CN104662630B - 具有封装壳体的mems开关 - Google Patents

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Abstract

本发明揭示具有封装壳体(100)的微小化装置，例如MEMS开关(10)。所述壳体(100)及所述开关(10)的其余部分在并存基础上通过沉积例如铜的导电材料的层制造于衬底(26)上。

Description

具有封装壳体的MEMS开关
技术领域
本发明的布置涉及微小化开关及其它装置，例如微机电系统(MEMS)开关、可调及不可调滤波器、耦合器、移相器及装备有封装壳体的相控阵天线(PAA)。
背景技术
微小化开关(例如单片微波集成电路(MMIC)及MEMS开关)通常在宽带通信系统中使用。一般而言，MEMS装置中的小移动零件的存在使得必需提供给装置避免机械损害(例如，静摩擦)和环境污染物(例如，水分、湿气、微粒等等)的某种保护。然而，实现此保护可导致开关的整体覆盖区的显著增大，可增加其设计的复杂性，且可增加制造开关所需的步骤数目。此外，将开关与其它组件电互连的需要可使将开关密封以获得必需的保护度变得困难或不可行。
可通过利用连续的构建过程形成三维微结构。例如，第7,012,489号及第7,898,356号美国专利描述用于制造同轴波导微结构的方法。这些过程提供对传统薄膜技术的替代，但还提出关于其对各种装置(例如，微小化开关)的有利实施的有效利用的新设计挑战。
发明内容
用于制造具有封装壳体的微小化开关的方法包括选择性地将导电材料涂覆到衬底的一部分以形成开关的第一层。开关的第一层包括：接地平面的至少一部分；致动器的一部分；及壳体的侧面的一部分。所述方法进一步包含选择性地涂覆更多导电材料以形成开关的第二层。第二层包括致动器的第二部分；及壳体的所述侧面的第二部分。所述方法还包含选择性地涂覆更多导电材料以形成开关的第三层。第三层包括经配置通过致动器移动进入及脱离与开关的第一电导体及第二电导体的接触的接触元件。
用于制造具有封装壳体的微小化开关的方法包含选择性地将导电材料涂覆到衬底的一部分以形成开关的第一层。开关的第一层包含接地平面的至少一部分；致动器的一部分；及壳体的侧面的一部分。所述方法进一步包含选择性地涂覆更多导电材料以形成 开关的第二层。第二层包含致动器的另一部分；及壳体的所述侧面的另一部分。所述方法还包含选择性地涂覆更多导电材料以形成开关的第三层。第三层包含壳体的所述侧面的至少一部分及经配置通过致动器移动进入及脱离与开关的第一电导体及第二电导体的接触的接触元件。
根据本文揭示的发明概念的另一方面，微小化开关包含衬底；安置于衬底上的导电外壳；在外壳内悬置于电绝缘支撑件上的第一电导体；及与第一电导体间隔开的第二电导体。开关进一步包含经配置用于在接触元件与第一电导体及第二电导体间隔开及电隔离的第一位置与接触元件接触第一电导体及第二电导体的第二位置之间移动的接触元件。开关还包含安装于衬底上的壳体。衬底及壳体界定气密密封体积。外壳、第一电导体及第二电导体及接触元件安置于所述体积内。
根据本文所揭示的发明概念的另一方面，提供用于制造具有封装壳体的MEMS装置的方法。所述方法包含利用第一掩模以在衬底的一部分上形成光致抗蚀剂材料的暴露部分，且将导电材料涂覆到衬底的暴露部分以形成装置的第一层。装置的第一层包含接地平面的至少一部分及壳体的侧面的第一部分。所述方法还包含利用第二掩模以在第一层的一部分上形成更多光致抗蚀剂材料的暴露部分，且随后涂覆更多导电材料以形成装置的第二层。装置的第二层包括外壳的第一部分及壳体的所述侧面的第二部分。所述方法进一步包含利用第三掩模以在第二层的一部分上形成更多光致抗蚀剂材料的暴露部分，且随后涂覆更多导电材料以形成装置的第三层。装置的第三层包括外壳的第二部分；悬置于外壳内、与外壳电绝缘及间隔开的电导体的至少一部分；及壳体的所述侧面的第三部分。
附图说明
将参考以下图式描述实施例，其中在整个图式中相同的元件符号表示相同项，且其中：
图1为没有其封装壳体的MEMS开关的俯视透视图，其描绘在开放位置的开关的梭；
图2为图1中所展示的接地外壳及开关的接地平面的一部分的俯视透视图，其中为了说明的清楚起见移除外壳的顶层；
图3为图1中标为“C”的区域的放大图，其将外壳及梭描绘为透明的；
