NO338423B1 - Forbedret mikroelektromekanisk variabel kondensatorinnretning og fremgangsmåte for å fremstille det samme - Google Patents
Forbedret mikroelektromekanisk variabel kondensatorinnretning og fremgangsmåte for å fremstille det samme Download PDFInfo
- Publication number
- NO338423B1 NO338423B1 NO20074080A NO20074080A NO338423B1 NO 338423 B1 NO338423 B1 NO 338423B1 NO 20074080 A NO20074080 A NO 20074080A NO 20074080 A NO20074080 A NO 20074080A NO 338423 B1 NO338423 B1 NO 338423B1
- Authority
- NO
- Norway
- Prior art keywords
- substrate
- actuator
- mems
- contact
- variable capacitor
- Prior art date
Links
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 title claims description 30
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title description 6
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims description 58
- 238000001465 metallisation Methods 0.000 claims description 3
- QUCZBHXJAUTYHE-UHFFFAOYSA-N gold Chemical compound [Au].[Au] QUCZBHXJAUTYHE-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 1
- 229910052451 lead zirconate titanate Inorganic materials 0.000 description 16
- 239000000463 material Substances 0.000 description 15
- 239000010409 thin film Substances 0.000 description 15
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 12
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical group [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 11
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 11
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 11
- 238000000034 method Methods 0.000 description 10
- 239000010931 gold Substances 0.000 description 8
- PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N gold Chemical compound [Au] PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 7
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 description 7
- 229910000679 solder Inorganic materials 0.000 description 6
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N aluminium oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 5
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 5
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 5
- 230000008569 process Effects 0.000 description 5
- 239000004593 Epoxy Substances 0.000 description 4
- 239000000839 emulsion Substances 0.000 description 4
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 4
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 3
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 3
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 3
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 3
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 3
- 230000010363 phase shift Effects 0.000 description 3
- 230000006835 compression Effects 0.000 description 2
- 238000007906 compression Methods 0.000 description 2
- 238000000151 deposition Methods 0.000 description 2
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 2
- 239000003989 dielectric material Substances 0.000 description 2
- HFGPZNIAWCZYJU-UHFFFAOYSA-N lead zirconate titanate Chemical compound [O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[Ti+4].[Zr+4].[Pb+2] HFGPZNIAWCZYJU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 150000004767 nitrides Chemical class 0.000 description 2
- 229920002120 photoresistant polymer Polymers 0.000 description 2
- 238000007747 plating Methods 0.000 description 2
- 125000006850 spacer group Chemical group 0.000 description 2
- JBRZTFJDHDCESZ-UHFFFAOYSA-N AsGa Chemical compound [As]#[Ga] JBRZTFJDHDCESZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910001218 Gallium arsenide Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 1
- 230000008602 contraction Effects 0.000 description 1
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 230000003071 parasitic effect Effects 0.000 description 1
- 238000007639 printing Methods 0.000 description 1
- 239000010453 quartz Substances 0.000 description 1
- 239000000523 sample Substances 0.000 description 1
- 238000007650 screen-printing Methods 0.000 description 1
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N silicon dioxide Inorganic materials O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000003466 welding Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01G—CAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES, LIGHT-SENSITIVE OR TEMPERATURE-SENSITIVE DEVICES OF THE ELECTROLYTIC TYPE
- H01G5/00—Capacitors in which the capacitance is varied by mechanical means, e.g. by turning a shaft; Processes of their manufacture
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01G—CAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES, LIGHT-SENSITIVE OR TEMPERATURE-SENSITIVE DEVICES OF THE ELECTROLYTIC TYPE
- H01G2/00—Details of capacitors not covered by a single one of groups H01G4/00-H01G11/00
- H01G2/14—Protection against electric or thermal overload
- H01G2/18—Protection against electric or thermal overload with breakable contacts
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01G—CAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES, LIGHT-SENSITIVE OR TEMPERATURE-SENSITIVE DEVICES OF THE ELECTROLYTIC TYPE
- H01G5/00—Capacitors in which the capacitance is varied by mechanical means, e.g. by turning a shaft; Processes of their manufacture
- H01G5/16—Capacitors in which the capacitance is varied by mechanical means, e.g. by turning a shaft; Processes of their manufacture using variation of distance between electrodes
- H01G5/18—Capacitors in which the capacitance is varied by mechanical means, e.g. by turning a shaft; Processes of their manufacture using variation of distance between electrodes due to change in inclination, e.g. by flexing, by spiral wrapping
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01P—WAVEGUIDES; RESONATORS, LINES, OR OTHER DEVICES OF THE WAVEGUIDE TYPE
- H01P1/00—Auxiliary devices
- H01P1/10—Auxiliary devices for switching or interrupting
- H01P1/12—Auxiliary devices for switching or interrupting by mechanical chopper
- H01P1/127—Strip line switches
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01P—WAVEGUIDES; RESONATORS, LINES, OR OTHER DEVICES OF THE WAVEGUIDE TYPE
- H01P11/00—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing waveguides or resonators, lines, or other devices of the waveguide type
- H01P11/001—Manufacturing waveguides or transmission lines of the waveguide type
- H01P11/003—Manufacturing lines with conductors on a substrate, e.g. strip lines, slot lines
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Micromachines (AREA)
- Semiconductor Integrated Circuits (AREA)
- Fixed Capacitors And Capacitor Manufacturing Machines (AREA)
- Mechanical Light Control Or Optical Switches (AREA)
Description
Den foreliggende oppfinnelse vedrører elektriske og elektroniske komponenter, kretser og innretninger. Mer spesifikt vedrører den foreliggende oppfinnelse elektriske og elektroniske komponenter realisert med mikro-elektro-mekaniske (MEMS) innretninger.
