高功率RF MEMS开关的热管理制造技术

本公开总体涉及用于制造可以切换大电功率的MEMS开关的机构。采用额外的着陆电极，其提供沿着MEMS器件的增加的电接触，使得在接触时移除靠近最热点的MEMS结构中的电流和热量。

Heat management of high power RF MEMS switch

The disclosure generally relates to a mechanism for manufacturing a MEMS switch capable of switching large electrical power. With an additional landing electrode, it provides an increased electrical contact along the MEMS device to remove the current and heat in the MEMS structure near the hottest hot spot.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】高功率RFMEMS开关的热管理本公开的背景
本公开的实施例总体上涉及用于限制高电功率应用中的MEMS开关中的温度升高的技术。
技术介绍
在操作MEMS电阻开关(其中板在第一位置和与着陆电极电接触的第二位置之间移动)时，在开关两端施加的高电功率可能导致电流流过独立式MEMS器件。这些电流会导致电阻发热，从而导致MEMS部分的温度升高，这可能会限制器件的使用寿命或以不希望的方式改变器件操作。发热可能导致不希望的热膨胀，进而导致开关电压的变化或者通常用于制造器件的合金材料的相变。MEMS器件的板通过向致动电极施加电压而移动。一旦电极电压达到通常称为咬合电压(snap-involtage)的特定电压，板就向电极移动。一旦电压降低到释放电压，板就会移回原位。由于当板接近致动电极时静电力较高，以及当板移动更接近电极时板和与板接触的表面之间的静摩擦，释放电压通常低于咬合电压。MEMS器件的弹簧常数设定拉入电压和拉离电压的值。如果MEMS材料的性质由于发热而变化，那么这些电压也会改变，这在产品中是不希望的。因此，本领域需要一种能够切换大电压或电流而不会导致MEMS中温度过度升高的MEMS开关。这对于在移动电话应用中切换RF信号特别重要。
技术实现思路
本公开总体上涉及一种用于控制由于在切换高功率电信号时在MEMS板中感应出的电流引起的MEMS开关中的温度升高的机构，所述电信号例如可以是存在于移动电话应用中的RF调谐器中的电信号。电着陆柱可以定位成提供并联的电通路，同时还提供热通路以减少板中的热量。在一个实施例中，MEMS器件包括：其中形成有多个电极的衬底，其中所述多个电极至少包括锚电极、拉入电极和RF电极；设置在多个电极和衬底之上的第一绝缘层；设置在绝缘层之上的开关元件，其中开关元件包括锚部分、腿部分和桥部分，并且该锚部分电耦接到锚电极；耦接到RF电极的第一柱；以及电耦接到锚电极的第二柱，其中开关元件能够在与第一柱和第二柱间隔开的第一位置和与第一柱和第二柱接触的第二位置之间移动。在另一个实施例中，MEMS器件包括：其中形成有多个电极的衬底，其中所述多个电极至少包括锚电极、拉入电极和RF电极；设置在所述多个电极和衬底之上的第一绝缘层；设置在绝缘层之上的开关元件，其中开关元件包括锚部分、腿部分和桥部分，并且该锚部分电耦接到锚电极；其中开关元件具有底面，该底面具有绝缘部分和导电部分；耦接到RF电极的第一柱；以及设置在锚电极之上并且电耦接到锚电极的第二柱，其中开关元件能够在与第一柱和第二柱间隔开的第一位置和与第一柱和第二柱接触的第二位置之间移动，其中绝缘部分在第二位置接触第二柱，并且导电部分在第二位置接触第一柱。