图4为图1到3展示的开关的正面图，其描绘在开放位置中的梭且展示开关的层状结构且添加凸纹以更好地指示说明结构；
图5A为图1中标为“A”的区域的俯视放大图，其描绘在开放位置中的梭；
图5B为图1中标为“A”的区域的俯视放大图，其描绘在闭合位置中的梭；
图6A为图1中标为“B”的区域的俯视图，其以虚线描绘开关的接地外壳，且描绘在开放位置中的梭；
图6B为图1中标为“B”的区域的俯视图，其以虚线描绘开关的接地外壳，且描绘在闭合位置中的梭；
图7为图1到6B中展示的开关的封装壳体的透视图；
图8为图7中展示的壳体的截面图，其沿着图7的线“G-G”截得且描绘在壳体内的图1到6B的开关的其余部分；
图9为图7中展示的壳体的截面图，其沿着图7的线“H-H”截得且描绘壳体内的图1到6B的开关的其余部分；
图10为图1到9所展示的开关的衬底的仰视图，其描绘安置于形成于衬底中的通孔内的开关的各种电互连点；
图11为图10中标为“I”的区域的放大图；
图12为图10中标为“J”的区域的放大图；
图13为图1到12中展示的安装在真空腔室中且经历溅镀沉积过程的开关的侧视图；
图14A、15A、16A…29A为截面图，其通过图1的线“E-E”截得，描绘在各制造阶段期间的图1到13中展示的开关的部分；及
图14B、15B、16B…29B为截面图，其通过图1的线“F-F”截得，描绘在各制造阶段期间的图1到13中展示的开关的部分；及
图14C、15C、16C…29C为截面图，其通过图1的线“D-D”截得，描绘在各制造阶段期间的图1到13中展示的开关的部分。
具体实施方式
参考所附图式描述本发明。图式未按比例绘制且提供图式仅为了说明本发明。下文参考用于说明的实例应用描述本发明的若干方面。应理解，阐述大量特定细节、关系及方法以提供对本发明的全面理解。然而，所属领域的技术人员将容易认识到可在没有一或多个特定细节的情况下实践本发明或可利用其它方法实践本发明。在其它例子中，未详细展示众所周知结构或操作以免使本发明模糊化。本发明不被动作或事件的说明顺序限制，因为一些动作可以不同顺序发生及/或与其它动作或事件并行发生。此外，并不需要所有所说明的动作或事件来实施根据本发明的方法。
图式描绘采用具有封装壳体100的MEMS开关10的形式的微小化开关装置。壳体100对开关10的其余部分进行气密密封以使其不受其周围环境影响。如下文详细讨论，壳体100及开关10的其余部分在并存基础上通过沉积例如铜(Cu)的导电材料的层制造于衬底26的上表面上。本文结合开关10(大体上垂直的开关，其仅出于示范性目的而予以详述)的其余部分描述壳体100及用于其制造的方法。壳体100的替代实施例可与其它类型开关及与其它类型装置(例如滤波器、耦合器、移相器及相控阵天线(PAA)等等)一起使用。例如，壳体100的替代实施例可被用于封装2012年9月20日提交的名称为“用于微机电系统及其它系统中的开关及其制造方法(Switches for use in Microelectromechanical and OtherSystems,and Processes for Making Same)”的代理人档案号75449.00433；GCSD-2489；H8798的待决的第13/623,188号美国申请案中揭示的开关。
开关10可选择性地建立及解除电连接到其上的第一电子组件(未展示)与第二电子组件(未展示)之间的电接触。壳体100内的开关10的部分具有约1mm的最大高度(“z”维度)；约3mm的最大宽度(“y”维度)；及约3mm的最大长度(“x”维度)。壳体100具有约1.5mm的最大高度；约4mm的最大宽度；及约4mm的最大长度。仅出于示范性目的将开关10描述为具有这些特定维度的MEMS开关。根据特定应用的需求，包含大小、重量及功率(SWaP)需求，可按比例放大或缩小开关10的替代实施例。
衬底26由高电阻氮化铝(AlN)形成。在替代实施例中，衬底26可由其它电介质材料形成，例如硅(Si)、玻璃、硅锗(SiGe)或砷化镓(GaAs)。衬底26可具有约125μm的厚度，即，“z”维度。
