本发明专利技术提供一种ＭＥＭ开关，具有在微腔（４０）内自由移动的元件（１４０），并被至少一个电感元件所引导。开关包括：上电感线圈（１７０）；非必需的下电感线圈（１９０），每个电感线圈都具有优选地由透磁合金制成的磁芯（１８０，２００）；微腔（４０）；和自由移动的开关元件（１４０），该开关元件也由磁性材料制成。通过使电流流过上线圈，在线圈元件中感应出磁场来实现开关。磁场向上吸引自由移动的磁性元件，将两根开路的导线（Ｍ＿ｌ，Ｍ＿ｒ）短路，从而闭合开关。当电流停止或反向时，自由移动的磁性元件由于重力而落到微腔的底部，并且将导线开路。当无法利用重力时，就必需有下线圈，以拉回自由移动的开关元件并将它保持在其原来位置。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及具有基于感应磁力的开关机构(switching mechanism )的微电子机械(MEM )器件，以及制造此类器件的方法。
技术介绍
MEM开关在低插入损失和出色的导通/关断电特性方面优于传 统晶体管器件。这种开关正在被应用于越来越多的领域，尤其是高频 领域。例如，授予Pond的第5,943,223号美国专利描述了减少能量转换 装置中的功率损失的MEM开关，其中MEM器件开关AC-AC转换 器、AC-DC转换器、DC-DC转换器、矩阵变换器、电动机控制器、 共振电动机控制器(resonant motor controller)及其它类似器件。本领域所共知的是使用各种构造设计的MEM开关，这些结构非 常适合于最优地用于很多不同应用中。例如，授予Chow等人的第6,667,245号美国专利描述了如附图 18中所示的悬臂型MEM开关，包括1)上板71; ( 2 )下板74; (3 )下接触19; ( 4 )上接触29; ( 5 )互连插塞27;和(6)悬臂 72。当电流在上板71和下板74之间流动时，静电力被建立，吸引上 板71并将悬臂72向下朝着14弯曲，在两个接触点19和29之间产 生接触。另 一构造使用扭臂(torsion beam )，如授予共同受让人(common assignee) Volant等人的第6，701，779 B2号美国专利中所述。垂直扭 臂微电子机械开关，如附图19A和19B中所示，分别显示了其侧视图 和俯视图。它描述了包括5个关键元件的开关1)可移动接触20; (2)固定接触30; (3)固定的第一控制电极40; (4)柔性的第二控制电极50和50A;和(5)扭臂60。电极40和50在DC电压被施 加于其间时被相互吸引，使得扭臂60弯曲。因为可移动接触20附着 在扭臂60上，所以它会同样地向下移动，产生对固定接触30的接触。在又一构造中，在共同受让人的第6，831，542 B2号美国专利中描 述了微电子机械感应耦合力开关，如附图20中所示。该MEM器件 包括至少5个元件I)可移动线圏组件IO; (2 )绕着枢轴销(pivot pin) 75旋转的可移动电感线圏20和30; (3)固定线圏40和50; (4)梳状驱动器(comb driver) 8和9;和(5)被耦合到移动电感 线圏20和30的导体。线圏20和40、 30和50地耦合力才艮据由梳状 驱动器8和9调节的组件位置而可以是要么可忽略，要么非常强。在 完全耦合的条件下，流到线團40中的电流在电感线圏20中感应出电 流。因为电感线圏20和30被互连在一起，同样的电流会流到30,于 是在固定线圏50中感应出电流。另一构造，如授予York等人的第6,452,124 Bl号美国专利中， 7>开了容性膜(capacitive membrane ) MEM器件，如附图21所示。 其中，所示MEM开关包括4个基本元件1)上金属电极102; (2) 下金属电极104; (3 )绝缘体膜108;和(4 )金属盖110。当DC电 压电位被施加于102和104之间时，电极102向下弯曲并与金属盖110 产生接触，使开关闭合。授予Pan等人的第6,577,431 B2号美国专利中公开了提供角位移 以激励微镜的磁耦合。该组件如附图22A和22B中所示，分别显示了 其透视图和侧视图。它包括三个基本元件1)反射镜44; ( 2 )取向 镜(orientation mirror )43;和(3 )透磁合金材料(permalloy material) 441和431。当电流通过致动器46时，两个透磁合金元件感应出磁场， 产生排斥力并将镜弯曲得远离衬底。