專利名稱：Rf mems 開關(guān)及其制造方法
RF MEMS開關(guān)及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種微機電系統(tǒng)(Micro Electro Mechanical System, MEMS)技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及ー種射頻(RF, Radio-Frequency)微機電系統(tǒng)開關(guān)及其制造方法。
背景技木帶開關(guān)同軸連接器是無線通信等電子電路系統(tǒng)的重要元件之一，它通常要求具有穩(wěn)定的開關(guān)接通和斷開兩個狀態(tài)(即雙穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu))，以用于通信模塊或設(shè)備中的電路板傳輸路徑上的信號通路切換，在移動終端、無線通信、雷達探測等方面應(yīng)用十分廣泛。但是隨著小型化、低高度、高品質(zhì)要求的發(fā)展需要，尤其低到小于毫米級，甚至到微米級得超小外形和寬頻范圍的要求，已大大超過了傳統(tǒng)的常規(guī)機械制造技術(shù)所能承受解決的技術(shù)范圍，從而成為業(yè)內(nèi)大的ー個技術(shù)難題。利用MEMS技術(shù)エ藝可以實現(xiàn)這種超小外形，并能達到寬頻帶范圍的要求，這種 MEMSエ藝實現(xiàn)的開關(guān)結(jié)構(gòu)具有一致性高、便于集成、射頻指標好等優(yōu)點，通常的RF MEMS開關(guān)或開關(guān)模組本質(zhì)上是使用包括靜電驅(qū)動、電磁驅(qū)動、熱電驅(qū)動、壓電驅(qū)動和形狀記憶合金驅(qū)動等驅(qū)動形式來實現(xiàn)RF傳輸線中的短路或斷路的小型化器件，具有插入損耗低、電功率耗散小、隔離度高和線性度好等特點，其中靜電驅(qū)動因其結(jié)構(gòu)簡單、易加工且便于與ICエ藝兼容而得到廣泛的關(guān)注和應(yīng)用。但這些傳統(tǒng)驅(qū)動方式實現(xiàn)的RF MEMS開關(guān)結(jié)構(gòu)對外部環(huán)境敏感，受外部了環(huán)境的溫濕度和電磁場的干擾較大，還需要額外增加提供驅(qū)動的電極或其它相同作用的部件，結(jié)構(gòu)較復(fù)雜、占據(jù)空間大，同時也常常因開關(guān)力不足造成觸點粘結(jié)等通病而破壞開關(guān)的雙穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)。

發(fā)明內(nèi)容鑒于上述狀況，有必要提供ー種克服上述問題的RF MEMS開關(guān)。一種RF MEMS開關(guān)，包括主體，其一側(cè)開設(shè)有插孔；固定端子；及可動端子，與所述固定端子一起微組裝于所述主體內(nèi)，所述可動端子位于所述插孔下方，且與所述固定端子相互搭接連接在一起，形成開關(guān)的接通狀態(tài)。。上述RF MEMS開關(guān)的可動端子及固定端子微組裝一起構(gòu)成ー個開關(guān)結(jié)構(gòu)，可動端子必須在外力的作用下才能與固定端子分離，其不受外部環(huán)境的溫濕度和電磁場干擾，因此，上述RF MEMS開關(guān)抗干擾性較強。并且，上述RFMEMS開關(guān)無需額外增加提供驅(qū)動的電極或其它相同作用的部件，結(jié)構(gòu)較簡單，同時也不會因開關(guān)力不足造成觸點粘結(jié)等通病而破壞開關(guān)的雙穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)。進ー步地，所述可動端子在外部機械カ的作用下可發(fā)生彈性形變，使常閉的所述固定端子與所述可動端子分離，形成開關(guān)的斷開狀態(tài)。