开关10及壳体100由例如铜(Cu)的导电材料的层形成。如图4、8及9中所展示，最下层的铜材料直接沉积于衬底26上。位于壳体100内的开关10的部分由五层铜材料形成，且壳体100由七层铜材料形成。尽管形成壳体100及开关10的其余部分的个别结构共同位于组成整体结构的七层中的五层上，壳体100及组成开关10的其余部分的结构组件在每一层内相互电隔离且机械隔离。在替代实施例中，壳体100可电连接到开关10的接地平面27，使得壳体100经受与接地平面27相同的接地或参考电压。在此类实施例中，壳体可包括五层导电材料。
如下文所详细讨论，每一层铜材料经配置以为所述特定层上的开关10提供所需几何形状。第一层通过选择性地将光可界定或光致抗蚀剂掩蔽材料涂覆到衬底26的部分来形成。涂覆光致抗蚀剂材料以在开关10的第一层的结构中仅留下暴露区域。铜材料随后沉积于暴露区域中以形成或构建开关10的第一层。随后在连续基础上通过选择性 地将光致抗蚀剂掩蔽材料涂覆到先前形成层的部分且在暴露区域中沉积额外的铜材料来形成其余层而连续形成开关10的其余层。
铜材料的每一层可具有(例如)约50μm的厚度。用于形成开关10的铜材料的层数取决于申请者，且可随着因素(例如，设计的复杂性、其它装置与开关10的混合或单片集成、开关10的整体高度、每一层的厚度等等)变化。用于形成壳体100的铜材料的层数取决于在开关10的其余部分中的层数。例如，为了维持与开关10的其它组件的电隔离及机械隔离，同时最小化壳体100的整体高度或“z”维度，壳体100由七层形成。
如图1及4中所展示，接地平面27安置于衬底26上。接地平面27具有形成为导电材料的第一层或最下层的部分的主要部分29a。接地平面27进一步包含从主要部分29a向下延伸的四个支柱29b。在图12及15C到29C中描绘支柱29b。
如图10到12及14C中所说明，衬底26具有在其中形成的多个通孔102。如图4、10、12及15C到29C中所说明，通孔102中的四者容纳接地平面27的相应支柱29b。每一通孔102在衬底26的上表面与下表面之间延伸。通孔102可通过合适的技术(例如碾磨或激光钻孔)形成。如在图11中可见，通孔102被金属化，即，界定每一通孔102的衬底26的表面覆盖有导电材料(例如铜)的涂层104。如下文所讨论，当形成开关10的第一层时，形成支柱29b的材料沉积于对应通孔102中。
接地平面27经由支柱29b与四个通孔102的涂层104电接触。与每一通孔102相关联的涂层104毗连形成于衬底26的下表面上的相关联导电垫(未展示)。所述垫电连接到接地或参考电压源(也未展示)。因此，接地平面27经由相关联通孔102的垫及涂层104电连接到接地或参考电压源。在替代实施例中可使用用于在开关10与第一电子装置及第二电子装置之间形成必需的电互连的其它构件。
如图1中所展示，开关10包括接触部分12、致动器部分14及采用梭16的形式的接触元件。第一电子组件及第二电子组件电连接到接触部分12的相对端，且在选择基础上经由接触部分12相互电连接。如下文所讨论，响应于致动器部分14的通电及断电，梭16在开放位置与闭合位置之间在“y”方向上移动。当梭16在其闭合位置时，梭16促进电流流动通过接触部分12，借此在第一电子组件与第二电子组件之间建立电接触。当梭16在其开放位置时，电流不流动通过接触部分12。因此，当梭16在其开放位置时，第一电子组件及第二电子组件相互电隔离。
如图1及4中所说明，开关10的接触部分12包含安置于接地平面27上的导电接地外壳28。接地外壳28由导电材料的第二到第五层的部分形成。如图1到4、6A及6B中所描绘，接地外壳28及接地平面27的下部部分界定大体上在“x”方向上延伸的内 部通道30。
如图1到4、6A及6B中所展示，接触部分12进一步包含各自具有大体上矩形横截面的导电第一内导体34及导电第二内导体36。第一内导体34及第二内导体36各自具有第一部分39a及毗连的第二部分39b。如在图2中可见，第一部分39a及第二部分39b在大体上垂直的方向上延伸。第一部分39a及第二部分39b形成为铜材料的第三层的部分。如图1到4、6A及6B中所展示，第一部分39a定位于通道30内且大体上在“x”方向上延伸。如图2中所展示，第二部分39b定位成接近通道30的相应末端且向下(即，在“-z”方向上)延伸进入衬底26。如在图1及2中可见，接地平面27的主要部分29a经配置使得当第二部分39b向下延伸进入衬底26时，第二部分39b不接触接地平面27。
