用于保护诸如mems开关的开关的方法和装置，以及包括该保护装置的mems开关的制作方法
【专利说明】用于保护诸如MEMS开关的开关的方法和装置，以及包括该保护装置的MEMS开关
[0001]交叉参考相关申请
[0002]本专利申请请求于2014年7月2日提交的、标题为“Method of and Apparatusfor Protecting a Switch, Such as a MEMS Switch, and to a MEMS Switch IncludingSuch a Protect1n Apparatus” 并声明 Padraig L.Fitzgerald 为发明者[从业者文件2906/143]的美国临时专利申请号62/020156的优先权，其公开内容全部并入本文作为参考。
技术领域
[0003]本公开涉及用于在其操作过程中保护MEMS开关的方法和装置，以及包括该保护方法和装置的MEMS开关。
【背景技术】
[0004]作为替代继电器和场效应晶体管的可靠小尺寸开关，MEMS开关日益普及。，MEMS开关是非常小的，并当处于打开状态时具有低的插入损耗和高阻抗。然而，在一般情况下，当没有电流流过开关或开关两端没有电压时，MEMS开关仅操作以在打开和关闭之间改变状态，或反之亦然。这是为了避免MEMS开关内的电弧，这可损坏开关触点的材料。如上所述，MEMS开关的尺寸非常小，当处于打开位置时触点往往仅由一微米左右分隔。电弧可导致开关的轮廓以这样的方式变化:开关可能成为永久导通或损坏，使得它成为永久的打开电路。
【发明内容】
[0005]期望便于在更大范围的设备和应用中使用MEMS开关。为此，和打开以及关闭开关设备的损害相关的潜在问题将得以解决。
[0006]本公开涉及一种保护开关的方法。在开关的开闭操作期间实施保护。保护包括提供并联开关的可控分路路径。在开关的打开和关闭操作期间，分路路径可被操作以提供并联开关的电流通路。有利地，分流路径包括串联至少一个机械开关的至少一个固态开关，诸如晶体管。
[0007]优选地，所述开关是微机电系统开关。MEMS开关可以被集成在电路封装内。有利地，至少一个机械开关是进一步的MEMS开关。结果，物理上较小的组合仍然可以提供。在使用中，当不需要时，至少一个机械开关可被操作以从所述分流路径断开固态开关。结果，与固态开关相关联的寄生元件可以从电路去除，从而产生更好的关闭状态性能。
[0008]本公开内容还涉及一种MEMS开关的保护方法，其中分流路径设置并联MEMS开关。分路路径包括至少一个另外的MEMS开关。所述至少一个另外的MEMS开关可以设置并联另外的分路(其可以是无源元件或有源元件)，以便限制电压变化横跨所述至少一个另外的MEMS开关，和/或与关联限流元件，例如电阻，例如以电阻器、晶体管或组件的组合的形式。
[0009]本公开还涉及一种MEMS开关，其具有第一开关节点和第二开关节点。该MEMS开关被设置关联保护电路。保护电路被布置以选择性地提供在所述MEMS开关的第一和第二交换节点之间的低阻抗路径。该保护电路包括第一保护电路MEMS开关，和组件，用于围绕第一保护电路MEMS开关的开关转换限制电压跨过或电流通过所述第一保护MEMS开关。
[0010]在本公开的另一个方面，提供一种保护电路，其中提供一个或多个电感器，以减少通过分路晶体管的高频信号传播。电感器和分路晶体管形成具有高阻滤波器特性的可控分流路径。这个减少了通过分路路径的高频信号的信号传播。
[0011]该保护电路可设置在和MEMS开关的同一基板或管芯上。替代地，保护电路可以部分或全部设置在进一步的管芯或基板上，也可以设置金属丝键或其它互连结构以链接所述保护电路和开关。
[0012]有源组件(诸如，放大器)可用于临时驱动保护电路中的一个或多个开关任一侧的电压为大致相同的值，以便减少这些开关上的开关应力。
【附图说明】
[0013]现在将参考附图仅通过示例的方式描述本公开的实施例，其中:
[0014]图1是MEMS开关的横截面；
[0015]图2是和保护电路相关联的MEMS开关的电路图；
[0016]图3是示出在MEMS开关的打开和闭合操作期间图2的电路的信号的时序图；
[0017]图4示出和MEMS开关关联的的第二保护电路的实施例；
[0018]图5不出图4的配置的时序图；