Ulike elektriske og elektroniske innretninger realiseres i MEMS teknologi. MEMS teknologi tilbyr lavere tap enn konvensjonelle realiseringer av diskrete komponenter. For visse typer av komponenter slik som variable kondensatorer har tidligere MEMS utførelser dessverre ikke fult utnyttet fordelene ved lavtappotensialet ved MEMS teknologi. Disse tidligere tilnærmelser har vært noe tapsbeheftet på grunn av parasittiske effekter forbundet med aktueringsmekanismen av MEMS innretningene.
Videre har tidligere MEMS utførelser brukt elektrostatisk aktuering og bimetallstripe-tilnærminger. Dessverre er elektrostatisk tiltrekning upraktisk for en variabel kondensatorrealisering og bimetalltilnærmingen er blitt funnet å være for treg og krever for mye effekt.
Derfor eksisterer det et behov i faget for en forbedret variabel kondensatorutførelse realisert med MEMS teknologi. Dette behovet ble møtt av læren ifølge US patentsøknad nr. 10/294,413 med tittel: Mikroelektromekanisk systeminnretning med piezoelektrisk tynnfilmaktuator, innlevert 14. november, 2002 av J. Park et al., og læren deri er herved inkorporert med henvisning dertil. Søknaden beskriver og krever en radiofrekvens MEMS innretning med en piezoelektrisk tynnfilmaktuator lagt over et substrat og ledende humper som fungerer som avstandsstykke. I en utførelsesform beskrives innretningen som å være anvendbar som en avstembar kondensator, der mellomelektrodeavstanden mellom en ledende baneelektrode og en RF baneelektrode styrbart varieres av en aktuatorbjelke for å være i stand til å selektivt variere kapasitansen mellom elektrodene.
Disse innretningene, kjent som "inversbrikke" på grunn av opp-ned-orienteringen relativt til konvensjonelle design, sammenstilles typisk ved hjelp av silketrykk av loddepasta eller ledende epoksy og gjensmeltes (fra faguttrykket reflow) ved temperaturer over 150°C. Dessverre kan disse fremgangsmåtene ikke brukes i anvendelser som krever streng styring av høydegapet mellom inversbrikken og substratet som inversbrikken er montert på. Høyden styres ikke bra fordi volumet av pasta eller loddematerialet har for stor variabilitet og en gjennomført høyde kan ikke oppnås. Dette er særskilt problematisk med hensyn til konstruksjonen av avstembare kondensatorer.
De fleste forsøkene på å styre høydekravene omfattet anstrengelser for å utvikle bedre, mer gjennomførte humper eller ved å styre volumet av silketrykt materiale. Humpeprosessen er en prosess som innbefatter mange variabler som er vanskelig å styre. Humpene pletteres ofte ved å bruke pulsplettering og kontrolleres forholdsvis ofte for å oppnå optimal høyde. Som et alternativ poleres humpene etterpå til en spesifikk høyde. Dette kan resultere i en veldig uniform hump-til-hump høyde, men kompenserer ikke for volum variasjonen av den silketrykte loddepastaen eller ledende epoksyen.
Det silketrykte materialet avhenger i stor grad på toleransene ved enten den maskinerte stensilen eller emulsjonen på masken. Lasermaskinerte eller kjemisk etsede stensiler vil typisk ha en toleranse på 0,254 um (+/- 0,001 mil.), som ikke kan resultere i store volumendringer hvis åpningen i stensilen er så liten som 0,08nm. Emulsjonsmasker tilveiebringer inkonsekvent volumdeponering på grunn av maskegittere som vanskeliggjør flyten av materialet.
En annen tilnærming er å sammenstille inversbrikken ved å bruke termisk sammentrykning av hele brikken på valsbare puter. Denne fremgangsmåten resulterer i innretninger som sammenstilles fra ved temperaturer over 150°C, men putehøyden er fortsatt vanskelig å styre.
