具有近零冲击着陆的MEMS RF开关制造技术

本公开总体涉及MEMS欧姆开关的设计，该设计提供MEMS器件可移动板在RF触头上的低冲击着陆和用于断开触头的高恢复力，以提高开关的寿命。该开关具有设置在开关器件偏心处的至少一个接触电极，并且还具有设置在开关器件中心附近的二次着陆立柱。与接触电极的RF触头相比，二次着陆立柱在衬底上方延伸到更大的高度，使得可移动板首先接触二次着陆立柱，并然后轻轻地着陆在RF触头上。在释放时，可移动板将在从二次着陆立柱脱离之前从RF触头脱离，并且由于高恢复力而具有更长的寿命。

MEMS RF Switch with Near Zero Impact Landing

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】具有近零冲击着陆的MEMSRF开关
技术介绍

本公开的实施例总体涉及一种用于在宽电压操作范围内获得MEMS开关的接触电阻的良好可控性的技术。相关技术的描述MEMS欧姆开关包括可移动板，该可移动板通过对致动电极施加电压而移动。静电力使板朝向致动电极移动。一旦电极电压达到特定电压——通常称为吸合电压(snap-involtage)，系统就变得不稳定并且板朝向致动电极加速。该吸合电压部分地由MEMS器件的板的刚性确定。使MEMS欧姆开关在适度低的操作电压下操作——这将期望允许控制器的廉价CMOS集成——对于可移动板使用刚性腿是不可能的。当板被向下致动时，板着陆在接触电极上，板与该接触电极进行欧姆接触。为了获得良好的欧姆接触电阻，通过对下拉电极施加足够高的电压，将板拉入以与接触电极的紧密接触。电压能够使板在位于下拉电极上方的介电层上具有额外的二次着陆。使板着陆在介电层上是器件操作的可靠性问题。二次着能够导致介电层的充电和致动电压的偏移。因此，可以存在附加的止挡块以防止板直接着陆在下拉电极上方的介电层上。在典型的MEMS欧姆开关操作中，可移动板首先与接触电极(例如RF电极)进行接触，并且后续与附加的止挡块进行二次接触。由于吸合行为的不稳定性质，可移动板能够在致动时产生足够高的动量并且能够以高冲击能量撞击接触电极。高冲击能量能够导致接触磨损和接触电阻增长，这限制了器件的寿命。一旦控制电极上的电压被足够减小，则板被释放并且理想地移动回到原始位置。释放电压通常低于吸合电压，这是由于当板靠近致动电极时的较高的静电力且由于板和接触表面之间的静摩擦。在典型的MEMS欧姆开关中，止挡块在释放时首先脱离，并且接触电极最后脱离。拉动接触电极的板的恢复力由MEMS欧姆开关的板的弹簧常数设定。如果恢复力不足够大，则板能够保持粘在接触电极上。因此，本领域需要一种MEMS欧姆开关，其不会遭受在接触电极上的高冲击着陆，并且提供来自接触电极的高恢复力以便实现高寿命，同时仍然允许操作电压要适度低，以允许CMOS控制器的廉价集成。
技术实现思路
本公开总体涉及MEMS欧姆开关的设计，该设计提供MEMS器件可移动板在RF触头上的低冲击着陆和用于断开触头的高恢复力，以提高开关的寿命。该开关具有设置在开关器件偏心处的至少一个接触电极，并且还具有设置在开关器件中心附近的二次着陆立柱。与接触电极的RF触头相比，二次着陆立柱在衬底上方延伸到更大的高度，使得可移动板首先接触二次着陆立柱，并然后轻轻地着陆在RF触头上。在释放时，可移动板将在从二次着陆立柱脱离之前从RF接触脱离，并且由于高恢复力而具有更长的寿命。在一个实施例中，MEMS欧姆开关300包括衬底101、MEMS桥、介电层202、中心止挡块314、RF触头306和附加的止挡块310；衬底101上设置有一个或更多个锚电极108、多个下拉电极104A-104C以及一个或更多个RF电极302、304；MEMS桥利用锚接触层208耦接到一个或更多个锚电极108；介电层202设置在一个或更多个下拉电极104A-104C上；中心止挡块314耦接到介电层202并且设置在MEMS桥的大致中心的下方；RF触头306耦接到一个或更多个RF电极302、304中的RF电极302；附加的止挡块310设置在介电层202上，其中附加的止挡块310设置在锚接触层208和RF触头306之间，并且其中RF触头306设置在附加的止挡块310和中心止挡块314之间。