具有内部导电通道的mems开关的制作方法
【专利说明】具有内部导电通道的MEMS开关
[0001]优先权
[0002]本专利申请是2014年4月25日提交的题为“MEMS开关”、并以哈灵顿.L.菲茨杰拉德、乔-安.王、雷蒙德.由格、伯纳德.斯滕森、保罗.兰姆金和马克.希尔默命名为发明人的美国专利申请号14/262，188的部分继续申请案，，该申请公开的全部内容通过引用并入本文。
技术领域
[0003]本发明通常涉及MEMS开关，并且更具体地，本发明涉及改善流过MEMS开关的电流。
【背景技术】
[0004]各种各样的器件使用MEMS开关以选择性地在两个点之间传输电流。为此，MEMS开关通常包括可移动微结构，诸如悬臂，即选择性地与相邻的导体接触。制动电极(或其它制动机构)可以对悬臂施加力，如有吸引力的静电引力，促使臂朝向邻近的导体。臂和邻近导体之间的接触闭合电路，使电流在两个期望点之间流过开关。反之，当臂与相邻导体不接触，电路是开路，从而防止电流流过。
[0005]可移动微结构通常必须从环境上加以保护。如果不，那么环境污染物会严重损坏脆弱的微结构，使开关不能工作。因此，MEMS开关微结构通常在晶片级封装内被封装，如盖，以保护脆弱的微结构。不希望地，盖可以增加来自预期闭合电路的短路风险。
【发明内容】
[0006]按照本发明的一个实施方案，MEMS开关具有在具有上表面的衬底上形成的基底，和在上表面的至少一部分上形成的绝缘层。粘合材料将盖固定在基底以形成内部腔室。盖有效地形成在内部腔室外部的基底的外部区域。MEMS开关还具有具有部件接触部分的可移动部件(在内部腔室)，内部触点(也在内部腔室)，和在基底外部区域的外部触点。可移动部件的接触部分被配置以交替地与内部触点接触。至少部分地在绝缘层内的导体将内部触点和外部触点电气地连接起来。导体与将盖固定到衬底的粘合材料间隔开且电气隔离。
[0007]开关具有某种结构来移动可移动部件。例如，开关可以具有配置以静电控制可移动部件的运动的制动电极。可移动部件可采取多种构型。此外，可移动部件可以是悬臂的形式。
[0008]绝缘层说明性地在导体和粘合材料之间。因此，绝缘层将导体与粘合材料电气隔离开。在其它特性中，粘合材料可包括电绝缘材料或导电材料。为了从环境上保护内部腔室，粘合材料可气密地密封内部腔室。
[0009]MEMS开关还可以具有从导体延伸到内部腔室的导电通道。该导电通道可简单地包括一个或多个间隔开的通孔。另外，导体可具有与衬底的上表面大致平行延伸的大致平坦部分。这个示例性的大致平坦部分可以定位在绝缘体内，并与内部腔室间隔开约0.5至3微米之间的距离。
[0010]根据另一个实施方案，MEMS开关具有有上表面的衬底、形成在衬底的上表面的至少一部分以形成基底的绝缘层。粘合材料将盖固定在基底，以形成内部腔室。MEMS开关还有具有部件接触部分的可移动部件和内部触点，它们都在内部腔室中。部件接触部分被配置以可选择地接触内部触点。至少部分地在绝缘层内的导体具有大致平坦部分和至少一个从大致平坦部分延伸的通孔。该至少一个通孔的一个或多个电气上与内部触点接触。大致平坦部分最好是基本上完全由绝缘层和一个或多个通孔进行封装，且绝缘层将粘合材料和大致平坦部分电气隔离开。
[0011]根据其它实施方案，生产MEMS开关的方法在衬底上形成包含完全封装的内部导体的绝缘层。衬底和绝缘层至少部分形成基底。然后，该方法移除了绝缘层的一部分，以形成暴露内部导体的沟道，并形成穿过通道与内部导体电气连接的导电通道。该方法还形成可移动的且被配置以选择性地通过导电通道与内部导体电气连接的开关微结构。为了保护微结构，该方法使用粘合材料将盖固定到基底，以形成包含开关微结构的内部腔室。内部导体与将盖固定到基底的粘合材料间隔开且电气隔离开。
【附图说明】
[0012]本领域的技术人员应该从下面的“【具体实施方式】”中更充分体会本发明各种示例的优点，参照下面马上要概述的附图进行讨论。
[0013]图1示意性地示出了包含根据本发明的说明性实施例配置的开关的电路。
[0014]图2示意性地示出了根据本发明的说明性实施例配置的MEMS开关的立体图。
