具有內部導電通道的mems開關的制作方法
【專利說明】具有內部導電通道的MEMS開關
[0001]優先權
[0002]本專利申請是2014年4月25日提交的題為“MEMS開關”、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.希爾默命名為發明人的美國專利申請號14/262，188的部分繼續申請案，，該申請公開的全部內容通過引用并入本文。
技術領域
[0003]本發明通常涉及MEMS開關，并且更具體地，本發明涉及改善流過MEMS開關的電流。
【背景技術】
[0004]各種各樣的器件使用MEMS開關以選擇性地在兩個點之間傳輸電流。為此，MEMS開關通常包括可移動微結構，諸如懸臂，即選擇性地與相鄰的導體接觸。制動電極(或其它制動機構)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體。臂和鄰近導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。反之，當臂與相鄰導體不接觸，電路是開路，從而防止電流流過。
[0005]可移動微結構通常必須從環境上加以保護。如果不，那么環境污染物會嚴重損壞脆弱的微結構，使開關不能工作。因此，MEMS開關微結構通常在晶片級封裝內被封裝，如蓋，以保護脆弱的微結構。不希望地，蓋可以增加來自預期閉合電路的短路風險。

【發明內容】

[0006]按照本發明的一個實施方案，MEMS開關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部腔室。蓋有效地形成在內部腔室外部的基底的外部區域。MEMS開關還具有具有部件接觸部分的可移動部件(在內部腔室)，內部觸點(也在內部腔室)，和在基底外部區域的外部觸點。可移動部件的接觸部分被配置以交替地與內部觸點接觸。至少部分地在絕緣層內的導體將內部觸點和外部觸點電氣地連接起來。導體與將蓋固定到襯底的粘合材料間隔開且電氣隔離。
[0007]開關具有某種結構來移動可移動部件。例如，開關可以具有配置以靜電控制可移動部件的運動的制動電極。可移動部件可采取多種構型。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體和粘合材料之間。因此，絕緣層將導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導電材料。為了從環境上保護內部腔室，粘合材料可氣密地密封內部腔室。
[0009]MEMS開關還可以具有從導體延伸到內部腔室的導電通道。該導電通道可簡單地包括一個或多個間隔開的通孔。另外，導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，并與內部腔室間隔開約0.5至3微米之間的距離。
[0010]根據另一個實施方案，MEMS開關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，以形成內部腔室。MEMS開關還有具有部件接觸部分的可移動部件和內部觸點，它們都在內部腔室中。部件接觸部分被配置以可選擇地接觸內部觸點。至少部分地在絕緣層內的導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]根據其它實施方案，生產MEMS開關的方法在襯底上形成包含完全封裝的內部導體的絕緣層。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，以形成暴露內部導體的溝道，并形成穿過通道與內部導體電氣連接的導電通道。該方法還形成可移動的且被配置以選擇性地通過導電通道與內部導體電氣連接的開關微結構。為了保護微結構，該方法使用粘合材料將蓋固定到基底，以形成包含開關微結構的內部腔室。內部導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]本領域的技術人員應該從下面的“【具體實施方式】”中更充分體會本發明各種示例的優點，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本發明的說明性實施例配置的開關的電路。
[0014]圖2示意性地示出了根據本發明的說明性實施例配置的MEMS開關的立體圖。
[0015]圖3示意性地示出了圖2的MEMS開關的剖視圖，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本發明的一個實施例的懸臂MEMS開關的連接部分的剖視圖。
[0019]圖7示出了根據本發明的說明性實施例形成圖2的MEMS開關的工藝。
[0020]圖8示出了根據本發明的另一個實施例配置的另一個MEMS開關的平面圖。
[0021]圖9示意性地示出了圖8中的MEMS開關的剖面立體圖。
【具體實施方式】
[0022]在說明性實施方案中，在晶片級封裝內的MEMS開關在其內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開關在具有電氣地連接在可移動部件和外部焊盤之間的內部導體的芯片上被形成。從器件表面延伸到內部導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，在內部導體和連接蓋到開關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將在下面被討論。
[0023]圖1示意性示出了可以使用根據本發明的說明性實施方案配置的MEMS開關10的電路。事實上，該圖示出了非常簡化的電路，其中MEMS開關10可以打開和關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10的并聯和串聯的框12示意性地表示。當開關10閉合時，電信號可在電路元件12和開關10之間流動。相反地，當開關10打開時，電流不能流過電路的那部分。
[0024]當然，如本領域的技術人員所知道的，MEMS開關被用于許多不同的應用中，串聯、和并聯、串并聯，及在超出本公開范圍的許多其它方式。因此，在圖1中所示的結構僅僅被示出用來描述開關最基本的功能。
[0025]圖2示意性地示出了根據本發明的說明性實施方案配置的MEMS開關器件(也簡稱為“MEMS開關10”)的立體圖。如上所述，MEMS開關10被看作具有晶片級封裝。因此，MEMS開關10具有包括MEMS微結構和電互連(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]在示出的結構中，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。電路設計者因此可以通過這些焊盤20電氣地訪問內部元件。
[0027]圖3示出了圖2的MEMS開關10的內部細節。具體地，圖3示意性地示出了圖2的MEMS開關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的密封玻璃。
[0028]由于內部電氣互連結構(以下討論)和基底14的特性，一些實施方案可以使用導電材料，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明的許多實施方案。
[0029]蓋16與基底14形成內部腔室24，保護性地包含操作微結構和多個電路。具體地，微結構主要包括可移動部件26，像其它開關和上面提到的，選擇性地打開和關閉電路。在這種情況下，開關微結構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