在另一个实施例中，一种形成MEMS器件的方法包括：在衬底之上沉积绝缘层，该衬底中形成有多个电极，其中所述多个电极至少包括锚电极、拉入电极和RF电极；移除绝缘层的至少一部分以暴露锚电极的至少一部分和RF电极的至少一部分；在RF电极之上形成与其接触的第一柱；在锚电极之上形成与其接触的第二柱；以及在衬底、第一柱和第二柱之上形成开关元件，其中该开关元件包括腿部分、RF电极和电耦接到锚电极的锚部分，其中开关元件能够从与第一柱和第二柱间隔开的第一位置和与第一柱和第二柱接触的第二位置移动。在另一个实施例中，一种形成MEMS器件的方法包括：在衬底之上沉积绝缘层，该衬底中形成有多个电极，其中所述多个电极至少包括锚电极、拉入电极和RF电极；移除绝缘层的至少一部分以暴露锚电极的至少一部分和RF电极的至少一部分；在RF电极之上形成与其接触的第一柱；在锚电极之上形成与其接触的第二柱，其中第二柱电耦接到锚电极，并且其中第二柱设置在绝缘层之上并与绝缘层接触；以及在衬底、第一柱和第二柱之上形成开关元件，其中该开关元件包括腿部分、RF电极和电耦接到锚电极的锚部分，其中该开关元件具有底面，底面具有绝缘部分和导电部分，其中开关元件能够从与第一柱和第二柱间隔开的第一位置和与第一柱和第二柱接触的第二位置移动，其中绝缘部分在第二位置接触第二柱，并且导电部分在第二位置接触第一柱。附图说明为了能够详细理解本公开的上述特征，可以通过参考实施例来获得之上简要总结的本专利技术的更具体描述，其中的一些实施例在附图示出。然而，要注意的是，附图仅示出了本专利技术的典型实施例，因此不应被视为限制本专利技术的范围，因为本专利技术可以允许其他等效实施例。图1是根据一个实施例的MEMS欧姆开关的示意性俯视图。图2A和图2B是图1的MEMS欧姆开关的MEMS器件的示意性俯视图和横截面视图。图3A是图1的MEMS欧姆开关的MEMS器件中的单个开关元件的示意性俯视图。图3B-3D是根据各个实施例的图1的MEMS欧姆开关的MEMS器件中的单个开关元件的示意性横截面视图。图4A-4D是根据一个实施例的处于各个制造阶段的MEMS欧姆开关的示意图。图5A-5D是根据另一个实施例的处于各个制造阶段的MEMS欧姆开关的示意图。为了便于理解，在可能的情况下使用相同的附图标记来表示附图中共有的相同元件。可以设想在一个实施例中公开的元件，在没有特别说明的情况下，可以有利地用于其他实施例。具体实施方式本公开总体上涉及一种用于控制由于在切换高功率电信号时在MEMS板中感应出的电流所引起的MEMS开关中的温度升高的机构，所述电信号例如可以是存在于移动电话应用中的RF调谐器中的电信号。电着陆柱可以定位成提供并联的电通路，同时还提供热通路以减少板中的热量。图1示出了从顶部示出的MEMS欧姆开关100的可能实施方式。MEMS欧姆开关100包含单元102的阵列。到每个单元的RF接线104和106位于相对的两端。每个单元102包含并行工作的(5至40个)开关108的阵列。单个单元102中的所有开关108同时被致动，并且在断开时在端子之间提供最小电容或当接通时提供低电阻。可以把多个单元102分组以降低总电阻。图2A示出了图1的MEMS单元102的MEMS器件的俯视图。单元102包含开关108的阵列。在开关108的下方具有用于将开关致动到下位(开关闭合)的拉入电极204和206以及RF电极202。图2B示出了具有用于将开关108致动到上位(开关打开)的上拉电极208、空腔210和下面的衬底212的侧视图。衬底212能够包含用于互连的多个金属层以及用于操作器件的CMOS有源电路。图3A示出了图1和图2A中的阵列单元102中的一个开关108的俯视图。图3B示出根据一个实施例的开关108的横截面视图。开关108包括第一MEMS器件，该第一MEMS器件具有第一电极、第二电极和板，该板能够在与第一电极间隔第一距离的第一位置和与第一电极间隔第二距离的第二位置之间移动。通常，MEMS开关会具有刚性可移动板和与定位MEMS器件的锚部分接触的柔性腿部分，该柔性腿部分起到弱弹簧的作用。刚性MEMS部分位于包含导电柱的着陆电极和一个或更多个拉入电极之上，该拉入电极通常驻留在着陆电极和柔性腿部分之间。