具有內(nèi)部導(dǎo)電通道的mems開關(guān)的制作方法
【專利說明】具有內(nèi)部導(dǎo)電通道的MEMS開關(guān)
[0001]優(yōu)先權(quán)
[0002]本專利申請是2014年4月25日提交的題為“MEMS開關(guān)”、并以哈靈頓.L.菲茨杰拉德、喬-安.王、雷蒙德.由格、伯納德.斯滕森、保羅.蘭姆金和馬克.希爾默命名為發(fā)明人的美國專利申請?zhí)?4/262，188的部分繼續(xù)申請案，，該申請公開的全部內(nèi)容通過引用并入本文。
技術(shù)領(lǐng)域
[0003]本發(fā)明通常涉及MEMS開關(guān)，并且更具體地，本發(fā)明涉及改善流過MEMS開關(guān)的電流。
【背景技術(shù)】
[0004]各種各樣的器件使用MEMS開關(guān)以選擇性地在兩個點之間傳輸電流。為此，MEMS開關(guān)通常包括可移動微結(jié)構(gòu)，諸如懸臂，即選擇性地與相鄰的導(dǎo)體接觸。制動電極(或其它制動機構(gòu))可以對懸臂施加力，如有吸引力的靜電引力，促使臂朝向鄰近的導(dǎo)體。臂和鄰近導(dǎo)體之間的接觸閉合電路，使電流在兩個期望點之間流過開關(guān)。反之，當臂與相鄰導(dǎo)體不接觸，電路是開路，從而防止電流流過。
[0005]可移動微結(jié)構(gòu)通常必須從環(huán)境上加以保護。如果不，那么環(huán)境污染物會嚴重損壞脆弱的微結(jié)構(gòu)，使開關(guān)不能工作。因此，MEMS開關(guān)微結(jié)構(gòu)通常在晶片級封裝內(nèi)被封裝，如蓋，以保護脆弱的微結(jié)構(gòu)。不希望地，蓋可以增加來自預(yù)期閉合電路的短路風險。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]按照本發(fā)明的一個實施方案，MEMS開關(guān)具有在具有上表面的襯底上形成的基底，和在上表面的至少一部分上形成的絕緣層。粘合材料將蓋固定在基底以形成內(nèi)部腔室。蓋有效地形成在內(nèi)部腔室外部的基底的外部區(qū)域。MEMS開關(guān)還具有具有部件接觸部分的可移動部件(在內(nèi)部腔室)，內(nèi)部觸點(也在內(nèi)部腔室)，和在基底外部區(qū)域的外部觸點?？梢苿硬考慕佑|部分被配置以交替地與內(nèi)部觸點接觸。至少部分地在絕緣層內(nèi)的導(dǎo)體將內(nèi)部觸點和外部觸點電氣地連接起來。導(dǎo)體與將蓋固定到襯底的粘合材料間隔開且電氣隔離。
[0007]開關(guān)具有某種結(jié)構(gòu)來移動可移動部件。例如，開關(guān)可以具有配置以靜電控制可移動部件的運動的制動電極?？梢苿硬考刹扇《喾N構(gòu)型。此外，可移動部件可以是懸臂的形式。
[0008]絕緣層說明性地在導(dǎo)體和粘合材料之間。因此，絕緣層將導(dǎo)體與粘合材料電氣隔離開。在其它特性中，粘合材料可包括電絕緣材料或?qū)щ姴牧?。為了從環(huán)境上保護內(nèi)部腔室，粘合材料可氣密地密封內(nèi)部腔室。
[0009]MEMS開關(guān)還可以具有從導(dǎo)體延伸到內(nèi)部腔室的導(dǎo)電通道。該導(dǎo)電通道可簡單地包括一個或多個間隔開的通孔。另外，導(dǎo)體可具有與襯底的上表面大致平行延伸的大致平坦部分。這個示例性的大致平坦部分可以定位在絕緣體內(nèi)，并與內(nèi)部腔室間隔開約0.5至3微米之間的距離。
