有超低压能力的拉链式开关制造技术

一种电子机械开关包括激励电极、电枢、悬臂电极、触点和信号线。激励电极和电枢被安装到衬底。悬臂电极由电枢支撑在激励电极上。触点被安装到悬臂电极。信号线被定位以当在激励电极和悬臂电极之间施加激励电压时与触点形成闭路，以使悬臂电极以类拉链运动从悬臂电极的末梢端开始向悬臂电极弯曲。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术一般涉及微电子机械系统(“MEMS”)，尤其涉及MEMS开关。背景信息微电子机械系统(“MEMS”)设备具有各种各样的应用，并且在商业产品中流行。一种类型的MEMS设备是MEMS射频(RF)开关。典型的MEMS RF开关包括以RF开关阵列排列的一个或多个MEMS开关。由于其低功率特性和在射频范围内工作的能力，MEMS RF开关对于无线设备是理想的。MEMS RF开关特别适用于包括蜂窝电话、无线网络、通信系统和雷达系统的应用。在无线设备中，MEMS RF开关可用作天线开关、模式开关、发射/接收开关等。已知的MEMS开关使用一电镀金属悬臂，该金属悬臂在一端支撑，并在靠近该金属悬臂的末梢端处具有电RF触点。激励电极被定位在该电RF触点下，且施加于激励电极或金属悬臂的直流(“DC”)激励电压迫使金属悬臂向下弯曲，并与底部的RF信号迹线电接触。一旦建立了该电接触，关闭该电路，且叠加在DC激励电压上的RF信号可通过该金属悬臂到达激励电极和/或到达底部RF信号迹线。这些MEMS开关通常要求40V或更高的激励电压。如果激励电压降低到40V以下很多，则必需降低悬臂的弹簧系数。这些低压MEMS开关因“静摩擦”(即，粘在闭路位置中)而受损害，并往往由于其超低弹簧系数而被RF信号或振动自激励。在制造其间，电镀金属悬臂因高应力梯度而受损害，并因此具有朝向末梢端向上卷曲的趋势，这被称为开关梁弯曲。因此，激励电压必须足够大以克服由于梁弯曲而引起的较大的间距，以及在金属悬臂和下方的激励电极之间引起静电坍缩接触。此外，在高速切换操作期间，已知的MEMS因频率限制、空气阻尼电阻而受损害。附图简述参考以下附图描述了本专利技术的非限制和非穷举实施例，附图中，相同的参考标号指示所有各附图中相同的部分，除非另外指定。附图说明图1A是示出根据本专利技术的一个实施例的拉链式开关(zipper switch)的平面图的示意图。图1B是示出根据本专利技术的一个实施例的拉链式开关的横截面图的示意图。图2是示出根据本专利技术的一个实施例的拉链式开关的工作过程的流程图。图3A是示出根据本专利技术的一个实施例在开路位置的拉链式开关的第一弯曲阶段的示意图。图3B是示出根据本专利技术的一个实施例在闭路位置的拉链式开关的第二弯曲阶段的示意图。图4是示出根据本专利技术的一个实施例的拉链式开关的单极电压激励和交替极性电压激励的线形图。图5是示出根据本专利技术的一个实施例使用并联耦合的拉链式开关的单刀单掷开关模块的示意图。图6是示出根据本专利技术的一个实施例的金属在金属之上(metal over metal)的空气桥的横截面和平面图的框图。图7是示出根据本专利技术的一个实施例的金属在多晶硅之上(metal overpolysilicon)的空气桥的横截面和平面图的框图。图8A是示出根据本专利技术的一个实施例的具有交替式RF迹线设计的拉链式开关的平面图的示意图。图8B是示出根据本专利技术的一个实施例的具有交替式RF迹线设计的拉链式横截面图的示意图。图9是示出根据本专利技术的一个实施例使用采用交替式RF迹线设计实现的并联耦合拉链式开关来降低寄生RF耦合的单刀单掷开关模块的示意图。图10是示出根据本专利技术的一个实施例的金属在多晶硅之上的空气桥的横截面和平面图的框图。图11是示出根据本专利技术的一个实施例用MEMS拉链式开关阵列实现的演示性无线设备的功能框图。详细描述此处描述了微电子机械系统(“MEMS”)拉链式开关及其系统的实施例。在以下描述中，陈述了众多具体细节以提供对各实施例的全面理解。然而，本领域的技术人员将认识到，此处所描述的技术可以不采用这一个或多个具体细节来实现，或者可以用其它方法、组件、材料等来实现。在其它情况下，未详细示出或描述公知的结构、材料或操作以避免使某些方面模糊。贯穿本说明书对“一个实施例”或“一实施例”的引用意味着结合该实施例所描述的特定特征、结构或特性被包括在本专利技术的至少一个实施例中。由此，短语“在一个实施例中”或“在一实施例中”在贯穿本说明书的各个位置处的出现不必引用同一实施例。此外，可以在一个或多个实施例中以任何合适的方式组合特定特征、结构或特性。图1A和1B是示出根据本专利技术的一个实施例的拉链式开关100的示意图。图1A是拉链式开关100的平面图，而图1B是该拉链式开关的横截面图。应当理解，此处的附图不是按比例绘制的，而是仅用于说明的目的。所示的拉链式开关100的实施例包括悬臂电极105、激励电极110、电枢115、触点120、输入信号线125和输出信号线127。拉链式开关100被安装在衬底130上，衬底包括绝缘层135和块层137。所示的触点120的实施例包括悬浮迹线140、迹线支架145以及凸触点150。所示的悬臂电极105的实施例包括窄构件155不和板构件160。板构件160还包括形成于下侧163上的塞头(stopper stub)161。塞根(stopper butt)165被限定在激励电极110中，但是与其电绝缘，并且当悬臂电极105坍缩到激励电极110上时被定位成毗邻塞头161。激励电极110包括用于在激励电极110和悬臂电极105之间施加激励电压以引起悬臂电极105的静电拉链式坍缩的输入端口170。信号线125和127各自包括下电极180和上层185。应当理解，在某些情况下，仅对部件/元件的一个或两个实例加标签以不会使附图显得拥挤。衬底130可使用包括各种半导体衬底(例如，硅衬底)的任何材料来形成。绝缘层135作为电介质层提供，以将下电极180和激励电极100以及块层137彼此绝缘。如果块层137是固有绝缘体，则本专利技术的实施例可以不包括绝缘层135。尽管未示出，但块层137可包括多个子层，其中集成了信号迹线或部件(例如，晶体管等)，并电耦合到信号线125或127、电枢115或激励电极110中的任一个。在块层137包括硅的实施例中，绝缘层135可包括大约0.25μm厚的氮化硅层。在一个实施例中，信号线125和127形成于绝缘层135上，以传播射频(“RF”)信号。然而，应当理解，拉链式开关100的实施例可用于切换其它频率信号，包括直流(“DC”)信号、低频信号、微波信号等。下电极180和上层185可使用任何导电材料来形成，包括诸如金(Au)等金属。在一个实施例中，下电极大约为20μm到60μm宽，0.3-0.5μm厚，而上层185大约为6μm厚。激励电极110形成于绝缘层135上，以形成用于激励悬臂电极105和接通/断开拉链式开关100的下电极。激励电极110可由包括多晶硅的任何数量的导电材料形成。输入端口170也可由多晶硅制造，并耦合到激励电极110以可切换地向其施加激励电压。在一个实施例中，激励电极110宽度为W1(例如，≈200μm)，长度为L1(例如，≈200μm)，且厚度约为0.1-0.2μm。如图所示，可在激励电极110内散布多个塞根165。在所示的实施例中，塞根165通过空气间隙(例如，≈2-3μm)而与激励电极110电绝缘。如上所述，所示的悬臂电极105的实施例包括三个构件两个窄构件155以及板构件160。窄构件155被安装到电枢115，电枢115进而通过激励电极110将悬臂电极105安装到衬底130。在一个实施例中，悬臂电极105是使用低应力梯本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种装置，包括：安装到衬底上的激励电极；安装到所述衬底上的电枢；由所述电枢支撑在所述激励电极上的悬臂电极；安装到所述悬臂电极的触点；以及信号线，所述信号线被定位以当在所述激励电极和所述悬臂电极之间施加 激励电压时与所述触点形成闭路，从而引起所述悬臂电极以类拉链运动的方式，从所述悬臂电极的末梢端开始向所述激励电极弯曲。

