专利名称：Rf mems 开关及其制造方法
RF MEMS开关及其制造方法
技术领域：
本发明涉及一种微机电系统(Micro Electro Mechanical System, MEMS)技术领域，特别是涉及ー种射频(RF, Radio-Frequency)微机电系统开关及其制造方法。
背景技木带开关同轴连接器是无线通信等电子电路系统的重要元件之一，它通常要求具有稳定的开关接通和断开两个状态(即双稳态结构)，以用于通信模块或设备中的电路板传输路径上的信号通路切換，在移动终端、无线通信、雷达探测等方面应用十分广泛。但是随着小型化、低高度、高品质要求的发展需要，尤其低到小于毫米级，甚至到微米级得超小外形和宽频范围的要求，已大大超过了传统的常规机械制造技术所能承受解决的技术范围，从而成为业内大的ー个技术难题。利用MEMS技术エ艺可以实现这种超小外形，并能达到宽频带范围的要求，这种 MEMSエ艺实现的开关结构具有一致性高、便于集成、射频指标好等优点，通常的RF MEMS开关或开关模组本质上是使用包括静电驱动、电磁驱动、热电驱动、压电驱动和形状记忆合金驱动等驱动形式来实现RF传输线中的短路或断路的小型化器件，具有插入损耗低、电功率耗散小、隔离度高和线性度好等特点，其中静电驱动因其结构简单、易加工且便于与ICエ艺兼容而得到广泛的关注和应用。但这些传统驱动方式实现的RF MEMS开关结构对外部环境敏感，受外部了环境的温湿度和电磁场的干扰较大，还需要额外增加提供驱动的电极或其它相同作用的部件，结构较复杂、占据空间大，同时也常常因开关力不足造成触点粘结等通病而破坏开关的双稳态结构。
发明内容鉴于上述状况，有必要提供ー种克服上述问题的RF MEMS开关。一种RF MEMS开关，包括主体，其一侧开设有插孔；固定端子；及可动端子，与所述固定端子一起微组装于所述主体内，所述可动端子位于所述插孔下方，且与所述固定端子相互搭接连接在一起，形成开关的接通状态。。上述RF MEMS开关的可动端子及固定端子微组装一起构成ー个开关结构，可动端子必须在外力的作用下才能与固定端子分离，其不受外部环境的温湿度和电磁场干扰，因此，上述RF MEMS开关抗干扰性较强。并且，上述RFMEMS开关无需额外增加提供驱动的电极或其它相同作用的部件，结构较简单，同时也不会因开关力不足造成触点粘结等通病而破坏开关的双稳态结构。进ー步地，所述可动端子在外部机械カ的作用下可发生弹性形变，使常闭的所述固定端子与所述可动端子分离，形成开关的断开状态。
进ー步地，所述主体由绝缘的硅片晶圆形成。进ー步地，所述主体由表面具有金属导电层的绝缘本体形成。此金属导电层起到屏蔽外部电磁场的作用，以进一歩增加此RF MEMS开关的抗干扰能力。进ー步地，所述固定端子和可动端子都是由高阻硅材料制成，且其表面都涂覆有金属导电物质。进ー步地，所述可动端子包括弯折部、从所述弯折部一端延伸的横梁部及固定于所述横梁部自由端的导电触头，所述弯折部在外力作用可发生弹性形变，使所述导电触头与所述固定端子分离。
ー种RF MEMS开关制造方法，其包括如下步骤提供一基底；采用半导体エ艺将所述基底制成固定端子及可动端子；将所述固定端子及可动端子微组装成开关结构；及将所述开关结构封装成RF MEMS开关。进ー步地，所述采用半导体エ艺将所述基底制成固定端子及可动端子的步骤进一歩包括如下步骤对所述基底进行光刻、深反应离子刻蚀、去胶，形成开关支撑结构；在所述开关支撑结构的正反面分别电镀金属导电物质；及对所述开关支撑结构进行划片，形成単独的所述可动端子及固定端子。