CN111508781A - 一种mems开关结构 - Google Patents

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卞经纬
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    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
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    • H—ELECTRICITY
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    • H01H9/30—Means for extinguishing or preventing arc between current-carrying parts

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Abstract

本发明公开了一种MEMS开关结构，包括MEMS开关组件和上盖，其中所述MEMS开关组件包括基底，多晶硅层，电介质层，埋设在所述电介质层内的第一导体和第二导体，位于电介质层上的控制电极和悬臂梁，固定触点和可动触点；所述上盖设置在所述MEMS开关组件外围，用于密封所述MEMS开关组件，其包括位于最底层的临接层，位于所述临接层上的键合层及位于所述键合层上的圆片封冒，所述圆片封冒具有凹槽，所述MEMS开关组件位于凹槽内部，密封的圆片封冒内部充有灭弧气体。本发明通过优化MEMS开关结构，将MEMS开关组件设置在圆片封冒内部，并采用灭弧气体充满MEMS开关周围，降低了电弧产生的时间和几率，提高了MEMS开关的稳定性和寿命。

Description

一种MEMS开关结构
技术领域
本发明属于微机电系统(MEMS)领域，尤其涉及一种MEMS开关。
背景技术
微机电系统(MEMS)是在微电子技术的基础上发展起来的，MEMS开关具有成本低、体积小、重量轻、可靠性高等优点，在军用、民用领域和微波集成电路中具有广泛的应用。MEMS开关体积小，触点之间距离非常接近，在触点状态切换时，容易出现电弧，造成MEMS开关短路或由于损坏而断路。另外，MEMS开关含有可动结构，容易收到外界环境的影响，因此需要采用封装的形式将其保护以提高MEMS开关的稳定性和寿命，封装的过程需保护MEMS开关不受到破坏。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术中的不足，提供一种MEMS开关。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种MEMS开关，包括MEMS开关组件和上盖，其中所述MEMS开关组件包括基底，位于所述基底上的多晶硅层，位于所述多晶硅层上的电介质层，埋设在所述电介质层内的第一导体和第二导体，与所述第二导体连接的固定触点，位于电介质层上的控制电极和悬臂梁，设置在所述悬臂梁前端并且与所述固定触点相对的可动触点；所述上盖设置在所述MEMS开关组件外围，用于密封所述MEMS开关组件，其包括位于最底层的临接层，位于所述临接层上的键合层及位于所述键合层上的圆片封冒，所述圆片封冒具有凹槽，所述MEMS开关组件位于凹槽内部，密封的圆片封冒内部充有灭弧气体。
优选地，所述基底材料为硅，所述电介质层材料为二氧化硅。
优选地，所述悬臂梁相对于所述固定触点的另一端具有固定端，所述固定端通过第一导通孔与所述第一导体连接，所述固定触点通过第二导通孔与所述第二导体连接。
优选地，所述固定端还包括一个固定脚，固定脚上设置有一个支撑部，所述支撑部支撑所述悬臂梁。
优选地，所述上盖和所述MEMS开关组件的电介质层对准键合。
优选地，所述固定触点和所述可动触点材料为金，所述圆片封冒的材料为硅。
优选地，所述临接层采用氮化硅。
优选地，所述灭弧气体采用六氟化硫或六氟乙烷。
本发明与现有技术相比取得的有益效果为：
本发明通过优化MEMS开关结构，将MEMS开关组件设置在圆片封冒内部，并采用灭弧气体充满MEMS开关周围，降低了电弧产生的时间和几率，提高了MEMS开关的稳定性和寿命。
附图说明
为了能更进一步了解本发明的特征以及技术内容，请参阅以下有关本发明的详细说明与附图，然而附图仅提供参考与说明用，并非用来对本发明加以限制。
附图中，
图1为本发明实施例提供的MEMS开关的结构示意图。
图中各附图标记含义如下。
MEMS开关1，MEMS开关组件2，上盖3，基底4，多晶硅层5，电介质层6，第一导体7，第二导体8，固定触点9，控制电极10，悬臂梁11，可动触点12，临接层13，键合层14，圆片封冒15，凹槽16，固定端17，固定脚18，支撑部19，第一导通孔20，第二导通孔21。
具体实施方式