反射镜44和取向镜43两者由42a 支撑在玻璃或硅衬底41上。其它相关专利包括授予Yi等人的第6,166,478号美国专利，描述了一种微电子机械 系统，该系统4吏用利用至少两个铰接片(hinged flap)的磁致动，其7中每个铰接片都具有不同量的透磁合金或其它磁性材料。授予Judy等人的第5,945,898号美国专利描述了 一种磁微致动器，其具有悬臂元件，该悬臂元件被至少一个机械附件(mechanicalattachment)所支撑使得可以改变该元件的取向和被放置于悬臂一个或多个区上的至少一层磁性活性材料(magnetically active material)层的取向。授予Wu等人的第6，542，653B2号美国专利描述了一种微开关组件，其包括多个闩锁机构(latching mechanism )。工业上所未得到的和所需要的是低成本、高可靠的、且与CMOS制造技术兼容但无需难以被覆盖甚至难以正确平整化的大的开放腔(open cavity)的MEM开关。工业上还要求该MEM开关为无铰链的，即没有机械移动部件以实现耐用的和可靠的开关。
技术实现思路
因此，本专利技术的目的是提供一种微腔MEMS (下文称为MC-MEMS)和制造此类器件的方法，其可被完全整合于CMOS半导体芯片生产线中。另一目的是提供一种无需大的开放表面空腔(open-surfacecavity )的MC_MEM开关。再一个目的是提供一种高可靠和耐用的、无需移动密封于真空中的机械铰链元件的MC-MEMS 。本专利技术一方面提供一种由衬底支撑的微电子机械(MEM)开关，包括衬底中的空腔；受至少一个电感元件激励而在空腔内自由移动的开关元件，其中在第一位置，开关元件将两根导线电耦合，而在第二位置，开关元件与两根导线分离开。本专利技术另 一方面提供一种在衬底上形成微电子机械开关的方法，包括以下步骤在衬底上形成环绕磁芯的电感线圏；在衬底中蚀刻出具有与磁芯大致对准的开口的微腔；形成在微腔内自由移动的磁性开关元件，磁性开关元件在被电感线圏激励时移动到第一位置，而在被去激励时移动到第二位置。本专利技术还提供一种基于感应磁力的MEM开关，其包括独有的特征，诸如a) 没有开关器件的部分被暴露于开放表面；b) 开关元件不物理地附着于开关器件的任何其它部件；c) 自由移动的开关元件被嵌入在与用于BEOL (后段工艺)互连的金属嵌钉(metal stud)相同形状和尺寸的小空腔内；以及d) 开关元件在空腔内移动，它的移动受到感应磁力的控制。附图说明结合附图，通过本专利技术的详细优选实施方案可以更好地理解本专利技术的这些和其它的目标、方面以及优点。附图1为根据本专利技术所述的MC-MEMS的示意图。附图2到17为示意图，其显示了构造本专利技术的MEM器件的多个制造步骤。附图18显示了现有技术的悬臂型MEM开关。附图19A和19B分别显示了现有技术的正交扭臂微电子机械开关的横截面视图和俯视图。附图20显示了现有技术的微电子机械电感耦合力MEM开关。附图21显示了现有技术的容性膜MEMS器件。附图22A和22B分别显示了用于提供角位移以驱动微镜的传统磁耦合的透视图和侧视图。具体实施例方式附图l表示了本专利技术的MC-MEM开关的透视示意图。所示MC-MEMS显示了下列基本元件(1)上电感线圏170、非必需的下电感线圏190; (2)优选地由透磁合金制成的上磁芯180、非必需的下磁芯200; (3)微腔40;和(4 )在该微腔40中自由移动的开关元件140 (下文称为S本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种由衬底支撑的微电子机械（ＭＥＭ）开关，包括： 在所述衬底中的空腔（４０）； 由至少一个电感元件（１７０，１９０）激励、在所述空腔（４０）内自由移动的开关元件（１４０），其中在第一位置，所述开关元件（１４０）将两个导电元件（Ｍ ＿ｌ，Ｍ＿ｒ）电耦合，而在第二位置，所述开关元件与所述两个导电元件（Ｍ＿ｌ，Ｍ＿ｒ）分离开。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...
【专利技术属性】
技术研发人员：路易斯C许，LA克莱温格，TJ达尔顿，CJ雷登斯，凯斯洸汉黄，杨智超，
申请(专利权)人：国际商业机器公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。