进ー步地，所述采用半导体エ艺将所述基底制成固定端子及可动端子的步骤进一步包括如下步骤对所述基底进行光刻、深反应离子刻蚀、去胶，形成开关支撑结构；对所述开关支撑结构的正面进行光刻，覆盖不需要电镀金属导电物质的区域；在所述开关支撑结构的正面电镀金属导电物质，并去胶；对所述开关支撑结构的反面进行光刻，覆盖不需要电镀金属导电物质的区域；在所述开关支撑结构的反面电镀金属导电物质，并去胶；及对所述开关支撑结构进行划片，形成相互连接的所述可动端子及固定端子，其中所述可动端子与所述固定端子相连处为所述不需要电镀金属导电物质的区域。进ー步地，所述基底为高阻硅胚板。上述RF MEMS开关制造方法将可动端子及固定端子微组装一起构成ー个开关结构，可动端子必须在外力的作用下才能与固定端子分离，其不受外部环境的温湿度和电磁场干扰，因此，上述RF MEMS开关制造方法制造的RFMEMS开关抗干扰性较强。并且，无需额外増加提供驱动的电极或其它相同作用的部件，结构较简单，同时也不会因开关力不足造成触点粘结等通病而破坏开关的双稳态结构。
图I为ー实施例的RF MEMS开关的正视图；图2为沿图I中II-II线的剖视图；图3为图I所示的RF MEMS开关插入探针时的状态图；图4为图I所示的RF MEMS开关的制造方法的流程图5为图4所示的RF MEMS开关的制造方法的步骤ニ的第一实施例；图6为图4所示的RF MEMS开关的制造方法的步骤ニ的第二实施例。
具体实施方式为了便于理解本发明，下面将參照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的首选实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容更加透彻全面。需要说明的是，当元件被称为“固定子”另ー个元件，它可以直接在另ー个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另ー个元件，它可以是直接连接到另ー个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“下方”以及类似的表述只是为了说明的目的。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是g在于限制本发明。本文所使用的术语“和/或”包括ー个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。请參阅图I及图2，本实施例的RF MEMS开关100包括主体110、固定端子120及可动端子130。固定端子120及可动端子130 —起微组装于主体110内。所述主体110为大致矩形的绝缘体，其一侧开设有插孔111。可动端子130位于主体110的插孔110下方，且与固定端子120相互搭接连接在一起，形成开关的接通状态。具体地，可动端子130在外力作用下发生弹性形变而与固定端子120分离，即在外部机械カ的作用下，常闭的固定端子120与可动端子130分离，形成开关的断开状态。使用时，固定端子120及可动端子130分别与电路中的不同连接端电连接，通常状态下，固定端子120与可动端子130相接触，实现电路的“接通”，即固定端子120和可动端子130在工作中处于常闭状态；当有外部推力作用时，可动端子130与固定端子120分离，即实现电路的“断开”，这样，达到使所连电路接通和断开的开关功能。上述RF MEMS开关100的可动端子130及固定端子120微组装一起构成ー个开关结构，可动端子130必须在外力的作用下才能与固定端子120分离，其不受外部环境的温湿度和电磁场干扰，因此，上述RF MEMS开关100抗干扰性较强。并且，上述RF MEMS开关100无需额外増加提供驱动的电极或其它相同作用的部件，结构较简单，同时也不会因开关力不足造成触点粘结等通病而破坏开关的双稳态结构。上述RF MEMS开关100优选地由高机械模量的材料通过MEMS技术加工制成。