JP2004221128 viser en variabel kondensator som er spenningsdrevet som tillater den initiale kondensatorverdien og endringsraten til kapasitansen å bli styrt. Et gap-justerende materiale er tilformet på et substrat innbefattende en piezoelektrisk aktuator som er bondet til et andre substrat-
Derfor, selv om de ovenfor henviste anvendelser behandler behovet i faget, gjenstår et behov i faget for en RF MEMS design som er enklere å fremstille og en forbedret tilhørende fremstillingsfremgangsmåte.
Behovet i faget løses ved hjelp av den mikro-elektro-mekaniske innretningen ifølge den foreliggende oppfinnelse og fremgangsmåten for å fremstille det samme. I den illustrerende utførelsesformen innbefatter den oppfinneriske innretningen et første substrat, en første kontakt lagt ut på en første overflate av substratet, en piezoelektrisk aktuator lagt ut over den første overflaten på substratet, en andre kontakt koplet til aktuatoren og lagt ut i nærhet av den første kontakten, og en gapstyringsmekanisme lagt ut mellom substratet og aktuatoren for å begrense bevegelse av den første kontakten relativt til den andre kontakten.
I den eksempelvise utførelsesformen er gapstyringsmekanismen en gapstyringsstopp konstruert av dielektrisk materiale. I praksis benyttes et flertall av stopp. I den eksempelvise utførelsesformen brukes et flertall av termosoniske sondinger til å kople aktuatoren til det første substratet. Et andre substrat er lagt ut over den piezoelektriske aktuatoren. Det andre substratet har brønner over båndingene for å lette anvendelse av båndingsverktøy til båndingene.
Fig. 1 er et tverrsnitt, sett fra siden, av MEMS innretningen beskrevet og krevd i Park et al. Søknaden.
Fig. 2 er et sprengbilde av et tverrsnitt, sett fra siden, av en illustrerende utførelsesform av en MEMS innretning realisert i overensstemmelse med den foreliggende oppfinnelse.
Fig. 3 er et sprengbilde av et tverrsnitt, sett fra siden, av en MEMS innretning ifølge fig. 2.
Fig. 4 er et riss, sett ovenfra, av en enkel MEMS variabel kondensator montert over en CPW overføringslinje i en illustrerende faseskifterrealisering i overensstemmelse med den foreliggende læren. Fig. 5 er et perspektivisk riss som viser en illustrerende realisering av en lastet linjefaseskifte som utnytter MEMS variable kondensatorer i overensstemmelse med den foreliggende læren. Fig. 6 er et riss over en illustrerende realisering av en lastet linjefaseskifte som utnytter MEMS variable kondensatorer ifølge fig. 5. Fig. 7 er et utsnitt av et riss, sett ovenfra, av et kretsutlegg av en 5 seksjon flettet mikrostripekoplet overføringslinjebåndpassfilteret som utnytter de variabel MEMS kondensatorne ifølge den foreliggende oppfinnelse.
Fig. 8 viser et riss for flette mikrostripekoplet overføringslinjebåndpassfilteret ifølge fig. 7.
Illustrerende utførelsesformer og eksempelvise anvendelser vil nå beskrives med henvisning til de vedlagte tegninger for å beskrive den fordelaktige læren ifølge den foreliggende oppfinnelse.
Mens den foreliggende oppfinnelse beskrives heri med henvisning til illustrerende utførelsesformer for særskilte anvendelser, skal det forstås at oppfinnelsen ikke er begrenset dertil. De med vanlig kunnskap i faget og tilgang til læren tilveiebrakt heri vil gjenkjenne ytterligere modifikasjoner, anvendelser, og utførelsesformer innenfor omfanget derav og ytterligere felt hvori den foreliggende oppfinnelse vil være til betydelig nytte.
Fig. 1 er et tverrsnitt, sett fra siden, av MEMS innretningen 10 beskrevet og krevd i Park et al. søknaden. Som i fig. 1, innbefatter innretningen 10 et halvledersubstrat 14, en piezoelektrisk tynnfilmaktuator 16, montert på substratet 14, en ledende baneelektrode 18 drevet av den piezoelektriske tynnfilmaktuatoren 16, ledende humper 22 som er koplet til en ekstern spenningskilde (ikke vist) og tilveiebringer spenningen nødvendig for å drive innretningen 10, et RF kretssubstrat 24, og RF-inn og RF-ut baneelektrode 34 montert på RF kretssubstratet 24 slik at de er rommelig adskilt fra den ledende baneelektroden 18. Den piezoelektriske tynnfilmaktuatoren 16 er fremstilt i forbindelse med halvledersubstratet 14 og overført til RF kretssubstratet 24 ved for eksempel å bruke invers brikketeknologi. Det anmerkes at i den illustrerende utførelsesformen fungerer humpene vist på høyre side i fig. 1 som avstandsstykker, selv om humpene alternativt kunne utgjøre en del av en annen innretning om ønsket.
Den piezoelektriske tynnfilmaktuatoren 16 kan innbefatte et hvilket som helst passende materiale som har piezoelektriske egenskaper, for eksempel, blyzirkonattitanat (PZT).