柔性腿部分提供电连接以使从着陆电极通过MEMS梁的刚性部分到保持腿部刚性端的导电锚的电路闭合。为了使腿部分具有柔性，必须使金属比MEMS器件的刚性部分更薄和/或更窄，这意味着当MEMS器件启动时，当DC或RFAC电流流过MEMS器件时，这些部分的电阻最大并且产本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种MEMS器件，包括：其中形成有多个电极的衬底，其中所述多个电极至少包括锚电极、拉入电极和RF电极；设置在所述多个电极和所述衬底之上的第一绝缘层；设置在所述绝缘层之上的开关元件，其中所述开关元件包括锚部分、腿部分和桥部分，并且其中所述锚部分电耦接到所述锚电极；耦接到所述RF电极的第一柱；以及电耦接到所述锚电极的第二柱，其中所述开关元件能够在与所述第一柱和所述第二柱间隔开的第一位置和与所述第一柱和所述第二柱接触的第二位置之间移动。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.11.16 US 62/256,0051.一种MEMS器件，包括：其中形成有多个电极的衬底，其中所述多个电极至少包括锚电极、拉入电极和RF电极；设置在所述多个电极和所述衬底之上的第一绝缘层；设置在所述绝缘层之上的开关元件，其中所述开关元件包括锚部分、腿部分和桥部分，并且其中所述锚部分电耦接到所述锚电极；耦接到所述RF电极的第一柱；以及电耦接到所述锚电极的第二柱，其中所述开关元件能够在与所述第一柱和所述第二柱间隔开的第一位置和与所述第一柱和所述第二柱接触的第二位置之间移动。2.根据权利要求1所述的MEMS器件，其中所述第二柱包括导电和导热材料。3.根据权利要求2所述的MEMS器件，其中所述开关元件具有底面，所述底面具有既导电又导热的第一部分和电绝缘的第二部分。4.根据权利要求1所述的MEMS器件，其中所述第二柱和第一柱均具有顶面，并且其中所述顶面包含相同的材料。5.根据权利要求1所述的MEMS器件，其中所述第二柱位于使得当所述开关元件处于所述第二位置时所述桥部分与所述第二柱接触的位置。6.根据权利要求1所述的MEMS器件，其中所述第一柱位于使得当所述开关元件处于所述第二位置时所述锚部分与所述第一柱接触的位置。7.根据权利要求1所述的MEMS器件，还包括设置在所述开关元件之上的上拉电极。8.一种MEMS器件，包括：其中形成有多个电极的衬底，其中所述多个电极至少包括锚电极、拉入电极和RF电极；设置在所述多个电极和所述衬底之上的第一绝缘层；设置在所述绝缘层之上的开关元件，其中所述开关元件包括锚部分、腿部分和桥部分，并且其中所述锚部分电耦接到所述锚电极；其中所述开关元件具有底面，所述底面具有绝缘部分和导电部分；耦接到所述RF电极的第一柱；以及设置在所述锚电极之上并且电耦接到所述锚电极的第二柱，其中所述开关元件能够在与所述第一柱和所述第二柱间隔开的第一位置和与所述第一柱和所述第二柱接触的第二位置之间移动，并且其中所述绝缘部分在所述第二位置接触所述第二柱，并且所述导电部分在所述第二位置接触所述第一柱。9.根据权利要求8所述的MEMS器件，其中所述第二柱包括导电和导热材料。10.根据权利要求9所述的MEMS器件，其中所述开关元件具有底面，所述底面具有既导电又导热的第一部分和电绝缘的第二部分。11.根据权利要求8所述的MEMS器件，其中所述第二柱和第一柱均具有顶面，并且其中所述顶面包含相同的材料。12.根据权利要求8所述的MEMS器件，其中所述第二柱位于使得当所述开关元件处于所述第二位置时所述桥部分与所述第二柱接触的位置。13.根据权利要求8所述的MEMS器件，其中所述第一柱位于使得当所述开关元件处于所述第二位置时所述锚部分与所述第一柱接触的位置。14.根据权利要求8所述的MEMS器件，还包括设置在所述开关元件之上的上拉电极。15.一种形成M...

【专利技术属性】
技术研发人员：罗伯托·彼得勒斯·范·卡普恩，理查德·L·奈普，
申请(专利权)人：卡文迪什动力有限公司，
类型：发明
国别省市：美国,US