具有封裝殼體的mems開關(guān)及其它微小化裝置及其制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明的布置涉及微小化開關(guān)及其它裝置，例如微機電系統(tǒng)(MEMS)開關(guān)、可調(diào)及不可調(diào)濾波器、耦合器、移相器及裝備有封裝殼體的相控陣天線(PAA)。
【背景技術(shù)】
[0002]微小化開關(guān)(例如單片微波集成電路(MMIC)及MEMS開關(guān))通常在寬帶通信系統(tǒng)中使用。一般而言，MEMS裝置中的小移動零件的存在使得必需提供給裝置避免機械損害(例如，靜摩擦)和環(huán)境污染物(例如，水分、濕氣、微粒等等)的某種保護。然而，實現(xiàn)此保護可導(dǎo)致開關(guān)的整體覆蓋區(qū)的顯著增大，可增加其設(shè)計的復(fù)雜性，且可增加制造開關(guān)所需的步驟數(shù)目。此外，將開關(guān)與其它組件電互連的需要可使將開關(guān)密封以獲得必需的保護度變得困難或不可行。
[0003]可通過利用連續(xù)的構(gòu)建過程形成三維微結(jié)構(gòu)。例如，第7，012，489號及第7，898，356號美國專利描述用于制造同軸波導(dǎo)微結(jié)構(gòu)的方法。這些過程提供對傳統(tǒng)薄膜技術(shù)的替代，但還提出關(guān)于其對各種裝置(例如，微小化開關(guān))的有利實施的有效利用的新設(shè)計挑戰(zhàn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]用于制造具有封裝殼體的微小化開關(guān)的方法包括選擇性地將導(dǎo)電材料涂覆到襯底的一部分以形成開關(guān)的第一層。開關(guān)的第一層包括:接地平面的至少一部分；致動器的一部分；及殼體的側(cè)面的一部分。所述方法進一步包含選擇性地涂覆更多導(dǎo)電材料以形成開關(guān)的第二層。第二層包括致動器的第二部分；及殼體的所述側(cè)面的第二部分。所述方法還包含選擇性地涂覆更多導(dǎo)電材料以形成開關(guān)的第三層。第三層包括經(jīng)配置通過致動器移動進入及脫離與開關(guān)的第一電導(dǎo)體及第二電導(dǎo)體的接觸的接觸元件。
[0005]用于制造具有封裝殼體的微小化開關(guān)的方法包含選擇性地將導(dǎo)電材料涂覆到襯底的一部分以形成開關(guān)的第一層。開關(guān)的第一層包含接地平面的至少一部分；致動器的一部分；及殼體的側(cè)面的一部分。所述方法進一步包含選擇性地涂覆更多導(dǎo)電材料以形成開關(guān)的第二層。第二層包含致動器的另一部分；及殼體的所述側(cè)面的另一部分。所述方法還包含選擇性地涂覆更多導(dǎo)電材料以形成開關(guān)的第三層。第三層包含殼體的所述側(cè)面的至少一部分及經(jīng)配置通過致動器移動進入及脫離與開關(guān)的第一電導(dǎo)體及第二電導(dǎo)體的接觸的接觸元件。
[0006]根據(jù)本文揭示的發(fā)明概念的另一方面，微小化開關(guān)包含襯底；安置于襯底上的導(dǎo)電外殼；在外殼內(nèi)懸置于電絕緣支撐件上的第一電導(dǎo)體；及與第一電導(dǎo)體間隔開的第二電導(dǎo)體。開關(guān)進一步包含經(jīng)配置用于在接觸元件與第一電導(dǎo)體及第二電導(dǎo)體間隔開及電隔離的第一位置與接觸元件接觸第一電導(dǎo)體及第二電導(dǎo)體的第二位置之間移動的接觸元件。開關(guān)還包含安裝于襯底上的殼體。襯底及殼體界定氣密密封體積。外殼、第一電導(dǎo)體及第二電導(dǎo)體及接觸元件安置于所述體積內(nèi)。