【技术特征摘要】
US 2005-6-23 11/165,7951.一种装置，包括安装到衬底上的激励电极；安装到所述衬底上的电枢；由所述电枢支撑在所述激励电极上的悬臂电极；安装到所述悬臂电极的触点；以及信号线，所述信号线被定位以当在所述激励电极和所述悬臂电极之间施加激励电压时与所述触点形成闭路，从而引起所述悬臂电极以类拉链运动的方式，从所述悬臂电极的末梢端开始向所述激励电极弯曲。2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述悬臂电极包括多晶硅。3.如权利要求2所述的装置，其特征在于，所述触点在所述电枢和所述悬臂电极的中间之间在所述悬臂电极之下凸出，并且其中，所述悬臂电极包括多个弹簧系数。所述多个弹簧系数中的第一个提供当移除所述激励电压时使所述信号线与所述触点开路的第一恢复力，而所述多个弹簧系数的第二个提供小于所述第一恢复力的第二恢复力，以在移除所述激励电压之后将所述悬臂电极的末梢端与所述激励电极分开。4.如权利要求2所述的装置，其特征在于，还包括形成在所述悬臂电极的下侧上的多个塞头，以防止在施加所述激励电压时所述悬臂电极与所述激励电极物理接触。5.如权利要求4所述的装置，其特征在于，还包括被布置在所述激励电极内，但与所述激励电极电绝缘的塞根，所述塞根被定位以在所述悬臂电极朝向所述激励电极弯曲时毗邻所述塞头。6.如权利要求1所述的装置，其特征在于，还包括另一电枢，并且其中，所述悬臂电极包括在第一端耦合到板构件、并在相对端安装到所述电枢的两个窄构件，其中，所述触点包括在所述悬臂电极之下延伸并通过悬浮迹线在所述悬臂电极上方互连的两个凸触点。7.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述装置包括微电子机械系统(“MEMS”)射频(“RF”)开关，并且其中，所述信号线包括将RF信号携带到所述MEMS RF开关的输入RF信号线；以及将RF信号从所述MEMS RF开关中带出的输出RF信号线。8.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述衬底包括布置在块硅层上的绝缘层，其中，所述激励电极、所述电枢和所述信号线被布置在所述绝缘层上。9.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述装置包括开关模块，所述开关模块包括四个并联耦合的微电子机械系统(“MEMS”)开关，所述MEMS开关的每一个包括安装到所述衬底的激励电极、电枢和信号线以及由所述电枢支撑的悬臂电极，其中，所述开关模块还包括将所述MEMS开关的每一个的激励电极电互连的第一互连；将第一和第二对MEMS开关的电枢以背对背的结构电互连的第二互连；以及将所述第一对MEMS开关之一的电枢与所述第二对MEMS开关之一...

【专利技术属性】
技术研发人员：J海克，Q马，Q特兰，TK仇，H巴尔，J梅尔基，
申请(专利权)人：英特尔公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]