在衬底26中形成两个额外通孔102以容纳第一内导体34及第二内导体36的第二部分39b。如图4、10及12中所说明，在容纳接地平面27的支柱29b的通孔102中的两者之间形成每一额外通孔102。如图4、10、12及15C到29C中所展示，额外通孔102中的一者与第一内导体34的第二部分39b对齐且接纳第一内导体34的第二部分39b。另一个额外通孔102与第二内导体36的第二部份39b对齐且接收第二内导体36的第二部分39b。如下文讨论，当形成开关10的第一层时，形成第二部分39b的材料沉积于相关联通孔102中。
经由第二部分39b，第一内导体34及第二内导体36与通孔102的涂层104电接触。与这些通孔102中的每一者相关联的涂层104毗连形成于衬底26的下表面上的相关联导电垫(未展示)。与第一内导体34的第二部分39b相关联的垫在第一内导体34与第一电子装置之间输送信号。与第二内导体36的第二部分39b相关联的垫在第二内导体36及第二电子装置之间输送信号。因此，第一内导体34及第二内导体36经由这些垫及相关通孔102的涂层104电连接到相应第一电子装置及第二电子装置。第一电子装置及第二电子装置可通过(例如)例如导线接合法及倒装芯片接合法的混合集成方法与开关10集成。
如图2及3中所展示，第一内导体34的第一部分39a的末端38定位于通道30内。同样地，第二内导体36的第二部分39b的末端40定位于通道30内。第一内导体34的末端38与第二内导体36的末端40通过气隙44，且如下文所讨论通过定位于气隙44内的梭16的一部分间隔开。
如图2、3、6A及6B中所说明，第一内导体34及第二内导体36各自在通道30内悬置于电绝缘突片37上。突片37由电介质材料形成。例如，突片37可由聚乙烯、聚酯、聚碳酸酯、醋酸纤维素、聚丙烯、聚氯乙烯、聚偏二氯乙烯、聚苯乙烯、聚酰胺、 聚酰亚胺、苯并环丁烯、SU8等等形成，前提是所述材料不会被在如下文所讨论的开关10的制造期间用于溶解牺牲抗蚀剂的溶剂腐蚀。突片37可各自具有(例如)约15μm的厚度。每一突片37跨越通道30的宽度，即，y方向维度。每一突片37的末端被夹在形成接地外壳28的侧面的导电材料的第二层部分与第三层部分之间。第一内导体34及第二内导体36的第一部分39a被接地外壳28的内表面包围且通过气隙50与接地外壳28的内表面间隔开。气隙50充当电介质，其使第一内导体34及第二内导体36与接地外壳28电隔离。传输线配置的类型通常称为“矩形同轴电缆”配置，另外地称为微小同轴电缆。
如图1到6B中所展示，梭16具有大体上在“y”方向上延伸的细长主体52。主体52包含电绝缘第一部分53a及毗连的导电第二部分53b。主体52还包含毗连第二部分53b的电绝缘第三部分53c，及毗连第三部分53c的导电第四部分53d。主体52的导电第二部分53b及第四部分53d形成为导电材料的第三层的一部分。电绝缘第一部分53a及第三部分53c由电介质材料形成，例如聚乙烯、聚酯、聚碳酸酯、醋酸纤维素、聚丙烯、聚氯乙烯、聚偏二氯乙烯、聚苯乙烯、聚酰胺、聚酰亚胺、苯并环丁烯、SU8等等，前提是所述材料不会被在如下文所讨论的开关10的制造期间用于溶解牺牲抗蚀剂的溶剂腐蚀。
开关10包含第一底座56a及大体上完全相同的第二底座56b。如图1、6A及6B中所展示，第一底座56a安置于与开关10的接触部分12相关联的接地平面27的部分上。如图1、5A及5B中所说明，第二底座56b安置于与开关10的致动器部分14相关的接地平面27的部分上。
第一底座56a及第二底座56b各自包含毗连接地平面27的基底62及毗连基底62的横梁部分64。每一基底62形成为导电材料的第二层及第三层的部分。横梁部分64形成为导电材料的第三层的部分。应注意，横梁部分64的配置取决于应用，且可随着因素(例如可用于容纳横梁部分64的空间的量、所需或所要的横梁部分64的弹簧常数等等)变化。因此，横梁部分64的配置不限于图1中所描绘的配置。
如图1、6A及6B中所描绘，梭16的第一部分53a的末端毗连第一底座56a的横梁部分64。如图1、5A及5B中所说明，梭16的第四部分53d的末端毗连第二底座56b的横梁部分64。因此，梭16借助于在梭16的第一部分53a与第一底座56a的横梁部分64之间的机械连接及梭16的第四部分53d与第二底座56b的横梁部分64之间的机械连接，从第一底座56a及第二底座56b悬置且由第一底座56a及第二底座56b完全支撑。