PZT tynnfilmaktuatoren 16 inkluderer et par elektroder 40 og 42, et piezoelektrisk lag 44 dannet av blyzirkonattitanat (PZT) utlagt mellom elektrodene 40 og 42, og et elastisk lag 50 lagt ut mellom elektroden 40 (den øvre elektroden i fig. 1) og halvledersubstratet 14.
Et isoleringslag 52 er tilveiebrakt tilstøtende det elastiske laget 50 og forhindrer eller i det minste i vesentlig grad reduserer elektrisk lysbuer mellom 40 og 42. PZT tynnfilmaktuatoren 16 har en fiksert nærende 54 tilstøtende halvledersubstratet 14 og en fri fjernende 56 som strekker seg ut inn i et grøftområde 60 i substratet 14. PZT tynnfilmaktuatoren 16 danner således en frigghengende bjelke, som kan beveges innenfor grøftområdet 60.
I den illustrerende eksempelvise utførelsesformen går den ledende baneelektroden på tvers av den langsgående utstrekningen av PZT tynnfilmaktuatoren 16. Således er den ledende baneelektroden perpendikulær på arkets plan. Tilsvarende går RF-inn og RF-ut baneelektrodene 34 på tvers av den langsgående utstrekningen av PZT tynnfilmaktuatoren 16, som vist i fig. 1.
RF MEMS innretningen 10 kan brukes som en svitsj med styrbar forskyvning eller som en avstembar kondensator for å variere kapasitansen mellom elektrodene 34.1 drift endrer RF MEMS innretningen 10 avstanden på gapet mellom den ledende baneelektroden 18 og RF-inn og RF-ut baneelektrodene 34. Mer spesifikt, etterhvert som spenningskilden øker og senker spenningspotensialet pålagt elektrodene 40 og 42, endrer PZ laget 44 sin dimensjon i lengde, dvs. PZT laget 44 hhv. utvider seg og trekker seg sammen. Det elastiske laget 50, i sin omgang, omdanner utvidelsen og sammentrekningen av PZT laget 40 til oppover- og nedoverbevegelse av den fritthengende bjelken eller fjern endedel 56 av PZT tynnfilmaktuatoren 16. Når bøyd nedover, driver den fjerne enden 56 den ledende baneelektroden nærmere eller i kontakt med RF-inn og RF-ut baneelektrodene 32 og 34, når bøyd oppover, driver den fjerne enden 56 den ledende baneelektroden bort fra RF-inn og RF-ut baneelektroden 34.
PZT tynnfilmaktuatoren 16 styrer således aktivt forskyvningen mellom den ledende baneelektroden 18 og RF-inn og RF-ut baneelektrodene 34. Størrelsen på forskyvningen avhenger i hovedsak på drivespenningen, og dimensjonene til PZT tynnfilmaktuatoren 16, innbefattende dimensjonene på PZT laget 44 og det elastiske laget 50.
Når benyttet som en svitsj, kan RF MEMS innretningen 10 lukke mellomrommet mellom den ledende baneelektroden 18 og RF-inn og RF-ut baneelektrodene 32 og 34, og på denne måten skru på svitsjen, eller åpne mellomrommet og således skru av svitsjen. RF MEMS innretningen kan også benyttes som en avstembar kondensator hvori mellomelektrodemellomrommet mellom den ledende baneelektroden 18 og RF-inn og RF-ut baneelektrodene 34 styrbart varieres ved hjelp av PZT tynnfilmaktuatoren 16 for å selektivt variere avstemningskapasitansen derimellom.
Som disse innretningene, som bemerket ovenfor, kjent som "inversbrikker" på grunn av opp ned orienteringen relativ til konvensjonelle design, sammenstilles typisk ved hjelp av silketrykkloddepasta eller ledende epoksy og gjensmeltes (fra den engelske fagterminologi "reflow" ved temperatur over 150°C. Dessverre kan disse fremgangsmåtene ikke brukes i anvendelser som krever streng styring av gaphøyden mellom inversbrikken og substratet den er montert på. Høydestyringen er ikke bra fordi volumet av pasta eller loddematerialet har for stor variabilitet og gjennomført høyde kan ikke oppnås. Dette er særskilt problematisk med hensyn til konstruksjon av avstembare kondensatorer.
De fleste forsøk på å styre høyden har involvert anstrengelser for å utvikle bedre, mer gjennomførte humper eller ved å styre mengden av silketrykt materiale. Humpeprosessen er en prosess som involverer mange variabler som er vanskelig å styre. Humper kompletteres ofte ved å bruke pulsplettering og kontrolleres forholdsvis ofte for å oppå optimal høyde. Som et alternativ poleres humpene etterpå for å oppnå en spesifikk høyde. Dette kan resultere i en veldig uniform hump-til-hump høyde, men kompenserer ikke for variasjonen av volumet av silketrykt loddepasta eller ledende epoksy.