[0007]根據(jù)本文所揭示的發(fā)明概念的另一方面，提供用于制造具有封裝殼體的MEMS裝置的方法。所述方法包含利用第一掩模以在襯底的一部分上形成光致抗蝕劑材料的暴露部分，且將導(dǎo)電材料涂覆到襯底的暴露部分以形成裝置的第一層。裝置的第一層包含接地平面的至少一部分及殼體的側(cè)面的第一部分。所述方法還包含利用第二掩模以在第一層的一部分上形成更多光致抗蝕劑材料的暴露部分，且隨后涂覆更多導(dǎo)電材料以形成裝置的第二層。裝置的第二層包括外殼的第一部分及殼體的所述側(cè)面的第二部分。所述方法進一步包含利用第三掩模以在第二層的一部分上形成更多光致抗蝕劑材料的暴露部分，且隨后涂覆更多導(dǎo)電材料以形成裝置的第三層。裝置的第三層包括外殼的第二部分；懸置于外殼內(nèi)、與外殼電絕緣及間隔開的電導(dǎo)體的至少一部分；及殼體的所述側(cè)面的第三部分。
【附圖說明】
[0008]將參考以下圖式描述實施例，其中在整個圖式中相同的元件符號表示相同項，且其中:
[0009]圖1為沒有其封裝殼體的MEMS開關(guān)的俯視透視圖，其描繪在開放位置的開關(guān)的梭；
[0010]圖2為圖1中所展示的接地外殼及開關(guān)的接地平面的一部分的俯視透視圖，其中為了說明的清楚起見移除外殼的頂層；
[0011]圖3為圖1中標(biāo)為“C”的區(qū)域的放大圖，其將外殼及梭描繪為透明的；
[0012]圖4為圖1到3展示的開關(guān)的正面圖，其描繪在開放位置中的梭且展示開關(guān)的層狀結(jié)構(gòu)且添加凸紋以更好地指示說明結(jié)構(gòu)；
[0013]圖5A為圖1中標(biāo)為“A”的區(qū)域的俯視放大圖，其描繪在開放位置中的梭；
[0014]圖5B為圖1中標(biāo)為“A”的區(qū)域的俯視放大圖，其描繪在閉合位置中的梭；
[0015]圖6A為圖1中標(biāo)為“B”的區(qū)域的俯視圖，其以虛線描繪開關(guān)的接地外殼，且描繪在開放位置中的梭；
[0016]圖6B為圖1中標(biāo)為“B”的區(qū)域的俯視圖，其以虛線描繪開關(guān)的接地外殼，且描繪在閉合位置中的梭；
[0017]圖7為圖1到6B中展示的開關(guān)的封裝殼體的透視圖；
[0018]圖8為圖7中展示的殼體的截面圖，其沿著圖7的線“G-G”截得且描繪在殼體內(nèi)的圖1到6B的開關(guān)的其余部分；
[0019]圖9為圖7中展示的殼體的截面圖，其沿著圖7的線“H-H”截得且描繪殼體內(nèi)的圖1到6B的開關(guān)的其余部分；
[0020]圖10為圖1到9所展示的開關(guān)的襯底的仰視圖，其描繪安置于形成于襯底中的通孔內(nèi)的開關(guān)的各種電互連點；
[0021]圖11為圖10中標(biāo)為“I”的區(qū)域的放大圖；
[0022]圖12為圖10中標(biāo)為“J”的區(qū)域的放大圖；
[0023]圖13為圖1到12中展示的安裝在真空腔室中且經(jīng)歷濺鍍沉積過程的開關(guān)的側(cè)視圖；
[0024]圖14Α、15Α、16Α...29Α為截面圖，其通過圖1的線“Ε-Ε”截得，描繪在各制造階段期間的圖1到13中展示的開關(guān)的部分；及
[0025]圖14Β、15Β、16Β...29Β為截面圖，其通過圖1的線“F_F”截得，描繪在各制造階段期間的圖1到13中展示的開關(guān)的部分 '及
[0026]圖14C、15C、16C-29C為截面圖，其通過圖1的線“D_D”截得，描繪在各制造階段期間的圖1到13中展示的開關(guān)的部分。
【具體實施方式】