一种操作MEMS欧姆开关300的方法包括：对多个下拉电极104A-104C中的一个或更多个施加电压；使MEMS桥移动第一距离以接触中心止挡块314；使MEMS桥移动第二距离以接触附加的止挡块310；以及使MEMS桥移动第三距离以接触RF触头306。附图说明以能够详细地理解本公开的上述特征的方式，参照实施例可以获得上面简要总结的本公开的更具体的描述，在附图中示出了实施例中的一些。然而，应当注意，附图仅示出了示例性实施例，并且因此不应被认为限制了本公开的范围，可以允许其他同等有效的实施例。图1A是MEMS欧姆开关的示意性俯视图。图1B是包括多个并联操作的MEMS欧姆开关的MEMS欧姆开关单元的示意性俯视图。图1C是包括多个并联操作的MEMS欧姆开关单元的MEMS欧姆开关单元阵列的示意性俯视图。图2A是MEMS欧姆开关的示意性横截面图。图2B是图2A的MEMS欧姆开关的示意性横截面图，该MEMS欧姆开关正在被向下致动并撞击接触电极。图2C是图2B的MEMS欧姆开关的示意性横截面图，该MEMS欧姆开关在最终状态中被向下致动到接触电极和附加的止挡块上。图3A是根据一个实施例的MEMS欧姆开关的示意性横截面图。图3B是图3A的MEMS欧姆开关的示意性横截面图，该MEMS欧姆开关在中心止挡块上被向下致动。图3C是图3B的MEMS欧姆开关的示意性横截面图，该MEMS欧姆开关在中心止挡块和后止挡块上向下致动。图3D是图3C的MEMS欧姆开关的示意性横截面图，该MEMS欧姆开关在最终状态中被向下致动到接触电极、中心止挡块和后止挡块上。图4A是根据包括多个并联操作的改进型MEMS开关一个实施例的MEMS欧姆开关单元的示意性俯视图。图4B是包括多个并联操作的MEMS欧姆开关单元的MEMS欧姆开关单元阵列的示意性俯视图。为了便于理解，在可能的地方使用相同的附图标记来表示附图共有的相同的元件。可以预期的是，一个实施例的元件和特征可以有利地并入其他实施例中而无需进一步叙述。具体实施方式本公开总体涉及MEMS欧姆开关的设计，该设计提供MEMS器件可移动板在RF触头上的低冲击着陆和用于断开触头的高恢复力以提高开关的寿命。该开关具有设置在开关器件偏心处的至少一个接触电极，并且还具有设置在开关器件的中心附近的二次着陆立柱。与接触电极的RF触头相比，二次着陆立柱在衬底上方延伸到更大的高度，使得可移动板首先接触二次着陆立柱，并然后轻轻地着陆在RF触头上。在释放时，可移动板将在从二次着陆立柱脱离之前从RF触头脱离，并且由于高恢复力而具有更长的寿命。图1A是MEMS欧姆开关100的示意性俯视图。欧姆开关100包括RF电极102、下拉电极104和锚电极108。在操作中，当足够高的电压被施加到下拉电极104时，MEMS欧姆开关100朝向RF电极102向下致动并且在RF电极102和锚电极108之间形成欧姆连接。图1B是包括多个MEMS欧姆开关100的MEMS欧姆开关单元150的示意性俯视图。通过对下拉电极104施加足够高的电压，单元150中的所有MEMS开关100被同时开启。因为很多开关100并联操作，所以RF电极102和锚电极108之间的电阻减小。图1C示出了MEMS欧姆开关单元阵列180的示意性俯视图。阵列180包括了多个并联操作的MEMS欧姆开关单元150。每个单元150的RF电极102在每个开关单元150的一端处连接在一起，而锚电极108在每个开关单元150的另一端处连接在一起。当所有单元150开启时，当与单个单元150相比时，发生在RF电极102和锚电极108之间的电阻的进一步减小。