具体在本实施例中，所述主体110由绝缘的硅片晶圆形成，以保证足够的机械强度和耐湿变化的能力，并提供一种高绝缘电介质性能；固定端子120由高阻硅材料制成，且其表面涂覆有金属导电物质；可动端子130由高阻硅材料制成，且其表面涂覆有金属导电物质。金属导电物质为金、银、铜等，优选为金。固定端子120包括固定于所述主体110内的固定部121及从固定部121 —侧基本垂直延伸的勾部123。勾部123延伸的长度较短，以确保可动端子130变形时固定端子120具有抗扰动能力。优选地，可动端子130的长度大致为固定端子120的8倍。为了提高可动端子130的弾性程度，可动端子130包括弯折部131、横梁部133及导电触头135。弯折部131在外力作用可发生弹性形变，提供ー个弹性支撑力，使导电触头135与固定端子120分离。具体的，弯折部131大致为S形片状结构。横梁部133从弯折部131 一端延伸，用于接受外部施力。导电触头133固定于横梁部133的自由端，用干与固定端子120电连接。 其中，横梁部133沿长度方向延伸有足够的长度以提供足够的カ臂，从而维持导电触头135的弾力和外力移除后弾性回复到原始位置的能力。请再次參阅图2及图3，在正常工作状态下，可动端子130的导电触头135与固定端子120的勾部123相接触，此时，RF MEMS开关100处于导通状态。当外部施力物120 (如探针等)通过主体110的插孔111下压到可动端子130的横梁部133，横梁部133发生弹性形变，使导电触头135与固定端子120的勾部123分离，此吋，RF MEMS开关100处于断开状态。因此，RF MEMS开关100只有在外力的作用下才能完成开关动作。进ー步地，在另ー实施例(未在图中示出)中，上述的主体110为由表面具有金属导电层的绝缘本体形成，所述的金属导电层为通过涂覆、层叠/沉积或组装等方式形成于绝缘本体的表面上，起到屏蔽外部电磁场的作用，以进一歩增加此RF MEMS开关的抗干扰能力。请參阅图4，一实施例的RF MEMS开关100的制造方法，其包括如下步骤步骤S201，提供一基底，所述基底优选为高阻硅胚板。步骤S202，采用半导体エ艺将所述基底制成固定端子120及可动端子130 ；步骤S203，将所述固定端子120及可动端子130微组装成开关结构 '及步骤S204，将所述开关结构封装成RF MEMS开关。请參阅图5，其中，在ー个具体实施例中，步骤S202进ー步包括如下步骤步骤S2021，对所述基底进行光刻、深反应离子刻蚀、去胶，形成开关支撑结构；步骤S2022，在所述开关支撑结构的正反面分别电镀金属导电物质 '及步骤S2023，对所述开关支撑结构进行划片，形成単独的所述可动端子130及固定端子120。请參阅图6，在另外ー个实施例中，步骤S202进ー步包括如下步骤步骤S3021，对所述开关支撑结构进行光刻、深反应离子刻蚀、去胶，形成开关支撑结构；步骤S3022，对所述开关支撑结构的正面进行光刻，覆盖不需要电镀金属导电物质的区域；步骤S3023，在所述开关支撑结构的正面电镀金属导电物质，并去胶；步骤S3024，对所述开关支撑结构的反面进行光刻，覆盖不需要电镀金属导电物质的区域；步骤S3025，在所述开关支撑结构的反面电镀金属导电物质，并去胶 '及步骤S3026，对所述开关支撑结构进行划片，形成相互连接的所述可动端子130及固定端子120，其中所述可动端子130与所述固定端子120相连处为所述不需要电镀金属导电物质的区域。需要说明的是，上述开关支撑机构即为形成开关的胚件。上述RF MEMS开关制造方法将可动端子及固定端子微组装一起构成ー个开关结构，可动端子必须在外力的作用下才能与固定端子分离，其不受外部环境的温湿度的影响和电磁场的干扰，因此，上述RF MEMS开关制造方法制造的RF MEMS开关抗干扰性较强。并且，无需额外增加提供驱动的电极或其它相同作用的部件，结构较简单，同时也不会不会因开关力不足造成触点粘结等通病而破坏开关的双稳态结构。以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的 限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