進ー步地，所述主體由絕緣的硅片晶圓形成。進ー步地，所述主體由表面具有金屬導(dǎo)電層的絕緣本體形成。此金屬導(dǎo)電層起到屏蔽外部電磁場的作用，以進一歩增加此RF MEMS開關(guān)的抗干擾能力。進ー步地，所述固定端子和可動端子都是由高阻硅材料制成，且其表面都涂覆有金屬導(dǎo)電物質(zhì)。進ー步地，所述可動端子包括彎折部、從所述彎折部一端延伸的橫梁部及固定于所述橫梁部自由端的導(dǎo)電觸頭，所述彎折部在外力作用可發(fā)生彈性形變，使所述導(dǎo)電觸頭與所述固定端子分離。
ー種RF MEMS開關(guān)制造方法，其包括如下步驟提供一基底；采用半導(dǎo)體エ藝將所述基底制成固定端子及可動端子；將所述固定端子及可動端子微組裝成開關(guān)結(jié)構(gòu)；及將所述開關(guān)結(jié)構(gòu)封裝成RF MEMS開關(guān)。進ー步地，所述采用半導(dǎo)體エ藝將所述基底制成固定端子及可動端子的步驟進一歩包括如下步驟對所述基底進行光刻、深反應(yīng)離子刻蝕、去膠，形成開關(guān)支撐結(jié)構(gòu)；在所述開關(guān)支撐結(jié)構(gòu)的正反面分別電鍍金屬導(dǎo)電物質(zhì)；及對所述開關(guān)支撐結(jié)構(gòu)進行劃片，形成単獨的所述可動端子及固定端子。進ー步地，所述采用半導(dǎo)體エ藝將所述基底制成固定端子及可動端子的步驟進一步包括如下步驟對所述基底進行光刻、深反應(yīng)離子刻蝕、去膠，形成開關(guān)支撐結(jié)構(gòu)；對所述開關(guān)支撐結(jié)構(gòu)的正面進行光刻，覆蓋不需要電鍍金屬導(dǎo)電物質(zhì)的區(qū)域；在所述開關(guān)支撐結(jié)構(gòu)的正面電鍍金屬導(dǎo)電物質(zhì)，并去膠；對所述開關(guān)支撐結(jié)構(gòu)的反面進行光刻，覆蓋不需要電鍍金屬導(dǎo)電物質(zhì)的區(qū)域；在所述開關(guān)支撐結(jié)構(gòu)的反面電鍍金屬導(dǎo)電物質(zhì)，并去膠；及對所述開關(guān)支撐結(jié)構(gòu)進行劃片，形成相互連接的所述可動端子及固定端子，其中所述可動端子與所述固定端子相連處為所述不需要電鍍金屬導(dǎo)電物質(zhì)的區(qū)域。進ー步地，所述基底為高阻硅胚板。上述RF MEMS開關(guān)制造方法將可動端子及固定端子微組裝一起構(gòu)成ー個開關(guān)結(jié)構(gòu)，可動端子必須在外力的作用下才能與固定端子分離，其不受外部環(huán)境的溫濕度和電磁場干擾，因此，上述RF MEMS開關(guān)制造方法制造的RFMEMS開關(guān)抗干擾性較強。并且，無需額外増加提供驅(qū)動的電極或其它相同作用的部件，結(jié)構(gòu)較簡單，同時也不會因開關(guān)力不足造成觸點粘結(jié)等通病而破壞開關(guān)的雙穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)。

圖I為ー實施例的RF MEMS開關(guān)的正視圖；圖2為沿圖I中II-II線的剖視圖；圖3為圖I所示的RF MEMS開關(guān)插入探針時的狀態(tài)圖；圖4為圖I所示的RF MEMS開關(guān)的制造方法的流程圖5為圖4所示的RF MEMS開關(guān)的制造方法的步驟ニ的第一實施例；圖6為圖4所示的RF MEMS開關(guān)的制造方法的步驟ニ的第二實施例。
具體實施方式為了便于理解本發(fā)明，下面將參照相關(guān)附圖對本發(fā)明進行更全面的描述。附圖中給出了本發(fā)明的首選實施例。但是，本發(fā)明可以以許多不同的形式來實現(xiàn)，并不限于本文所描述的實施例。相反地，提供這些實施例的目的是使對本發(fā)明的公開內(nèi)容更加透徹全面。需要說明的是，當元件被稱為“固定子”另ー個元件，它可以直接在另ー個元件上或者也可以存在居中的元件。當一個元件被認為是“連接”另ー個元件，它可以是直接連接到另ー個元件或者可能同時存在居中元件。本文所使用的術(shù)語“下方”以及類似的表述只是為了說明的目的。