横梁部分64经配置以偏斜，以便促进梭16在其纵长方向(即，在“y”方向)上的移动。具体来说，如图1、3、5A及6A中所描绘，当横梁部分64在其中立或未偏斜位置中时，梭16处于其开放位置中。当驱使梭16在“+y”方向上时，横梁部分64通过如下文所讨论在致动器部分14中产生的静电力朝向其闭合位置偏斜。图5B及6B中展示在其偏斜状态中的横梁部分64。
如图3、6A及6B中所展示，梭16的第二部分53b包含采用指状部74形式的两个凸出物。指状部74位于第二部分53b的相对侧，且大体上上垂直于主体52的纵长方向(即，在“+/-x”方向上)延伸。梭16经配置使得当梭16在其开放位置中时，指状部74中的一者面对第一内导体34且通过气隙76与第一内导体34间隔开。当梭16在其开放位置中时，另一指状部74面对第二内导体36且通过另一气隙76与第二内导体36间隔开。气隙76内的空气充当在梭16在其开放位置中时将指状部74与第一内导体34及第二内导体36电隔离的电介质绝缘体。
如图6B中所展示，当指状部74移动进入与其相关联的第一内导体34及第二内导体36的接触时，梭16向其闭合位置的移动引起指状部74中的每一者横贯及闭合相关联气隙76。当指状部74与第一内导体34或第二内导体36接触时，导电指状部74及主体52的毗连的第二部分53b因此桥接气隙76，借此，在第一内导体34与第二内导体36之间建立电接触。
当梭16在其开放位置时，气隙44、76充当将第一内导体34与第二内导体36电隔离的电介质绝缘体。如图6A中所展示，尽管梭16的第二部分53b延伸穿过在第一内导体34的末端38与第二内导体36的末端40之间的气隙44，但第二部分53b不与末端38、40中的任一者接触。因此，当梭16在其开放位置时，电流不经由第二部分53b在第一内导体34与第二内导体36之间传输。
如图6B中所展示，当梭16在闭合位置时，通过桥接气隙76，梭16电连接第一内导体34及第二内导体36，借此闭合开关10使得电流可通过由第一内导体34及第二内导体36及梭16的第二部分53b形成的信号路径流动通过开关10。
如图1及3到6B中所描绘，主体52的第二部分53b毗连主体52的电绝缘第一部分53a及第三部分53c。第一部分53a将第二部分53b与导电第一底座56a电隔离。第三部分53c将第二部分53b与导电第四部分53d电隔离。因此，通过开关10的信号路径的电隔离经由第一内导体34及第二内导体36与接地外壳28的邻近内部表面之间的气隙50来实现；且经由梭16的第一部分53a及第三部分53c来实现。
如图1及4中所展示，开关10的致动器部分14包含主体80、第一引线82及第二引线83。主体80包含两个支柱86及毗连顶部部分88。支柱86形成为导电材料的第一 层及第二层的部分。顶部部分88形成为导电材料的第三层的部分。如图1中所展示，支柱86安置于衬底26上，在接地平面27的相对侧上。因此，主体80跨过接地平面27且不与接地平面27进行机械接触或电接触。
如图1、5A及5B中所描绘，主体80的顶部分88包含第一半部90a及第二半部90b。如图1中所展示，第一半部90a与支柱86中的一者相关联，且第二半部90b与另一支柱86相关联。第一半部90a及第二半部90b定位于梭16的第四部分53d的相对侧上。第一半部90a及第二半部90b各自包含采用大体上在“x”方向上延伸的指状部92形式的三个凸出物。指状部92的最佳数目取决于应用，且可随着因素(例如将梭16移动到其闭合位置所需的力的量)变化。
如图1、5A及5B中所说明，梭16的主体52的第四部分53d包含采用大体上在“x”方向上延伸的指状部96的形式的六个凸出物。指状部96中的三者安置于第四部分53d的第一侧面上，且指状部96的另三者安置于第四部分53d的另一侧面上。第四部分53d及主体80的第一半部90a及第二半部90b经配置使得指状部92及指状部96交错或交叉，即，指状部92、96沿着“y”方向以交替样式布置。此外，如图5A中所描绘，指状部96中的每一者定位成接近相关联指状部92中的一者，且当梭16在其开放位置中时，通过例如约50μm的间隙与相关联指状部92分离。