权利要求
1.ー种RF MEMS开关，其特征在于，所述RF MEMS开关包括 主体，其一侧开设有插孔； 固定端子；及 可动端子，与所述固定端子一起微组装于所述主体内，所述可动端子位于所述插孔下方，且与所述固定端子相互搭接连接在一起，形成开关的接通状态。
2.如权利要求I所述的RFMEMS开关，其特征在于，所述可动端子在外部机械カ的作用下可发生弹性形变，使常闭的所述固定端子与所述可动端子分离，形成开关的断开状态。
3.如权利要求I或2所述的RFMEMS开关，其特征在于，所述主体由绝缘的硅片晶圆形成。
4.如权利要求I或2所述的RFMEMS开关，其特征在于，所述主体由表面具有金属导电层的绝缘本体形成。
5.如权利要求4所述的RFMEMS开关，其特征在于，所述固定端子和可动端子都是由高阻硅材料制成，且其表面都涂覆有金属导电物质。
6.如权利要求4所述的RFMEMS开关，其特征在于，所述可动端子包括弯折部、从所述弯折部一端延伸的横梁部及固定于所述横梁部自由端的导电触头，所述弯折部在外力作用可发生弹性形变，使所述导电触头与所述固定端子分离。
7.ー种RF MEMS开关制造方法，其包括如下步骤 提供一基底； 采用半导体エ艺将所述基底制成固定端子及可动端子； 将所述固定端子及可动端子微组装成开关结构；及 将所述开关结构封装成RF MEMS开关。
8.如权利要求7所述的RFMEMS开关制造方法，其特征在于，所述采用半导体エ艺将所述基底制成固定端子及可动端子的步骤进一歩包括如下步骤 对所述基底进行光刻、深反应离子刻蚀、去胶，形成开关支撑结构； 在所述开关支撑结构的正反面分别电镀金属导电物质；及 对所述开关支撑结构进行划片，形成単独的所述可动端子及固定端子。
9.如权利要求7所述的RFMEMS开关制造方法，其特征在于，所述采用半导体エ艺将所述基底制成固定端子及可动端子的步骤进一歩包括如下步骤 对所述基底进行光刻、深反应离子刻蚀、去胶，形成开关支撑结构； 对所述开关支撑结构的正面进行光刻，覆盖不需要电镀金属导电物质的区域； 在所述开关支撑结构的正面电镀金属导电物质，并去胶； 对所述开关支撑结构的反面进行光刻，覆盖不需要电镀金属导电物质的区域； 在所述开关支撑结构的反面电镀金属导电物质，并去胶 '及 对所述开关支撑结构进行划片，形成相互连接的所述可动端子及固定端子，其中所述可动端子与所述固定端子相连处为所述不需要电镀金属导电物质的区域。
10.如权利要求7所述的RFMEMS开关制造方法，其特征在于，所述基底为高阻硅胚板。
全文摘要
一种RF MEMS开关，包括主体、固定端子及可动端子。主体的一侧开设有插孔。可动端子，与所述固定端子一起微组装于所述主体内，所述可动端子位于所述插孔下方，且与所述固定端子相互搭接连接在一起，形成开关的接通状态。上述RF MEMS开关的可动端子及固定端子微组装一起构成一个开关结构，可动端子必须在外力的作用下才能与固定端子分离，其不受外部环境的温湿度的影响和电磁场的干扰，因此，上述RF MEMS开关抗干扰性较强。并且，上述RF MEMS开关无需额外增加提供驱动的电极或其它相同作用的部件，结构较简单，同时也不会因开关力不足造成触点粘结等通病而破坏开关的双稳态结构。本发明还提供一种上述RF MEMS开关的制造方法。
文档编号H01H1/14GK102856085SQ201110177510
公开日2013年1月2日 申请日期2011年6月28日 优先权日2011年6月28日
发明者黄金亮 申请人:深圳市电连精密技术有限公司