Det silketrykte materialet avhenger i stor grad på toleransene av enten den maskinerte stensilen eller emulsjonen til masken. Lasermaskinert eller kjemisk etsede stensiler vil typisk ha en toleranse på 0,0245 nm (+/- 0,001 mil.), hvilket kan resultere i store volumendringer hvis åpninger i stensilen er små slik som 0,08 nm (0,004). Emulsjonmasker tilveiebringer inkonsistent volumdeponering på grunn av maskegitteret som vanskeliggjør flyt at materialet.
En annen tilnærming er å sammenstille inversbrikken ved å bruke termisk komprimering av hele brikken på valsbare kontaktflater. Denne fremgangsmåten gir innretninger som sammenstilles bra ved temperaturer over 150°C, men putehøyden er fortsatt vanskelig å styre med denne prosessen.
Selv om den ovenfor henviste anvendelse behandler behovet i faget, er det fortsatt et behov i faget for et RF MEMS design som er enklere å fremstille og en forbedret fremstillingsfremgangsmåte for denne. Behovet håndteres ved hjelp av den mikroelektromekaniske innretningen og fremgangsmåte ifølge den foreliggende oppfinnelse.
Fig. 2 er et tverrsnitt, sett fra siden, over en illustrerende utførelsesform av en MEMS innretning 10' i sprengt forhold og realisert i overensstemmelse med den foreliggende oppfinnelsen. Som vist i fig. 2 er designen til den oppfinneriske innretningen 10' i hovedsak lik de tidligere design 10 med unntaket at de ledende humpene er erstattet av puter av gull eller annet passende materiale, gapstopper er inkludert mellom aktuatoren og substratet, og hull er tilveiebrakt i substratet for å lette sveising og bånding.
I den illustrerende utførelsesformen innbefatter derfor den oppfinneriske innretningen 10' et basissubstrat 24 lagt over et metalliseringslag 23 som, avhengig av anvendelsen, kan fungere som en ko-planar bølge (CPW) overføringslinje. I den illustrerende utførelsesformen er basesubstratet fremstilt av alumina. De med ordinær kunnskap i faget vil imidlertid forstå at basen 24 kan realiseres med kvarts, galliumarsenid, Duorid eller
andre passende overføringslinjedielektriske medier.
Overføringslinjen 23 tillater innmating og utmating av radiofrekvens (RF) signalet. En første kontakt 34 er lagt på en øvre overflate av basesubstratet 24. Ifølge utførelsesformen i fig. 1, er en piezoelektrisk aktuator 16 lagt over den øver overflaten på substratet 24. En andre kontakt 18 er koplet til aktuatoren 16 og lagt i nærhet av den første kontakten 34.1 overensstemmelse med den foreliggende læren er en gapstyringsmekanisme lagt mellom basesubstratet 24 og aktuatoren for å begrense bevegelse av den første kontakten relativt til det andre kontakten. I den illustrerende utførelsesformen er gapstyringsmekanismen tilveiebrakt ved hjelp av et flertall av gapstyringsstopp 37 og 39 hvorav kun to er vist i fig. 2.1 den eksempelvise utførelsesformen er gapstyringsstoppene fremstilt av fotoresist eller annet dielektrisk materiale. I praksis brukes et flertall av stopp. De med kunnskap i faget vil forstå at den foreliggende læren ikke er begrenset til antallet, plasseringen eller konstruksjonen av stoppene. I den eksempelvise utførelsesformen brukes et flertall av termosoniske bånder 25 til å kople aktuatoren 16 til basesubstratet 24. Ifølge utførelsesformen i fig. 1 er et andre substrat 14 lagt over den piezoelektriske aktuatoren 16.1 den illustrerende utførelsen er det andre substratet silisium. Imidlertid kan andre materialer brukes og/eller fjernes fullstendig uten å forlate omfanget ifølge den foreliggende oppfinnelse. Det andre substratet 14 har brønner 15 og 17 over båndingene 25 for å lette bruk av båndeverktøy dertil.
Innretningen 10' er fremstilt på silisium og vendt på aluminabasen. Derav betegnelsen "inversbrikke".
En kapasitans utvikles mellom elektrodene 34 på aluminakretsen og på dielektrikumet 18 festet på den piezoelektriske aktuatoren. Tapene er lave fordi kondensator-dielektrikumet er luft og metalliseringen på kondensatorelektrodene er gull. Elektroden på MEMS innretningen er egentlig to elektroder som danner bakside-mot-bakside seriekondensatorer som vist i fig. 6. Med dette trekket eksisterer det ingen RF vei på det piezoelektriske materialet eller silisiumsubstratet hvilket ville redusere inngangstapytelse.