[0015]图3示意性地示出了图2的MEMS开关的剖视图，沿着图2中的线3_3观看的。
[0016]图4示意性地示出了图2中所示MEMS开关的替代实施例的立体图。
[0017]图5A和5B示意性地示出了图4中MEMS开关的一部分的立体图和直接剖视图。
[0018]图6示意性地示出了根据本发明的一个实施例的悬臂MEMS开关的连接部分的剖视图。
[0019]图7示出了根据本发明的说明性实施例形成图2的MEMS开关的工艺。
[0020]图8示出了根据本发明的另一个实施例配置的另一个MEMS开关的平面图。
[0021]图9示意性地示出了图8中的MEMS开关的剖面立体图。
【具体实施方式】
[0022]在说明性实施方案中，在晶片级封装内的MEMS开关在其内部可移动部件和外部焊盘之间更有效地传递信号，同时减少到其盖的短路。为此，MEMS开关在具有电气地连接在可移动部件和外部焊盘之间的内部导体的芯片上被形成。从器件表面延伸到内部导体的一个或多个通孔减少了信号阻抗，从而提高了效率。此外，在内部导体和连接盖到开关芯片的粘合材料之间的绝缘材料，通过粘合材料减少了到其盖的短路。说明性实施方案的细节将在下面被讨论。
[0023]图1示意性示出了可以使用根据本发明的说明性实施方案配置的MEMS开关10的电路。事实上，该图示出了非常简化的电路，其中MEMS开关10可以打开和关闭与一个或多个附加电路元件12的连接。那些电路元件由与开关10的并联和串联的框12示意性地表示。当开关10闭合时，电信号可在电路元件12和开关10之间流动。相反地，当开关10打开时，电流不能流过电路的那部分。
[0024]当然，如本领域的技术人员所知道的，MEMS开关被用于许多不同的应用中，串联、和并联、串并联，及在超出本公开范围的许多其它方式。因此，在图1中所示的结构仅仅被示出用来描述开关最基本的功能。
[0025]图2示意性地示出了根据本发明的说明性实施方案配置的MEMS开关器件(也简称为“MEMS开关10”)的立体图。如上所述，MEMS开关10被看作具有晶片级封装。因此，MEMS开关10具有包括MEMS微结构和电互连(在图3和其它随后的附图中示出)，以及粘合到基底14的盖16的基部(简称为“基底14”的芯片)。
[0026]在示出的结构中，盖16不完全延伸过基底14。相反，盖16留出暴露的基底14的一部分来提供到某些基本部件的入口。在这种情况下，盖16露出具有多个外部焊盘20的基底14的窄的外部架18。电路设计者因此可以通过这些焊盘20电气地访问内部元件。
[0027]图3示出了图2的MEMS开关10的内部细节。具体地，图3示意性地示出了图2的MEMS开关10的剖视图，沿着图2中的线3-3观察到的。该图更清楚地示出了与基底14粘合连接的盖16，及由盖16保护的部件。更具体地，示例性实施方案使用绝缘粘结材料22来固定盖16到基底14。此外，粘合材料22可包括直接与基底14的上表面粘合的常规的密封玻璃。
[0028]由于内部电气互连结构(以下讨论)和基底14的特性，一些实施方案可以使用导电材料，如金属或金属合金，粘合盖16与基底14。例如，某些实施方案可以使用铝、锗、或铝-锗合金，如由美国专利号7，943，411公开的，由马萨诸塞州诺伍德市的ADI公司所拥有，其公开的全部内容被并入本文作为参考。其它实施方案仍然可以使用其它类型的粘合材料22。因此，粘合材料22的特定类型的讨论不旨在限制本发明的许多实施方案。
[0029]盖16与基底14形成内部腔室24，保护性地包含操作微结构和多个电路。具体地，微结构主要包括可移动部件26，像其它开关和上面提到的，选择性地打开和关闭电路。在这种情况下，开关微结构被配置为具有至少部分地悬挂在基底14上的主体的悬臂或臂(也使用参考数字“26”识别)。为使两个点之间电气连接，主体具有直接连接到基底14上/中的导体的固定端28( —点)，和被配置以选择性地与基底14上/中的另一导体进行电气和机械接触的可移动自由端30 (第二点)。
[0030]为了用作高导电通道，悬臂26可主要由相对软的材料形成，如金。然而，金是很容易损坏的相对较软的金属。因此，如果不进行改善或不增强，该悬臂26的可移动自由端30