[0010]根據(jù)另一個實施方案，MEMS開關(guān)具有有上表面的襯底、形成在襯底的上表面的至少一部分以形成基底的絕緣層。粘合材料將蓋固定在基底，以形成內(nèi)部腔室。MEMS開關(guān)還有具有部件接觸部分的可移動部件和內(nèi)部觸點，它們都在內(nèi)部腔室中。部件接觸部分被配置以可選擇地接觸內(nèi)部觸點。至少部分地在絕緣層內(nèi)的導(dǎo)體具有大致平坦部分和至少一個從大致平坦部分延伸的通孔。該至少一個通孔的一個或多個電氣上與內(nèi)部觸點接觸。大致平坦部分最好是基本上完全由絕緣層和一個或多個通孔進行封裝，且絕緣層將粘合材料和大致平坦部分電氣隔離開。
[0011]根據(jù)其它實施方案，生產(chǎn)MEMS開關(guān)的方法在襯底上形成包含完全封裝的內(nèi)部導(dǎo)體的絕緣層。襯底和絕緣層至少部分形成基底。然后，該方法移除了絕緣層的一部分，以形成暴露內(nèi)部導(dǎo)體的溝道，并形成穿過通道與內(nèi)部導(dǎo)體電氣連接的導(dǎo)電通道。該方法還形成可移動的且被配置以選擇性地通過導(dǎo)電通道與內(nèi)部導(dǎo)體電氣連接的開關(guān)微結(jié)構(gòu)。為了保護微結(jié)構(gòu)，該方法使用粘合材料將蓋固定到基底，以形成包含開關(guān)微結(jié)構(gòu)的內(nèi)部腔室。內(nèi)部導(dǎo)體與將蓋固定到基底的粘合材料間隔開且電氣隔離開。
【附圖說明】
[0012]本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)該從下面的“【具體實施方式】”中更充分體會本發(fā)明各種示例的優(yōu)點，參照下面馬上要概述的附圖進行討論。
[0013]圖1示意性地示出了包含根據(jù)本發(fā)明的說明性實施例配置的開關(guān)的電路。
[0014]圖2示意性地示出了根據(jù)本發(fā)明的說明性實施例配置的MEMS開關(guān)的立體圖。
[0015]圖3示意性地示出了圖2的MEMS開關(guān)的剖視圖，沿著圖2中的線3_3觀看的。
[0016]圖4示意性地示出了圖2中所示MEMS開關(guān)的替代實施例的立體圖。
[0017]圖5A和5B示意性地示出了圖4中MEMS開關(guān)的一部分的立體圖和直接剖視圖。
[0018]圖6示意性地示出了根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的懸臂MEMS開關(guān)的連接部分的剖視圖。
[0019]圖7示出了根據(jù)本發(fā)明的說明性實施例形成圖2的MEMS開關(guān)的工藝。
[0020]圖8示出了根據(jù)本發(fā)明的另一個實施例配置的另一個MEMS開關(guān)的平面圖。
[0021]圖9示意性地示出了圖8中的MEMS開關(guān)的剖面立體圖。
【具體實施方式】
[0022]在說明性實施方案中，在晶片級封裝內(nèi)的MEMS開關(guān)在其內(nèi)部可移動部件和外部焊盤之間更有效地傳遞信號，同時減少到其蓋的短路。為此，MEMS開關(guān)在具有電氣地連接在可移動部件和外部焊盤之間的內(nèi)部導(dǎo)體的芯片上被形成。從器件表面延伸到內(nèi)部導(dǎo)體的一個或多個通孔減少了信號阻抗，從而提高了效率。此外，在內(nèi)部導(dǎo)體和連接蓋到開關(guān)芯片的粘合材料之間的絕緣材料，通過粘合材料減少了到其蓋的短路。說明性實施方案的細節(jié)將在下面被討論。