For å fabrikere innretningen 10', i den illustrerende utførelsesformen, spinnes en fotoresist av passende dybde (for eksempel 2 um) på basen 24 og høyden styres (for eksempel til omtrent +/- 20 nm (+/- 200 Ångstrøm)). En fotomaske kan brukes til å anbringe fire stolper nær utkanten av brikken i områder på basesubstratet som vil fungere som gapstoppene. Aluminabasesubstratet 24 plasseres på en båndeinnretning slik som en Hybond Modell 676 ultrasonisk termosonisk trådbånder med en SPT (enkeltpunkt utstående-v-tapp) verktøy 19. Silisiumbrikken plasseres og posisjoneres ved å bruke utsideliggende innstillingsmål på basesubstratet. Etter oppretningen er fullført sveises gull til gull (Au-Au) båndinger 25 gjennom hullene 15 og 17 i silisiumsubstratet 14.
I den illustrerende utførelsesformen gjøres festing og elektrisk tilkopling ved å termosonisk bånde den øvre puten 29 av gullbåndingen 25 på undersiden av aktuatoren 16 til den nedre puten 31 på gullbåndingen 25 på basesubstratet 24 ved å bruke et modifisert kilebåndingsverktøy 19 gjennom hullene i inversbrikkesubstratet. Ved å bånde gjennom hullene i inversbrikkesubstratet utnyttes den termosoniske effekten mer effektivt enn hvis den ble pålagt til toppen av substratet, så på denne måten kan en bedre bånding oppnås.
I en illustrerende utførelsesform er hullene 15, 17 i silisiumsubstratet 14 dyp reaktiv ioneetser til å avdekke nitridlag 50 under gullputene (dette beskrives i den ovenfor henviste Park et al. søknaden. De termosoniske båndeparametrene for den illustrerende utførelsesformen er 150 mW av ultrasonisk effekt, 500 ms varighet, og 286 g kraft. Denne høye kraften, høye effekten, og lange tidsvarigheten er nødvendig for å trenge gjennom nitridlagene på silisiumen og sveise de øvre og nedre putene sammen for å tilveiebringe båndingene 25. Fig. 3 er et tverrsnittsprengriss av en MEMS innretning fra fig. 2. Legg merke til at når sammenstilt er de øvre og nedre putene sveiset sammen for å tilveiebringe båndingene 25 og gapstyringsstoppene strekker seg fullstendig mellom basesubstratet 24 og aktuatoren 16. Fig. 4 er et riss, sett ovenfra, av en enkel MEMS variabel kondensator montert over en CPW overføringslinje 32 i en illustrerende faseskifterrealisering i overensstemmelse med den foreliggende læren. Som vist i fig. 4 er innretningen 10' innrettet ved å bruke 4 innstillingsmål 41. Den oppfinneriske inversbrikken 10' er sikret på basesubstratet (ikke vist) ved å bruke fire båndinger 25 ved dets hjørne. Linjene 43 og 45 muliggjør påføring av aktueringssignaler til den piezoelektriske aktuatoren 16. Det mørke rektanglet i midten av innretningen er kondensatorelektrode opphengt mellom piezoelektriske aktuatorer. I fig. 2-4, legg merke til fjerningen av det øvre silisiumsubstratet 14 i kondensatorområdet slik at intet tapsbeheftet materiale vil være i området av de resonante strukturene. Fig. 5 er et perspektivisk riss som viser en illustrerende realisering av en lastet linjefaseskifter som utnytter MEMS variable kondensatorer i overensstemmelse med den foreliggende læren. I fig. 5 er silisiumsubstratet 14 vist vendt med senterområdet bortetset som beskrevet ovenfor. Under substratet 14 er et flertall av variable kondensatorer 10' utlagt over et substrat 24. En CPW overføringslinje 32 er lagt ut over substratet 24 for å tilveiebringe RF innmatning og utmatning. Fig. 6 er et riss over den illustrerende utførelsesformen av en lastet linjefaseskifter som utnytter MEMS variable kondensatorer i fig. 5. Som det er tydelig fra fig. 6, er CPW overføringslinjer 102 periodisk overspent av de variable kondensatorelektrodene som danner shunt-kondensatorer symmetrisk til begge jordledere. I den illustrerende utførelsesformen brukes 8 kondensatorelektroder. Fig. 7 er et utsnitt, sett ovenfra, av et kretskortutlegg av en 5 seksjon flettet mikrostripe koplet overføringslinje båndpassfilter 200 som utnytter de variable MEMS kondensatorene 10' ifølge den foreliggende oppfinnelse. Fig. 8 viser et riss for flettet mikrostripe koplet overføringslinjebåndpassfilter 200 i fig. 7. Som vist i fig. 7 og 8 tillater variabel kapasitanslasting ved endene av overføringslinjeresonatorene 202-210 (kun liketall) avstemming av senterfrekvensen til passbåndet. Illustrerende posisjoner av de piezoelektrisk aktuerte kondensator-elektrodene er angitt i fig. 7. Ifølge faseskiftekretsen 10 i fig. 5 og 6, er MEMS innretningene montert på et enkelt silisiumsubstrat som vendes på aluminakretsen. Midten av silisiumsubstratet er igjen
bortetset slik at intet tapsbefengt materiale vil være i området til de resonante strukturene. RF signalene innmates til og utmates fra filteret 200 via hhv. den første og femte resonatoren 202 og 210. RF signalene er deretter koplet mellom resonatorene.