致动部分14的第一引线82及第二引线83各自具有第一部分98a及毗连的第二部分98b。在图1及4中描绘第一部分98a；在图4、8、9及11中展示第二部分98b。第一部分98a及第二部分98b在大体上垂直的方向上延伸。如图1中所展示，第一部分98a安置于衬底26上，且形成为导电材料的第一层的部分。第一引线82的第一部分98a毗连与主体80的顶部部分88的第一半部90a相关联的支柱86。第二引线83的第一部分98a毗连与顶部部分88的第二半部90b相关联的支柱86。
如图4、8、9及11中所描绘，第一引线82的第二部分98b与形成于衬底26中的另一金属化通孔102对齐且安置于形成于衬底26中的另一金属化通孔102中。同样地，第二引线83的第二部分98b与成于衬底26中的额外金属化通孔102对齐且安置于形成于衬底26中的额外金属化通孔102中。当形成开关10的第一层时，形成第二部分98b的材料沉积于相关联通孔102中。
第一引线82及第二引线83经由第二部分98b与通孔102的涂层104电接触。与这些通孔102中的每一者相关联的涂层104毗连形成于衬底26的下表面上的相关联的导电垫(未展示)。所述垫电连接到电压源，例如，120伏直流(DC)电压源(未展示)。因此，经由这些垫及相关联通孔102的涂层104可将电力输送到第一引线82及第二引线83的 第二部分98b。
因为顶部分88的第一半部90a及第二半部90b与其相关联支柱86接触，所以第一引线82及第二引线83的通电导致包含指状部92的第一半部90a及第二半部90b的通电。如下文，归因于在梭16与致动器部分14之间的所得静电吸引，使第一引线82及第二引线83经受电压引起梭16从其开放位置移动到其闭合位置，且保持在闭合位置中。如上文所讨论，梭16的第一部分53a毗连第一底座56a的横梁部分64，且梭16的第四部分53d毗连第二底座56b的横梁部分64，使得梭16从第一底座56a及第二底座56b悬置。如图5A及6A中所描绘，当梭16在其开放位置时，横梁部分64在其中立或未偏斜位置中。此外，梭16的第四部分53d经由第二底座56b电连接到接地平面27，且通过梭16的第三部分53c与梭16的第二部分53b电隔离。第四部分53d(包含其指状部96)因此始终保持在接地或零电位状态。
如上文所讨论，使致动器部分14的第一引线82及第二引线83经受电压电位导致指状部92的通电。通电指状部92充当电极，即，归因于指状部92所经受的电压电位，在每一指状部92周围形成电场。通电指状部92中的每一者与接地梭16上的其相关联指状部96足够靠近而定位，以便使相关联指状部96经受由指状部92周围的电场造成的静电力。静电力将指状部96吸引到其对应指状部92。
作用于六个指状部96的净静电力在“+y”方向上驱使梭16。如图5B及6B中所展示，在指状部92通电之前在其中立或未偏斜状态中的第一底座56a及第二底座56b的横梁部分64经配置以响应于此力而偏斜，借此，允许悬置梭16在“+y”方向上移动到其闭合位置。
壳体100完全覆盖开关10的其它组件，且与衬底26一起将开关10的内部组件气密密封以使其不受周围环境影响。如下文所讨论，壳体100在经受真空时被密封，以最小化或消除壳体100内水分及其它污染物的存在。因此，壳体100保护开关10的内部组件免受环境污染物影响，且免受潜在由敲击、挤压或另外通过其它物体干扰开关10引起的机械损害。
如图1及7到9中所展示，壳体100的通常沿着开关10的其余部分的外部轮廓。此外，如图8、9及26A到26C中可见，壳体100不与开关10的内部组件接触，且壳体100的邻近表面与开关10的其它组件以约等于铜材料的一层的厚度的距离间隔开。因为开关10的内部组件由五层铜材料组成，因此壳体100由七层铜材料形成，使得壳体100在其最高点覆盖内部组件，同时以约等于一层的厚度的距离与内部组件保持间隔开。壳体100的轮廓配置与在壳体100与开关10的内部组件之间的最小间隔组合帮助最小化 壳体100的整体尺寸覆盖区。
此外，将开关10的电互连与衬底26用上文描述方式集成免除使开关10装备有连接器或其它用于建立与其它组件的必需电接触的独立特征的任何需要。本文所描述的互连方法可借此帮助最小化开关10的尺寸覆盖区及复杂性，且还帮助最小化危害通过壳体100及衬底26形成的气密密封的可能性。
使用用于产生三维微结构(包含同轴传输线)的已知处理技术可制作开关10及其替代实施例。例如，第7,898,356号及第7,012,489号美国专利中所描述的处理方法(其揭示内容以引用的方式并入本文中)可经调适且应用于开关10及其替代实施例的制作。