下面对本发明技术方案进行详细说明，所述实施例的示例在附图中示出，但是本发明的保护范围不局限于所述实施例。
如图1所示，MEMS开关1包括MEMS开关组件2和上盖3，其中所述MEMS开关组件2包括基底4，通常基底材料选用硅，在所述基底4沉积形成的多晶硅层5，多晶硅层5使MEMS开关的高频性能得到提高。
电介质层6位于所述多晶硅层5上，通常电介质层6材料选用二氧化硅，埋设在所述电介质层6内的第一导体7和第二导体8，电介质层6由两层构成，第一导体7和第二导体8通过沉积、掩膜和光刻工艺形成于电介质层6内部，第一导体7和第二导体8的厚度为2μm。
固定触点9与所述第二导体8固定连接，控制电极10和悬臂梁11位于电介质层6上，控制电极10位于悬臂梁11中间相对的下部，可动触点12设置在所述悬臂梁11前端并且与所述固定触点9相对。
所述上盖3设置在所述MEMS开关组件2外围，用于密封所述MEMS开关组件2，其包括位于最底层的临接层13，位于所述临接层13上的键合层14及位于所述键合层14上的圆片封冒15，所述圆片封冒15具有凹槽16，凹槽16的深度为45μm，所述MEMS开关组件2位于凹槽16内部，密封的圆片封冒15内部充有灭弧气体。
所述悬臂梁11相对于所述固定触点9的另一端具有固定端17，所述固定端17具有一个固定脚18，所述固定脚18上设置有一个支撑部19，所述支撑部19垂直于电介质层6，所述固定端17通过所述支撑部19支撑所述悬臂梁11，所述固定端17通过第一导通孔20与所述第一导体7连接，所述固定触点9通过第二导通孔21与所述第二导体8连接，另外，所述固定端17和所述固定触点9也可以通过多个导通孔分别与第一导体7和第二导体8连接，采用多个导通孔可以防止生产工艺中产生瑕疵导致导体之间连接不畅。悬臂梁11与电介质层6之间的距离为9μm，固定触点9与可动触点12之间的距离为3μm，所述固定端17的材料选用导电材料，比如铜或铝。
所述上盖和所述MEMS开关组件的电介质层对准键合，将上盖与电介质层上的键合标记对准夹持固定，送入键合机中进行键合。
所述固定触点9和所述可动触点12的材料为金，也可以选用铜或铝，都具有良好的导电能力。
所述圆片封冒15的材料为硅，所述临接层13采用氮化硅。
所述灭弧气体采用六氟化硫或六氟乙烷，两者都有较好的消弧能力，能够有效降低电弧的存在时间。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种MEMS开关，其特征在于，包括MEMS开关组件和上盖，其中所述MEMS开关组件包括基底，位于所述基底上的多晶硅层，位于所述多晶硅层上的电介质层，埋设在所述电介质层内的第一导体和第二导体，与所述第二导体连接的固定触点，位于电介质层上的控制电极和悬臂梁，设置在所述悬臂梁前端并且与所述固定触点相对的可动触点；所述上盖设置在所述MEMS开关组件外围，用于密封所述MEMS开关组件，其包括位于最底层的临接层，位于所述临接层上的键合层及位于所述键合层上的圆片封冒，所述圆片封冒具有凹槽，所述MEMS开关组件位于凹槽内部，密封的圆片封冒内部充有灭弧气体。
2.根据权利要求1所述的MEMS开关，其特征在于，所述基底材料为硅，所述电介质层材料为二氧化硅。
3.根据权利要求2所述的MEMS开关，其特征在于，所述悬臂梁相对于所述固定触点的另一端具有固定端，所述固定端通过第一导通孔与所述第一导体连接，所述固定触点通过第二导通孔与所述第二导体连接。
4.根据权利要求3所述的MEMS开关，其特征在于，所述固定端还包括一个固定脚，固定脚上设置有一个支撑部，所述支撑部支撑所述悬臂梁。
5.根据权利要求4所述的MEMS开关，其特征在于，所述上盖和所述MEMS开关组件的电介质层对准键合。
6.根据权利要求5所述的MEMS开关，其特征在于，所述固定触点和所述可动触点材料为金，所述圆片封冒的材料为硅。
7.根据权利要求6所述的MEMS开关，其特征在于，所述临接层采用氮化硅。
8.根据权利要求7所述的MEMS开关，其特征在于，所述灭弧气体采用六氟化硫或六氟乙烷。
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Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5405808A (en) * 1993-08-16 1995-04-11 Lsi Logic Corporation Fluid-filled and gas-filled semiconductor packages
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CN105047484A (zh) * 2014-04-25 2015-11-11 亚德诺半导体集团 Mems开关

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