除非另有定義，本文所使用的所有的技術(shù)和科學術(shù)語與屬于本發(fā)明的技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員通常理解的含義相同。本文中在本發(fā)明的說明書中所使用的術(shù)語只是為了描述具體的實施例的目的，不是g在于限制本發(fā)明。本文所使用的術(shù)語“和/或”包括ー個或多個相關(guān)的所列項目的任意的和所有的組合。請參閱圖I及圖2，本實施例的RF MEMS開關(guān)100包括主體110、固定端子120及可動端子130。固定端子120及可動端子130 —起微組裝于主體110內(nèi)。所述主體110為大致矩形的絕緣體，其一側(cè)開設(shè)有插孔111?？蓜佣俗?30位于主體110的插孔110下方，且與固定端子120相互搭接連接在一起，形成開關(guān)的接通狀態(tài)。具體地，可動端子130在外力作用下發(fā)生彈性形變而與固定端子120分離，即在外部機械カ的作用下，常閉的固定端子120與可動端子130分離，形成開關(guān)的斷開狀態(tài)。使用時，固定端子120及可動端子130分別與電路中的不同連接端電連接，通常狀態(tài)下，固定端子120與可動端子130相接觸，實現(xiàn)電路的“接通”，即固定端子120和可動端子130在工作中處于常閉狀態(tài)；當有外部推力作用時，可動端子130與固定端子120分離，即實現(xiàn)電路的“斷開”，這樣，達到使所連電路接通和斷開的開關(guān)功能。上述RF MEMS開關(guān)100的可動端子130及固定端子120微組裝一起構(gòu)成ー個開關(guān)結(jié)構(gòu)，可動端子130必須在外力的作用下才能與固定端子120分離，其不受外部環(huán)境的溫濕度和電磁場干擾，因此，上述RF MEMS開關(guān)100抗干擾性較強。并且，上述RF MEMS開關(guān)100無需額外増加提供驅(qū)動的電極或其它相同作用的部件，結(jié)構(gòu)較簡單，同時也不會因開關(guān)力不足造成觸點粘結(jié)等通病而破壞開關(guān)的雙穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)。上述RF MEMS開關(guān)100優(yōu)選地由高機械模量的材料通過MEMS技術(shù)加工制成。具體在本實施例中，所述主體110由絕緣的硅片晶圓形成，以保證足夠的機械強度和耐濕變化的能力，并提供一種高絕緣電介質(zhì)性能；固定端子120由高阻硅材料制成，且其表面涂覆有金屬導(dǎo)電物質(zhì)；可動端子130由高阻硅材料制成，且其表面涂覆有金屬導(dǎo)電物質(zhì)。金屬導(dǎo)電物質(zhì)為金、銀、銅等，優(yōu)選為金。固定端子120包括固定于所述主體110內(nèi)的固定部121及從固定部121 —側(cè)基本垂直延伸的勾部123。勾部123延伸的長度較短，以確?？蓜佣俗?30變形時固定端子120具有抗擾動能力。優(yōu)選地，可動端子130的長度大致為固定端子120的8倍。為了提高可動端子130的弾性程度，可動端子130包括彎折部131、橫梁部133及導(dǎo)電觸頭135。彎折部131在外力作用可發(fā)生彈性形變，提供ー個彈性支撐力，使導(dǎo)電觸頭135與固定端子120分離。具體的，彎折部131大致為S形片狀結(jié)構(gòu)。橫梁部133從彎折部131 一端延伸，用于接受外部施力。導(dǎo)電觸頭133固定于橫梁部133的自由端，用干與固定端子120電連接。 其中，橫梁部133沿長度方向延伸有足夠的長度以提供足夠的カ臂，從而維持導(dǎo)電觸頭135的弾力和外力移除后弾性回復(fù)到原始位置的能力。請再次參閱圖2及圖3，在正常工作狀態(tài)下，可動端子130的導(dǎo)電觸頭135與固定端子120的勾部123相接觸，此時，RF MEMS開關(guān)100處于導(dǎo)通狀態(tài)。當外部施力物120 (如探針等)通過主體110的插孔111下壓到可動端子130的橫梁部133，橫梁部133發(fā)生彈性形變，使導(dǎo)電觸頭135與固定端子120的勾部123分離，此吋，RF MEMS開關(guān)100處于斷開狀態(tài)。因此，RF MEMS開關(guān)100只有在外力的作用下才能完成開關(guān)動作。進ー步地，在另ー實施例(未在圖中示出)中，上述的主體110為由表面具有金屬導(dǎo)電層的絕緣本體形成，所述的金屬導(dǎo)電層為通過涂覆、層疊/沉積或組裝等方式形成于絕緣本體的表面上，起到屏蔽外部電磁場的作用，以進一歩增加此RF MEMS開關(guān)的抗干擾能力。