根据图14A到29C中所描绘的以下方法，可同时形成壳体100及开关10的其它组件。壳体100及开关10的内部组件通过在连续基础上沉积形成开关10的七层铜材料来制造。
铜材料的第一(或最下)层形成接地平面27的主要部分29a；第一及第二内导体34、36的第二部分39b的部分；致动器部分14的主体80的每一支柱86的一部分；及致动器部分14的第一引线82及第二引线83的第一部分98a的部分。如图7、8及9中所展示，铜材料的第一层还形成壳体100的侧面101a的部分。如图14A到14C中所展示，通过利用掩模或其它合适构件选择性地将第一光致抗蚀剂层200涂覆到衬底26的上表面来形成第一层，使得仅上表面的暴露部分对应于接地平面27、支柱86、引线82、83及壳体100的侧面101a所位于的位置。
铜材料随后沉积于衬底26的暴露部分至预定厚度，以形成如图15A到15C中所展示的铜材料的第一层。使用合适技术(例如化学气相沉积(CVD))完成铜材料的沉积。其它合适技术(例如物理气相沉积(PVD)、溅镀或电镀)可在替代例中使用。新形成的第一层的上表面可使用合适技术(例如化学机械平坦化(CMP))来平坦化。
如图14C中可见，每一通孔102的上部末端位于衬底26的暴露部分内。因此，当铜材料的第一层沉积于衬底26上时，暴露通孔102。如图15C中所说明，因为沉积第一层，因此通孔102填充有铜材料，借此形成接地平面27的支柱29b及第一引线82及第二引线83的第二部分98b，且部分形成第一内导体34及第二内导体36的第二部分39b。
铜材料的第二层形成接地外壳28的侧面的部分；第一及第二内导体34、36的第二部分39b的另一部分；每一支柱86的另一部分；第一引线82及第二引线83的第一部分98a的另一部分；及第一底座56a及第二底座56b中的每一者的基底62。铜材料的第二层还形成壳体100的侧面101a的额外部分。如图16A到16C中所展示，使用掩模或 其它合适技术，通过在部分构造开关10上及在先前涂覆的第一光致抗蚀剂层200上以第二光致抗蚀剂层202的所要形状图案化额外光致抗蚀剂材料来形成第二光致抗蚀剂层202，使得仅部分构造开关10上的暴露区域对应于开关10的上文提及部分所位于的位置。铜材料随后沉积于开关10的暴露部分上到预定厚度以形成如图17A到17B中所展示的铜材料的第二层。接着使开关10的新形成部分的上表面平坦化。
如图18B及18C中所展示，形成突片37的电介质材料接着沉积及图案化于先前形成的光致抗蚀剂层的顶部上。在形成突片37之前或之后，如图18A中所展示，形成梭16的主体52的第一部分53a及第三部分53c的电介质材料沉积及图案化于先前形成的光致抗蚀剂层的顶部上。
铜材料的第三层形成接地外壳28的侧面的额外部分；第一及第二内导体34、36的第一部分39a；梭16的主体52的第二部分53b及第四部分53d；第一底座56a及第二底座56b的横梁部分64；及致动器部分14的主体80的顶部部分88。铜的第三层还形成壳体100的侧面101a的额外部分。如图19A到19C中所展示，利用掩模或其它合适构件，通过在部分构造开关10上及在第二光致抗蚀剂层202上以第三光致抗蚀剂层204的所要形状图案化额外光致抗蚀剂材料来将第三光致抗蚀剂层204应用于部分构造开关10，使得仅在部分构造开关10上的暴露区域对应于上文提及组件所位于的位置。随后铜材料沉积于开关10的暴露部分上到预定厚度以形成如图20A到20C中所展示的铜材料的第三层。接着可使开关10的新形成部分的上表面平坦化。
铜材料的第四层形成接地外壳28的侧面的额外部分及壳体100的侧面101a的额外部分。铜材料的第五层形成接地外壳28的顶部及壳体100的顶部101b的部分。以与第一层、第二层及第三层类似的方式形成第四层及第五层。具体来说，如图21A到21C中所展示，利用掩模或其它合适构件，通过将额外光致抗蚀剂材料应用于部分构造开关10且应用于第三光致抗蚀剂层204上来形成第四光致抗蚀剂层206。接着在暴露区域上沉积额外铜材料以形成如图22A到22C中所展示的开关10的第四层。随后，如图23A到23C中所展示，利用掩模或其它合适构件，通过将额外光致抗蚀剂材料应用于部分构造开关10，且应用于第四光致抗蚀剂层206上来形成第五光致抗蚀剂层208。接着将额外铜材料沉积于未掩蔽区域上以形成如图24A到24C中所展示的开关10的第五层。在应用铜材料的第四层及第五层中的每一者后，可使开关10的新形成部分的上表面平坦化。
