关的示意性侧视图。图5是处于关闭位置的图1的MEMS开关的示意性侧视图。图6是根据本专利技术的实施例的图1的MEMS开关的锚定结构的更详细的透视图，其中锚定连接形成在锚定结构上。图7是根据本专利技术的实施例的图1的MEMS开关的锚定结构的更详细的透视图，其中锚定连接形成在锚定结构上。图8是图1的悬臂梁的应变图。图9是图1的悬臂梁的锚定器的应变图。图10是根据本专利技术的实施例的具有附连至锚定结构的双悬臂梁的开关结构的透视图。图11是根据本专利技术的实施例的具有附连至锚定结构的双悬臂梁的开关结构的透视图。图12是根据本专利技术的实施例的附连至锚定结构的悬臂梁的透视图。具体实施方式本专利技术的实施例提供一种具有悬臂的MEMS开关，该悬臂在一端上具有自补偿锚定结构。自补偿锚定结构定向成使得当相对于基板存在应变时，垂直于悬臂的应变使锚定器弯曲成足以补偿从基板到锚定器的顶部的应变梯度。参照图1-3，示出根据示例性实施例构造的开关结构100的几个视图。示例性开关结构100包括触点102，触点102至少部分地包括导电材料(例如金属)。开关结构100还包括示出为悬臂梁104的包括导电材料(例如金属)的导电元件。梁104的悬臂部分104a在触点102上延伸。在一些实施例中，导电元件还可以包括其他特征，比如，例如梁104上的保护(和可能的不导电)涂层或沿梁的旨在与触点102接触的部分布置的触点盘(contactpad)。梁104由悬臂部分104a从其延伸的锚定结构106支承，锚定结构106可以与梁104形成一体。锚定结构106用于将梁104的悬臂部分104a连接至下层支承结构，比如所示出的基板108。在图1-3所示的开关结构100的实施例中，触点102和锚定结构106两者利用常规微制造技术(例如电镀、汽本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种微机电系统(MEMS)开关，包括：基板；以及开关结构，所述开关结构形成在所述基板上，所述开关结构包括：导电触点，所述导电触点形成在所述基板上；自补偿锚定结构，所述自补偿锚定结构联接至所述基板；以及梁，所述梁包括第一端部和第二端部，所述梁在所述第一端部处与所述自补偿锚定结构形成一体并且从所述自补偿锚定结构垂直地向外延伸以及悬挂在所述基板上，使得所述第二端部包括定位在所述导电触点以上的悬臂部分；其中，所述梁的所述悬臂部分在所述基板与所述开关结构之间的应变不匹配的时间段期间经历变形，以便相对于所述基板具有起跳角度；以及其中，所述自补偿锚定结构与所述悬臂部分垂直地引导所述应变不匹配的一部分，以便使锚定器弯曲并且补偿所述悬臂部分的所述起跳角度。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.03.02 US 14/6349811.一种微机电系统(MEMS)开关，包括：基板；以及开关结构，所述开关结构形成在所述基板上，所述开关结构包括：导电触点，所述导电触点形成在所述基板上；自补偿锚定结构，所述自补偿锚定结构联接至所述基板；以及梁，所述梁包括第一端部和第二端部，所述梁在所述第一端部处与所述自补偿锚定结构形成一体并且从所述自补偿锚定结构垂直地向外延伸以及悬挂在所述基板上，使得所述第二端部包括定位在所述导电触点以上的悬臂部分；其中，所述梁的所述悬臂部分在所述基板与所述开关结构之间的应变不匹配的时间段期间经历变形，以便相对于所述基板具有起跳角度；以及其中，所述自补偿锚定结构与所述悬臂部分垂直地引导所述应变不匹配的一部分，以便使锚定器弯曲并且补偿所述悬臂部分的所述起跳角度。2.根据权利要求1所述的MEMS开关，其中，所述自补偿锚定结构包括将所述梁机械地连接至所述基板的成形锚定连接。3.根据权利要求2所述的MEMS开关，其中，所述成形锚定连接的垂直于所述梁的截面穿过所述成形锚定连接的将梁结构机械地连接至所述基板的一个以上的区域。4.根据权利要求3所述的MEMS开关，其中，所述成形锚定连接形成为C形锚定连接和V形锚定连接之一。5.根据权利要求2所述的MEMS开关，其中，所述梁包括沿第一方向从所述自补偿锚定结构向外延伸的第一梁；以及其中，所述开关结构还包括与所述自补偿锚定结构一体的第二梁，所述第二梁沿第二方向从所述自补偿锚定结构向外延伸，所述第二方向与所述第一梁沿着延伸的所述第一方向相反。6.根据权利要求5所述的MEMS开关，其中，所述成形锚定连接形成为I形锚定连接和X形锚定连接之一。7.根据权利要求1所述的MEMS开关，其中，所述自补偿锚定结构包括将所述梁机械地连接至所述基板的两个或更多个不同的锚定连接，其中，所述两个或更多个不同的锚定连接定尺寸、定位以及倾斜在所述自补偿锚定结构上，以便与所述悬臂部分垂直地引导所述应变不匹配的一部分，从而使所述锚定器弯曲并且补偿所述悬臂部分的所述起跳角度。8.根据权利要求1所述的MEMS开关，其中，垂直于悬臂引导的所述应变不匹配延伸所述悬臂的长度的小于20％。9.根据权利要求1所述的MEMS开关，其中，垂直于所述悬臂部分引导的所述应变不匹配的一部分产生垂直于所述基板的应变梯度，以便将所述悬臂部分牵拉回未挠曲或未变形位置。10.根据权利要求1所述的MEMS开关，其中，由所述自补偿锚定器提供的垂直于所述悬臂部分的所述应变不匹配的一部分通过泊松比值操作。11.根据权利要求1所述的MEMS开关，其中，所述梁的所述悬臂部分的变形包括由所述基板与所述开关结构之间的热膨胀系数(CTE)所引起的热诱发变形。12.根据权利要求1所述的MEMS开关，其中，所述梁由抗蠕变材料形成，所述抗蠕变材料包括超级合金，所述超级合金包括Ni基和/或Co基超级合金、Ni--W合金、Ni--Mn合金、包含Ni和/或Co的黄金、W、金属互化物、经受固态溶液和/或次相加强的材料或者具有抑制塑性变形的晶体结构的材料。13.根据权利要求1所述的MEMS开关，其中，所述开关结构和所述基板包括晶片级结合封装，其中实施为形成所述晶片级结合封装的退火引起所述基板与所述开关结构之间的应变不匹配并且使得所述梁的所述悬臂部分经历引起所述起跳角度的变形。14.一种制造...

【专利技术属性】
技术研发人员：MF艾米，Y林，
申请(专利权)人：通用电气公司，
类型：发明
国别省市：美国,US