[0023]圖1示意性示出了可以使用根據(jù)本發(fā)明的說明性實施方案配置的MEMS開關(guān)10的電路。事實上，該圖示出了非常簡化的電路，其中MEMS開關(guān)10可以打開和關(guān)閉與一個或多個附加電路元件12的連接。那些電路元件由與開關(guān)10的并聯(lián)和串聯(lián)的框12示意性地表示。當開關(guān)10閉合時，電信號可在電路元件12和開關(guān)10之間流動。相反地，當開關(guān)10打開時，電流不能流過電路的那部分。
[0024]當然，如本領(lǐng)域的技術(shù)人員所知道的，MEMS開關(guān)被用于許多不同的應(yīng)用中，串聯(lián)、和并聯(lián)、串并聯(lián)，及在超出本公開范圍的許多其它方式。因此，在圖1中所示的結(jié)構(gòu)僅僅被示出用來描述開關(guān)最基本的功能。
[0025]圖2示意性地示出了根據(jù)本發(fā)明的說明性實施方案配置的MEMS開關(guān)器件(也簡稱為“MEMS開關(guān)10”)的立體圖。如上所述，MEMS開關(guān)10被看作具有晶片級封裝。因此，MEMS開關(guān)10具有包括MEMS微結(jié)構(gòu)和電互連(在圖3和其它隨后的附圖中示出)，以及粘合到基底14的蓋16的基部(簡稱為“基底14”的芯片)。
[0026]在示出的結(jié)構(gòu)中，蓋16不完全延伸過基底14。相反，蓋16留出暴露的基底14的一部分來提供到某些基本部件的入口。在這種情況下，蓋16露出具有多個外部焊盤20的基底14的窄的外部架18。電路設(shè)計者因此可以通過這些焊盤20電氣地訪問內(nèi)部元件。
[0027]圖3示出了圖2的MEMS開關(guān)10的內(nèi)部細節(jié)。具體地，圖3示意性地示出了圖2的MEMS開關(guān)10的剖視圖，沿著圖2中的線3-3觀察到的。該圖更清楚地示出了與基底14粘合連接的蓋16，及由蓋16保護的部件。更具體地，示例性實施方案使用絕緣粘結(jié)材料22來固定蓋16到基底14。此外，粘合材料22可包括直接與基底14的上表面粘合的常規(guī)的密封玻璃。
[0028]由于內(nèi)部電氣互連結(jié)構(gòu)(以下討論)和基底14的特性，一些實施方案可以使用導(dǎo)電材料，如金屬或金屬合金，粘合蓋16與基底14。例如，某些實施方案可以使用鋁、鍺、或鋁-鍺合金，如由美國專利號7，943，411公開的，由馬薩諸塞州諾伍德市的ADI公司所擁有，其公開的全部內(nèi)容被并入本文作為參考。其它實施方案仍然可以使用其它類型的粘合材料22。因此，粘合材料22的特定類型的討論不旨在限制本發(fā)明的許多實施方案。
[0029]蓋16與基底14形成內(nèi)部腔室24，保護性地包含操作微結(jié)構(gòu)和多個電路。具體地，微結(jié)構(gòu)主要包括可移動部件26，像其它開關(guān)和上面提到的，選擇性地打開和關(guān)閉電路。在這種情況下，開關(guān)微結(jié)構(gòu)被配置為具有至少部分地懸掛在基底14上的主體的懸臂或臂(也使用參考數(shù)字“26”識別)。為使兩個點之間電氣連接，主體具有直接連接到基底14上/中的導(dǎo)體的固定端28( —點)，和被配置以選擇性地與基底14上/中的另一導(dǎo)體進行電氣和機械接觸的可移動自由端30 (第二點)。
[0030]為了用作高導(dǎo)電通道，懸臂26可主要由相對軟的材料形成，如金。然而，金是很容易損壞的相對較軟的金屬。因此，如果不進行改善或不增強，該懸臂26的可移動自由端30