供在微机电及其它系统中使用的开关及其制造工艺的制作方法_3

文档序号:8324003阅读:来源:国知局
82a的第二部分88在通电时充当电极,S卩,电场因第二部分88正经受的电压电位而形成于第二部分88周围。第二部分88定位于接地平面14上方,且因此如图1及8中所展示与接地平面14重叠,且与接地平面14间隔开一间隙。所述间隙在臂82a处于不偏转状态下时为(举例来说)约65μπι。此间隙足够小使得下伏于第二部分88的接地平面14的部分经受由第二部分88周围的电场产生的静电力。第二部分88与中性接地平面14之间的所得静电吸引力致使第二部分88朝向接地平面14被吸引,而此又致使相关联接触突片52移动到其闭合位置。如图1及3Α到4Β中所展示,与臂82a的其它部分相比,第二部分88跨越其大部分长度具有相对大宽度,S卩,y方向尺寸。以此方式增加第二部分88的表面积有助于增大与第二部分88相关联的静电力。
[0040]臂82a经配置以弯曲以便促进第二部分88朝向接地平面14的上述移动。施加到致动器70的电压或“吸合电压”应足以致使臂82a经历突跳屈曲,从而有助于在接触突片52处于其闭合位置中时建立接触突片52及集线器50与内导体64之间的安全接触。举例来说,估计需要约129.6伏的吸合电压来实现开关10中的接触突片52的示范性65 ym偏转。最优吸合电压为应用相依的,且可随例如接触突片52的所需偏转、臂82a的硬度、尺寸及形状、形成臂82a的材料的属性(例如,杨氏模数)等因子而变化。
[0041]此外,梁82a的长度、宽度及高度可经选择使得梁82a具有耐受开关10将经受的冲击及振动所必需的硬度水平,而无需非常高的吸合电压。梁82a的配置应经选择使得梁82a的偏转保持在弹性区内。此特性为必需的以帮助确保梁82a将在移除电压电位时返回到其不偏转位置,借此允许接触突片52移动到其断开位置且借此切断相关联信号路径。
[0042]第二致动器72与第一致动器70实质上相同。除第三致动器74及第四致动器76的臂82b的形状以外,第三致动器74及第四制动器76实质上类似于第一致动器70。如图1中所展示,臂82b各自具有第五部分93以适应紧邻第三致动器74及第四制动器76的开关10的特定几何形状。
[0043]第一致动器70、第二致动器72、第三致动器74及第四致动器76可具有除上文在替代实施例中所描述的配置以外的配置。举例来说,可在替代方案中使用合适的梳状、板状或其它类型的静电致动器。此外,也可在替代方案中使用除静电制动器以外的制动器,例如热、磁及压电致动器。
[0044]开关10的替代实施例可经配置以将一个电子装置电连接到一个、两个或三个或四个以上其它电子装置,即,替代实施例可配置有一个、两个、三个或四个以上输出端口 22、
24、26、28,致动器70、72、74、76及接触突片52。在仅包含一个输出端口 22的替代实施例(即,其中所述开关用于仅将两个电子组件电连接的实施例)中,可去除集线器50且所述开关可经配置以使得接触突片52移动成与相应输入端口 20及输出端口 22的电导体34、64直接物理接触及不直接物理接触。
[0045]对穿过开关10的信号路径的电隔离是借助于以下各项实现:输入端口 20的内导体34与接地壳体30的内表面之间的空气间隙42、输出端口 22的内导体64与接地壳体60的内表面之间的空气间隙62及臂82a的第三部分90。所述电隔离据信产生对开关10非常有利的信号发射特性。举例来说,基于有限元法(FEM)模拟,开关10在20GHz下的插入损耗预测为约0.12dB,而此据信是相对于相当能力的同级别最优开关的至少约85%的改进。开关10在20GHz下的回波损耗预测为约17.9dB,而此据信为相对于相当能力的同级别最优开关的至少约79%的改进。开关10在20GHz下的隔离预测为约46.8dB,而此据信为相对于相当能力的同级别最优开关的至少约17%的改进。
[0046]此外,由于与通常基于薄膜技术的其它类型的MEMS开关相比开关10并入有相对大量的铜,因而与相当大小的其它类型的开关相比,开关10据信必须相对于DC及RF信号两者的发射具有实质上较高电力处置能力及线性。此外,开关10的配置使其能够经由微同轴线的路由而单片地集成到系统中。此外,开关10可制作或转移到一套不同外来衬底上。
[0047]开关10及其替代实施例可使用用于形成包含同轴传输线的三维微结构的已知处理技术来制造。举例来说,其揭示内容以引用方式并入本文中的第7,898,356号及第7,012,489号美国专利中所描述的处理方法可适用于且应用于开关10及其替代实施例的制造。
[0048]可根据图9A到20B中所描绘的以下过程形成开关10。第一层导电材料形成接地平面14以及第一致动器70、第二致动器72、第三致动器74及第四致动器76中的每一者的基底80的部分。可利用例如掩模等合适技术将第一光致抗蚀剂层(未展示)图案化于衬底12的上表面上,使得仅所述上表面的暴露部分对应于其中接地平面12以及第一致动器70、第二致动器72、第三致动器74及第四致动器76将位于此处的位置。举例来说,通过利用掩模或其它合适技术将光可定义材料或光致抗蚀剂材料图案化于衬底12的上表面上而形成第一光致抗蚀剂层。
[0049]随后可将导电材料沉积于衬底12的未掩蔽或暴露部分上(即,于未被光致抗蚀剂材料覆盖达预定厚度的衬底12的部分上),以形成第一层导电材料,如图9A及9B中所展示。可使用例如化学气相沉积(CVD)的合适技术来实现导电材料的沉积。可在替代方案中使用例如物理气相沉积(PVD)的其它合适技术。可使用例如化学机械平坦化(CMP)的合适技术将新形成的第一层的上表面平坦化。
[0050]第二层导电材料形成接地壳体30、60的侧的部分以及第一致动器70、第二致动器72、第三致动器74及第四致动器76的基底80的另一部分。第二光致抗蚀剂层100可通过以下方式施加到部分构造开关10:利用掩模或其它合适技术在部分构造开关10上方及在第一光致抗蚀剂层上方以第二光致抗蚀剂层100的所要形状将额外光致抗蚀剂材料图案化,使得仅部分构造开关10上的暴露区域对应于其中上述组件将位于此处的位置,如图1OA及1B中所展示。可随后将导电材料沉积于开关10的暴露部分上达预定厚度,以形成如图1lA及IlB中所展示的第二层导电材料。然后可将开关10的新形成部分的上表面平坦化。
[0051]可如图12A及12B中所展示将形成突片37的介电材料沉积并图案化于先前形成的光致抗蚀剂层的顶部上。第三层导电材料形成:接地壳体30、60的侧的额外部分;集线器50的接触部分56及过渡部分58 ;第一致动器70、第二致动器72、第三致动器74及第四致动器76的基底80的另一部分;及内导体34、64。第三光致抗蚀剂层104可通过以下方式施加到部分构造开关10:利用掩模或其它合适技术在部分构造开关10上方及在第二光致抗蚀剂层100上方以第三光致抗蚀剂层104的所要形状将额外光致抗蚀剂材料图案化,使得仅部分构造开关10上的暴露区域对应于其中上述组件将位于此处的位置,如图13A及13B中所展示。可随后将导电材料沉积于开关10的暴露部分上达预定厚度,以形成如图14A及14B中所展示的第三层导电材料。然后可将开关10的新形成部
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