第五光致抗蚀剂层208经配置使得孔110形成于对应于壳体100的顶部101b的第五层的部分中。如下文所讨论，在开关10的制造过程的随后步骤中填充孔110。在图7 到9中描绘孔110。孔110可具有(例如)10μm的直径。孔110的整体数目及位置可不同于本文所揭示的整体数目及位置。
铜材料的第六层形成壳体100的侧面101a的额外部分。铜材料的第七层形成壳体100的顶部101b的额外部分。以类似于第一到第五层的方式形成第六层及第七层。具体来说，如图25A到25C中所展示，利用掩模或其它合适构件，通过将额外光致抗蚀剂材料应用于部分构造开关10且应用于第五光致抗蚀剂层208上来形成第六光致抗蚀剂层210。接着将额外铜材料沉积于暴露区域上以形成如图26A到26C中所展示的壳体100的第六层。如图27A到27C中所展示，随后通过将额外光致抗蚀剂材料应用于部分构造开关10且应用于第六光致抗蚀剂层210上来形成第七光致抗蚀剂层212。接着将额外铜材料沉积于暴露区域以形成如图28A到28C中所展示的壳体100的第七层。在应用第六层及第七层中的每一者后，使壳体100的新形成部分的上表面平坦化。如图7到9中所展示，第七光致抗蚀剂层212经配置使得额外孔110形成于对应于第七层的壳体100的顶部101b的部分中。
如图29A到29C中所描绘，应用铜材料的第七层后，将从掩蔽步骤中的每一者剩余的光致抗蚀剂材料释放或另外移除。例如，通过使光致抗蚀剂材料暴露到引起光致抗蚀剂材料溶解的适当溶剂下来完成光致抗蚀剂材料的移除。经由形成于壳体100中的孔110将溶剂引入壳体100的内部。可经由孔110从壳体100内的体积清除经溶解光致抗蚀剂剂及溶剂。
随后填充壳体100中的孔110以使开关10的内部组件与周围环境隔离。具体来说，可将开关10放置于腔室120中，所述腔室120经配置以在部分真空下通过合适技术(例如溅镀沉积)将金属薄膜涂覆到壳体100。在图13中描绘腔室120。一旦放置于腔室120中的开关10被密封，部分真空，例如，10-6托，即刻被排出腔室120。将溅镀气体121引入腔室中以从腔室120内的溅镀靶材122释放出金属材料，例如，铜。释放出的铜材料在孔110内(及在壳体100的外表面上)形成薄膜层。孔110内的薄膜层最终变厚以便填充于孔110中，借此在壳体100内部与周围环境之间形成不透气屏障。
仅出于示范性目的揭示使用溅镀沉积工艺来填充孔110。可在替代例中使用其它合适技术，包含其它类型的物理气相沉积(PVD)及化学气相沉积(CVD)工艺。

Claims (5)

1.一种微小化开关，其包括：
衬底，其具有安置于其上的接地平面；
导电外壳，其安置于所述接地平面上以界定通道；
第一电导体，其通过第一电绝缘支撑件而悬置于所述通道内，所述第一电绝缘支撑件桥接所述第一电导体和所述导电外壳之间的间隙；
第二电导体，其通过第二电绝缘支撑件而悬置于所述通道内且与所述第一电导体间隔开，所述第二电绝缘支撑件桥接所述第二电导体和所述导电外壳之间的间隙；
接触元件，其能够在第一位置与第二位置之间移动，其中在所述第一位置处所述接触元件与所述第一电导体及所述第二电导体间隔开且电隔离；在所述第二位置处所述接触元件接触所述第一电导体及所述第二电导体；及
壳体，其安装于所述衬底上以共同界定气密密封体积；其中所述导电外壳、所述第一电导体及所述第二电导体及所述接触元件安置于所述气密密封体积内以通过一间隙而与所述壳体间隔开。
2.根据权利要求1所述的微小化开关，其中所述壳体包括导电材料层。
3.根据权利要求1所述的微小化开关，其中所述衬底具有在其中的金属化通孔且所述接地平面具有安置在所述衬底上的主要部分以及安置在所述通孔内的支柱。
4.根据权利要求1所述的微小化开关，其中所述衬底具有在其中的金属化通孔且所述第一电导体的一部分安置在所述通孔内。
5.根据权利要求2所述的微小化开关，其中所述导电外壳的顶部与所述壳体的顶部间隔开。
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