同时，因为许多开关100并联操作，所以与单个单元150相比，阵列180能够处理更多电流。图2A示出了MEMS欧姆开关200的横截本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种MEMS欧姆开关(300)，包括：衬底(101)，其上设置有一个或更多个锚电极(108)、多个下拉电极(104A‑104C)以及一个或更多个RF电极(302、304)；MEMS桥，其利用锚接触层(208)耦接到所述一个或更多个锚电极(108)；介电层(202)，其设置在一个或更多个下拉电极(104A‑104C)上；中心止挡块(314)，其耦接到介电层(202)并且设置在MEMS桥的大致中心的下方；RF触头(306)，其耦接到所述一个或更多个RF电极(302、304)中的RF电极(302)；和附加的止挡块(310)，其设置在介电层(202)上，其中所述附加的止挡块(310)设置在锚接触层(208)和RF触头(306)之间，并且其中，所述RF触头(306)设置在附加的止挡块(310)和中心止挡块(314)之间。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.09.29 US 62/401,2341.一种MEMS欧姆开关(300)，包括：衬底(101)，其上设置有一个或更多个锚电极(108)、多个下拉电极(104A-104C)以及一个或更多个RF电极(302、304)；MEMS桥，其利用锚接触层(208)耦接到所述一个或更多个锚电极(108)；介电层(202)，其设置在一个或更多个下拉电极(104A-104C)上；中心止挡块(314)，其耦接到介电层(202)并且设置在MEMS桥的大致中心的下方；RF触头(306)，其耦接到所述一个或更多个RF电极(302、304)中的RF电极(302)；和附加的止挡块(310)，其设置在介电层(202)上，其中所述附加的止挡块(310)设置在锚接触层(208)和RF触头(306)之间，并且其中，所述RF触头(306)设置在附加的止挡块(310)和中心止挡块(314)之间。2.根据权利要求1所述的MEMS欧姆开关(300)，其中，所述MEMS桥在中心止挡块(314)和附加的止挡块(310)之间是刚性的。3.根据权利要求1或2所述的MEMS欧姆开关(300)，其中，所述中心止挡块(314)在衬底(101)的上方延伸一距离，所述距离等于或大于RF触头(306)在衬底(101)上方延伸的距离。4.根据权利要求1-3中任一项所述的MEMS欧姆开关(300)，其中，所述附加的止挡块(310)在衬底(101)的上方延伸一距离，所述距离大于RF触头(306)在衬底(101)上方延伸的距离。5.根据权利要求1-4中任一项所述的MEMS欧姆开关(300)，还包括：耦接到RF电极(304)的RF触头(308)。6.根据权利要求5所述的MEMS欧姆开关(300)，其中，所述RF触头(308)设置在中心止挡块(314)和附加的锚接触层(208)之间。7.根据权利要求1-6中任一项所述的MEMS欧姆开关(300)，还包括：设置在介电层(202)上的附加的止挡块(312)。8.根据权利要求6所述的MEMS欧姆开关(300)，其中，所述附加的止挡块(312)设置在锚接触层(208)和中心止挡块(314)之间。9.根据权利要求1-8中任一项所述的MEMS欧姆开关(300)，其中，RF触头(306)、中心止挡块(314)和附加的止挡块(310)在衬底(101)上方的高度被设定成：使得在增加下拉电极(104A-104C)上电压时，MEMS桥首先与中心止挡块(314)接触，然后与附...

【专利技术属性】
技术研发人员：理查德·L·奈普，罗伯托·彼得勒斯·范·卡普恩，詹姆斯·道格拉斯·霍夫曼，兰斯·巴伦，
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