[0027]參考所附圖式描述本發(fā)明。圖式未按比例繪制且提供圖式僅為了說明本發(fā)明。下文參考用于說明的實例應(yīng)用描述本發(fā)明的若干方面。應(yīng)理解，闡述大量特定細節(jié)、關(guān)系及方法以提供對本發(fā)明的全面理解。然而，所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員將容易認識到可在沒有一或多個特定細節(jié)的情況下實踐本發(fā)明或可利用其它方法實踐本發(fā)明。在其它例子中，未詳細展示眾所周知結(jié)構(gòu)或操作以免使本發(fā)明模糊化。本發(fā)明不被動作或事件的說明順序限制，因為一些動作可以不同順序發(fā)生及/或與其它動作或事件并行發(fā)生。此外，并不需要所有所說明的動作或事件來實施根據(jù)本發(fā)明的方法。
[0028]圖式描繪采用具有封裝殼體100的MEMS開關(guān)10的形式的微小化開關(guān)裝置。殼體100對開關(guān)10的其余部分進行氣密密封以使其不受其周圍環(huán)境影響。如下文詳細討論，殼體100及開關(guān)10的其余部分在并存基礎(chǔ)上通過沉積例如銅(Cu)的導(dǎo)電材料的層制造于襯底26的上表面上。本文結(jié)合開關(guān)10 (大體上垂直的開關(guān)，其僅出于示范性目的而予以詳述)的其余部分描述殼體100及用于其制造的方法。殼體100的替代實施例可與其它類型開關(guān)及與其它類型裝置(例如濾波器、耦合器、移相器及相控陣天線(PAA)等等)一起使用。例如，殼體100的替代實施例可被用于封裝2012年9月20日提交的名稱為“用于微機電系統(tǒng)及其它系統(tǒng)中的開關(guān)及其制造方法(Switches for use in Microelectromechanicaland Other Systems, and Processes for Making Same) ” 的代理人檔案號 75449.00433 ；GCSD-2489 ；H8798的待決的第13/623，188號美國申請案中揭示的開關(guān)。
[0029]開關(guān)10可選擇性地建立及解除電連接到其上的第一電子組件(未展示)與第二電子組件(未展示)之間的電接觸。殼體100內(nèi)的開關(guān)10的部分具有約Imm的最大高度(“ζ”維度)；約3mm的最大寬度(“y”維度)；及約3mm的最大長度(“x”維度)。殼體100具有約1.5mm的最大高度；約4mm的最大寬度；及約4mm的最大長度。僅出于示范性目的將開關(guān)10描述為具有這些特定維度的MEMS開關(guān)。根據(jù)特定應(yīng)用的需求，包含大小、重量及功率(SWaP)需求,可按比例放大或縮小開關(guān)10的替代實施例。
[0030]襯底26由高電阻氮化鋁(AlN)形成。在替代實施例中，襯底26可由其它電介質(zhì)材料形成，例如硅(Si)、玻璃、硅鍺(SiGe)或砷化鎵(GaAs)。襯底26可具有約125μπι的厚度，即，“ζ”維度。
[0031]開關(guān)10及殼體100由例如銅(Cu)的導(dǎo)電材料的層形成。如圖4、8及9中所展示，最下層的銅材料直接沉積于襯底26上。位于殼體100內(nèi)的開關(guān)10的部分由五層銅材料形成，且殼體100由七層銅材料形成。盡管形成殼體100及開關(guān)10的其余部分的個別結(jié)構(gòu)共同位于組成整體結(jié)構(gòu)的七層中的五層上，殼體100及組成開關(guān)10的其余部分的結(jié)構(gòu)組件在每一層內(nèi)相互電隔離且機械隔離。在替代實施例中，殼體100可電連接到開關(guān)10的接地平面27，使得殼體100經(jīng)受與接地平面27相同的接地或參考電壓。在此類實施例中，殼體可包括五層導(dǎo)電材料。
[0032]如下文所詳細討論，每一層銅材料經(jīng)配置以為所述特定層上的開關(guān)10提供所需幾何形狀。第一層通過選擇性地將光可界定或光致抗蝕劑掩蔽材料涂覆到襯底26的部分來形成。涂覆光致抗蝕劑材料以僅留下暴露區(qū)域，在所述暴露區(qū)