請參閱圖4，一實施例的RF MEMS開關(guān)100的制造方法，其包括如下步驟步驟S201，提供一基底，所述基底優(yōu)選為高阻硅胚板。步驟S202，采用半導(dǎo)體エ藝將所述基底制成固定端子120及可動端子130 ；步驟S203，將所述固定端子120及可動端子130微組裝成開關(guān)結(jié)構(gòu) '及步驟S204，將所述開關(guān)結(jié)構(gòu)封裝成RF MEMS開關(guān)。請參閱圖5，其中，在ー個具體實施例中，步驟S202進ー步包括如下步驟步驟S2021，對所述基底進行光刻、深反應(yīng)離子刻蝕、去膠，形成開關(guān)支撐結(jié)構(gòu)；步驟S2022，在所述開關(guān)支撐結(jié)構(gòu)的正反面分別電鍍金屬導(dǎo)電物質(zhì) '及步驟S2023，對所述開關(guān)支撐結(jié)構(gòu)進行劃片，形成単獨的所述可動端子130及固定端子120。請參閱圖6，在另外ー個實施例中，步驟S202進ー步包括如下步驟步驟S3021，對所述開關(guān)支撐結(jié)構(gòu)進行光刻、深反應(yīng)離子刻蝕、去膠，形成開關(guān)支撐結(jié)構(gòu)；步驟S3022，對所述開關(guān)支撐結(jié)構(gòu)的正面進行光刻，覆蓋不需要電鍍金屬導(dǎo)電物質(zhì)的區(qū)域；步驟S3023，在所述開關(guān)支撐結(jié)構(gòu)的正面電鍍金屬導(dǎo)電物質(zhì)，并去膠；步驟S3024，對所述開關(guān)支撐結(jié)構(gòu)的反面進行光刻，覆蓋不需要電鍍金屬導(dǎo)電物質(zhì)的區(qū)域；步驟S3025，在所述開關(guān)支撐結(jié)構(gòu)的反面電鍍金屬導(dǎo)電物質(zhì)，并去膠 '及步驟S3026，對所述開關(guān)支撐結(jié)構(gòu)進行劃片，形成相互連接的所述可動端子130及固定端子120，其中所述可動端子130與所述固定端子120相連處為所述不需要電鍍金屬導(dǎo)電物質(zhì)的區(qū)域。需要說明的是，上述開關(guān)支撐機構(gòu)即為形成開關(guān)的胚件。上述RF MEMS開關(guān)制造方法將可動端子及固定端子微組裝一起構(gòu)成ー個開關(guān)結(jié)構(gòu)，可動端子必須在外力的作用下才能與固定端子分離，其不受外部環(huán)境的溫濕度的影響和電磁場的干擾，因此，上述RF MEMS開關(guān)制造方法制造的RF MEMS開關(guān)抗干擾性較強。并且，無需額外增加提供驅(qū)動的電極或其它相同作用的部件，結(jié)構(gòu)較簡單，同時也不會不會因開關(guān)力不足造成觸點粘結(jié)等通病而破壞開關(guān)的雙穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)。以上所述實施例僅表達了本發(fā)明的幾種實施方式，其描述較為具體和詳細，但并不能因此而理解為對本發(fā)明專利范圍的 限制。應(yīng)當指出的是，對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變形和改進，這些都屬于本發(fā)明的保護范圍。因此，本發(fā)明專利的保護范圍應(yīng)以所附權(quán)利要求為準。
權(quán)利要求
1.ー種RF MEMS開關(guān)，其特征在于，所述RF MEMS開關(guān)包括 主體，其一側(cè)開設(shè)有插孔； 固定端子；及 可動端子，與所述固定端子一起微組裝于所述主體內(nèi)，所述可動端子位于所述插孔下方，且與所述固定端子相互搭接連接在一起，形成開關(guān)的接通狀態(tài)。
2.如權(quán)利要求I所述的RFMEMS開關(guān)，其特征在于，所述可動端子在外部機械カ的作用下可發(fā)生彈性形變，使常閉的所述固定端子與所述可動端子分離，形成開關(guān)的斷開狀態(tài)。
3.如權(quán)利要求I或2所述的RFMEMS開關(guān)，其特征在于，所述主體由絕緣的硅片晶圓形成。