[0019]图6示出与MEMS开关关联的保护电路的另一实施例；
[0020]图7示出开关网络的另一实施例，其中多个信号中的一个或多个可以被连接到输出节点，开关网络关联保护电路；
[0021]图8示出图7的开关网络的平面图如实施在集成电路中；
[0022]图9示出开关和保护电路的另一实施例；
[0023]图10示出本公开的另一实施例；
[0024]图11示出本公开的另一实施例；
[0025]图12示出本发明的另一个实施例；
[0026]图13示出使用二极管以形成固态开关的另一个实施例；和
[0027]图14示出其中放大器应用均衡开关的任一侧上电位的实施例。
【具体实施方式】
[0028]图1是MEMS (微机电系统)开关的实施例的不意图，一般表不为1。MEMS开关的该说明仅通过背景的方式给出，并不意在限制本公开的教导于特定的MEMS开关配置。开关1被形成于衬底2上。衬底2可以是半导体，诸如娃。娃衬底可以是由诸如Czochralsk1、CZ、过程或浮区处理工艺形成的晶片。CZ过程不太昂贵并产生硅基板，它物理上比使用浮区方法得到的更稳健，但浮区提供具有较高电阻率的硅，更适合在高频电路中使用。
[0029]硅基板可任选地由未掺杂的多晶硅的层4覆盖。多晶硅层4用作载流子寿命杀手。这使得能够改善CZ硅的高频性能。
[0030]电介质层6 (其可以是氧化娃(一般的，Si02))形成在基片2和任选的多晶娃层4上。介电层6可形成在两个阶段，使得金属层可沉积、掩蔽和蚀刻以形成导体10、12和14中。然后沉积电介质6的第二阶段可以执行，以便形成在图1所示的结构中，其中导体10、12和14嵌入在电介质层6内。
[0031]介电层6的表面具有由相对耐磨导体提供的第一开关触点20，所述相对耐磨导体形成在层6的一部分上。第一开关触点20由一个或多个通孔22的方式连接到导体12。同样，控制电极23可以形成在导体14的上方，并通过一个或多个通孔24电连接到它。
[0032]开关构件32的支撑30也形成在电介质层6上。支撑30包括沉积在层6的选定部分上的脚区域34，使得脚区域34被沉积在导体10上。脚区域34通过一个或多个通孔36的方式连接到导体10。
[0033]在典型的MEMS开关中，导体10、12和14可以由金属制成，诸如铝或铜。通孔可以由铝、铜、钨或任何其它合适的金属或导电材料制成。第一开关触点20可以是任何合适的金属，但通常选择铑，因为它是硬磨损。为了便于处理，该控制电极可以由和第一开关触点20或脚区域34相同的材料制成。脚部区域34可以由金属制成，诸如金。
[0034]支承件30还包括至少一个直立部40，例如以延伸远离所述介电层6的表面的壁或多个塔的形式。
[0035]开关元件32形成可移动的结构，其从直立部40的最上部分延伸。开关元件32通常(但不一定)提供作为悬臂，其在从支撑30朝着第一开关触点20的第一方向(如在图1中方向A示出)上延伸。开关元件20的端部42延伸过第一开关触点32并携带依赖触点44。直立部分40和开关构件32可以由和脚区域34的相同材料制成。
[0036]在本实施例中，MEMS结构由盖结构50保护，其被接合到所述介电层6或其他合适结构的表面，以包围开关元件32和第一开关触点20。合适的接合技术是本领域技术人员所熟知的。
[0037]正如前面提到的，本公开的教导不限于任何特定的MEMS开关设计。因此，教导同样例如适合于在上下移动(或跷跷板)开关设计中使用。
[0038]开关1可应用代替继电器和固态晶体管开关，诸如FET开关。该领域中很多从业者已经采用FET使用的术语。因此，导体10可被称为源极，导体12可被称为漏极，和导体23形成连接到栅极端子14的栅极。源极和漏极可以互换而不影响开关的操作。
[0039]使用中，驱动电压从连接到栅极端子的驱动电路施加到栅极23。栅极23和开关元件32之间的电位差例如引起栅极23的表面的正电荷吸引可动开关部件32的下表面的负电荷。这引起施加将开关兀件32拉向基板2的力被施加。该力将引起开关件弯曲，使得依赖触点44接触第一开关触点20。
[0040]在实践中，开关被过度驱动，以便相对牢固地保持触点44抵靠第一开关触点20。
[0041]如果它被切换而电压存在两端或电流流过，该MEMS开关可使得它的性能劣