4.如權(quán)利要求I或2所述的RFMEMS開關(guān)，其特征在于，所述主體由表面具有金屬導(dǎo)電層的絕緣本體形成。
5.如權(quán)利要求4所述的RFMEMS開關(guān)，其特征在于，所述固定端子和可動端子都是由高阻硅材料制成，且其表面都涂覆有金屬導(dǎo)電物質(zhì)。
6.如權(quán)利要求4所述的RFMEMS開關(guān)，其特征在于，所述可動端子包括彎折部、從所述彎折部一端延伸的橫梁部及固定于所述橫梁部自由端的導(dǎo)電觸頭，所述彎折部在外力作用可發(fā)生彈性形變，使所述導(dǎo)電觸頭與所述固定端子分離。
7.ー種RF MEMS開關(guān)制造方法，其包括如下步驟 提供一基底； 采用半導(dǎo)體エ藝將所述基底制成固定端子及可動端子； 將所述固定端子及可動端子微組裝成開關(guān)結(jié)構(gòu)；及 將所述開關(guān)結(jié)構(gòu)封裝成RF MEMS開關(guān)。
8.如權(quán)利要求7所述的RFMEMS開關(guān)制造方法，其特征在于，所述采用半導(dǎo)體エ藝將所述基底制成固定端子及可動端子的步驟進一歩包括如下步驟 對所述基底進行光刻、深反應(yīng)離子刻蝕、去膠，形成開關(guān)支撐結(jié)構(gòu)； 在所述開關(guān)支撐結(jié)構(gòu)的正反面分別電鍍金屬導(dǎo)電物質(zhì)；及 對所述開關(guān)支撐結(jié)構(gòu)進行劃片，形成単獨的所述可動端子及固定端子。
9.如權(quán)利要求7所述的RFMEMS開關(guān)制造方法，其特征在于，所述采用半導(dǎo)體エ藝將所述基底制成固定端子及可動端子的步驟進一歩包括如下步驟 對所述基底進行光刻、深反應(yīng)離子刻蝕、去膠，形成開關(guān)支撐結(jié)構(gòu)； 對所述開關(guān)支撐結(jié)構(gòu)的正面進行光刻，覆蓋不需要電鍍金屬導(dǎo)電物質(zhì)的區(qū)域； 在所述開關(guān)支撐結(jié)構(gòu)的正面電鍍金屬導(dǎo)電物質(zhì)，并去膠； 對所述開關(guān)支撐結(jié)構(gòu)的反面進行光刻，覆蓋不需要電鍍金屬導(dǎo)電物質(zhì)的區(qū)域； 在所述開關(guān)支撐結(jié)構(gòu)的反面電鍍金屬導(dǎo)電物質(zhì)，并去膠 '及 對所述開關(guān)支撐結(jié)構(gòu)進行劃片，形成相互連接的所述可動端子及固定端子，其中所述可動端子與所述固定端子相連處為所述不需要電鍍金屬導(dǎo)電物質(zhì)的區(qū)域。
10.如權(quán)利要求7所述的RFMEMS開關(guān)制造方法，其特征在于，所述基底為高阻硅胚板。
全文摘要
一種RF MEMS開關(guān)，包括主體、固定端子及可動端子。主體的一側(cè)開設(shè)有插孔。可動端子，與所述固定端子一起微組裝于所述主體內(nèi)，所述可動端子位于所述插孔下方，且與所述固定端子相互搭接連接在一起，形成開關(guān)的接通狀態(tài)。上述RF MEMS開關(guān)的可動端子及固定端子微組裝一起構(gòu)成一個開關(guān)結(jié)構(gòu)，可動端子必須在外力的作用下才能與固定端子分離，其不受外部環(huán)境的溫濕度的影響和電磁場的干擾，因此，上述RF MEMS開關(guān)抗干擾性較強。并且，上述RF MEMS開關(guān)無需額外增加提供驅(qū)動的電極或其它相同作用的部件，結(jié)構(gòu)較簡單，同時也不會因開關(guān)力不足造成觸點粘結(jié)等通病而破壞開關(guān)的雙穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)。本發(fā)明還提供一種上述RF MEMS開關(guān)的制造方法。
文檔編號H01H1/14GK102856085SQ201110177510
公開日2013年1月2日 申請日期2011年6月28日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月28日
發(fā)明者黃金亮 申請人:深圳市電連精密技術(shù)有限公司