På denne måten er den foreliggende oppfinnelse blitt beskrevet heri med henvisning til en særskilt utførelsesform for en særskilt anvendelse. De med vanlig kunnskap i faget og tilgang til den foreliggende læren vil gjenkjenne ytterligere modifikasjoner, anvendelser og utførelsesformer innenfor omfanget derav.
Det er derfor tilsiktet ved de vedlagte krav å dekke enhver og alle slike anvendelser, modifikasjoner og utførelsesformer innenfor omfanget av den foreliggende oppfinnelse.
Claims (3)
1.
Mikro-elektro-mekanisk variabel kondensator, innbefattende: første substrat (24); første kontakt (34) lagt på en første overflate av substratet (24); piezoelektrisk aktuator (16) lagt over den første overflaten på substratet (24); andre kontakt (18) koplet til aktuatoren (16) og lagt i umiddelbar nærhet av den første kontakten (34); gapstyringstopp (37, 39) lagt mellom substratet (24) og aktuatoren (16) for å begrense bevegelse av den første kontakten (34) relativt til den andre kontakten (18); et flertall av båndinger (25) mellom aktuatoren (16) og det første substratet (24); og et andre substrat (14) lagt over den piezoelektriske aktuatoren (16),karakterisertv e d at det andre substratet (14) har brønner (15, 17) over båndingene (25) for å lette anvendelse av et båndeverktøy (19) til nevnte båndinger (25).
2.
Innretning som angitt i krav 1,karakterisert vedat båndingene (25) er termosoniske gull-gull-båndinger.
3.
Innretning som angitt i krav 1,karakterisert vedvidere å innbefatte et metalliseringslag (23) under en andre overflate på det første substratet (24).
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US11/031,950 US7098576B2 (en) | 2005-01-10 | 2005-01-10 | Micro-electrical-mechanical device and method of making same |
PCT/US2006/000069 WO2006076182A1 (en) | 2005-01-10 | 2006-01-03 | Improved micro-electrical-mechanical variable capacitor device and method of making same |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
NO20074080L NO20074080L (no) | 2007-10-03 |
NO338423B1 true NO338423B1 (no) | 2016-08-15 |
Family
ID=36282628
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
NO20074080A NO338423B1 (no) | 2005-01-10 | 2007-08-07 | Forbedret mikroelektromekanisk variabel kondensatorinnretning og fremgangsmåte for å fremstille det samme |
Country Status (10)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US7098576B2 (no) |
EP (1) | EP1836712B1 (no) |
JP (1) | JP4927758B2 (no) |
KR (1) | KR100896612B1 (no) |
AU (1) | AU2006205200B2 (no) |
CA (1) | CA2579572C (no) |
DK (1) | DK1836712T3 (no) |
ES (1) | ES2522281T3 (no) |
NO (1) | NO338423B1 (no) |
WO (1) | WO2006076182A1 (no) |
Families Citing this family (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2006093463A (ja) * | 2004-09-24 | 2006-04-06 | Toshiba Corp | 圧電mems素子及びチューナブルフィルタ |
US7417511B2 (en) * | 2004-12-13 | 2008-08-26 | Lexmark International, Inc. | Modulation circuit with integrated microelectro-mechanical system (MEMS) components |
TWI475581B (zh) * | 2008-11-25 | 2015-03-01 | Thin Film Electronics Asa | 電容器、形成電容器的方法、具有電容器的裝置及製造與使用該等裝置的方法 |
TWI471955B (zh) * | 2011-12-13 | 2015-02-01 | Xintec Inc | 半導體封裝件及其製法 |
CN108281286B (zh) * | 2012-09-20 | 2020-04-07 | 维斯普瑞公司 | 微机电系统(mems)可变电容器装置及相关方法 |
US9136165B2 (en) * | 2013-06-04 | 2015-09-15 | Invensense, Inc. | Methods for stiction reduction in MEMS sensors |
EP3501104B1 (en) * | 2016-08-18 | 2021-06-02 | King Abdullah University Of Science And Technology | Tunable narrow bandpass mems technology filter using an arch beam microresonator |
US10497774B2 (en) | 2017-10-23 | 2019-12-03 | Blackberry Limited | Small-gap coplanar tunable capacitors and methods for manufacturing thereof |
US10332687B2 (en) | 2017-10-23 | 2019-06-25 | Blackberry Limited | Tunable coplanar capacitor with vertical tuning and lateral RF path and methods for manufacturing thereof |
Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2004221128A (ja) * | 2003-01-09 | 2004-08-05 | Murata Mfg Co Ltd | 可変容量素子 |
Family Cites Families (11)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH06232202A (ja) * | 1993-02-01 | 1994-08-19 | Oki Electric Ind Co Ltd | フリップチップicの実装構造 |
US6404063B2 (en) * | 1995-12-22 | 2002-06-11 | Micron Technology, Inc. | Die-to-insert permanent connection and method of forming |
US6212056B1 (en) * | 1999-03-26 | 2001-04-03 | Lucent Technologies Inc. | Micromachined variable capacitor |
JP2001196414A (ja) * | 2000-01-12 | 2001-07-19 | Seiko Epson Corp | 半導体装置、その製造方法および回路基板並びに電子機器 |
US6700299B2 (en) * | 2000-08-09 | 2004-03-02 | Fraunhofer-Gesellschaft Zur Forderung Der Angewandten Forschung E.V. | Assembly having variable capacitance |
JP2002076055A (ja) * | 2000-08-22 | 2002-03-15 | Hitachi Ltd | 半導体装置の実装方法および実装構造 |
JP2003264123A (ja) * | 2002-03-11 | 2003-09-19 | Murata Mfg Co Ltd | 可変容量素子 |
US6784766B2 (en) * | 2002-08-21 | 2004-08-31 | Raytheon Company | MEMS tunable filters |
US7132723B2 (en) * | 2002-11-14 | 2006-11-07 | Raytheon Company | Micro electro-mechanical system device with piezoelectric thin film actuator |
US7372346B2 (en) * | 2003-12-24 | 2008-05-13 | Interuniversitair Microelektronica Centrum (Imec) | Acoustic resonator |
US7323805B2 (en) * | 2004-01-28 | 2008-01-29 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Piezoelectric thin film device and method for manufacturing the same |
-
2005
- 2005-01-10 US US11/031,950 patent/US7098576B2/en active Active
-
2006
- 2006-01-03 AU AU2006205200A patent/AU2006205200B2/en not_active Ceased
- 2006-01-03 EP EP06717294.0A patent/EP1836712B1/en not_active Not-in-force
- 2006-01-03 KR KR1020077015793A patent/KR100896612B1/ko active IP Right Grant
- 2006-01-03 CA CA2579572A patent/CA2579572C/en not_active Expired - Fee Related
- 2006-01-03 WO PCT/US2006/000069 patent/WO2006076182A1/en active Application Filing
- 2006-01-03 JP JP2007550419A patent/JP4927758B2/ja not_active Expired - Fee Related
- 2006-01-03 DK DK06717294.0T patent/DK1836712T3/da active
- 2006-01-03 ES ES06717294.0T patent/ES2522281T3/es active Active
-
2007
- 2007-08-07 NO NO20074080A patent/NO338423B1/no not_active IP Right Cessation
Patent Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2004221128A (ja) * | 2003-01-09 | 2004-08-05 | Murata Mfg Co Ltd | 可変容量素子 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
US7098576B2 (en) | 2006-08-29 |
ES2522281T3 (es) | 2014-11-14 |
DK1836712T3 (da) | 2014-10-27 |
WO2006076182A1 (en) | 2006-07-20 |
KR20070087018A (ko) | 2007-08-27 |
EP1836712B1 (en) | 2014-10-01 |
CA2579572C (en) | 2013-10-08 |
JP4927758B2 (ja) | 2012-05-09 |
EP1836712A1 (en) | 2007-09-26 |
AU2006205200B2 (en) | 2009-10-22 |
KR100896612B1 (ko) | 2009-05-08 |
US20060152111A1 (en) | 2006-07-13 |
AU2006205200A1 (en) | 2006-07-20 |
NO20074080L (no) | 2007-10-03 |
JP2008527715A (ja) | 2008-07-24 |
CA2579572A1 (en) | 2006-07-20 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
NO338423B1 (no) | Forbedret mikroelektromekanisk variabel kondensatorinnretning og fremgangsmåte for å fremstille det samme | |
US7209019B2 (en) | Switch | |
US6215644B1 (en) | High frequency tunable capacitors | |
KR101092536B1 (ko) | 압전형 rf 멤스 소자 및 그 제조방법 | |
US7816841B2 (en) | Piezoelectric driven MEMS apparatus and portable terminal | |
US7623007B2 (en) | Device including piezoelectric thin film and a support having a vertical cross-section with a curvature | |
KR20050086629A (ko) | 압전 박막 액추에이터를 갖는 마이크로 전기-기계 시스템장치 | |
JP2006093463A (ja) | 圧電mems素子及びチューナブルフィルタ | |
JP4879760B2 (ja) | マイクロスイッチング素子およびマイクロスイッチング素子製造方法 | |
JP2004172504A (ja) | 可変キャパシタ、それを備えたパッケージ及び可変キャパシタの製造方法 | |
US20080060919A1 (en) | Electro-Mechanical Switch | |
JP2006147540A (ja) | 電気機械スイッチ | |
JP2007521612A (ja) | 微小電気機械装置及びモジュール並びにその製造方法 | |
JP4571127B2 (ja) | 可変キャパシタ | |
JPWO2006011198A1 (ja) | 移相回路および多ビット移相器 | |
JP5621616B2 (ja) | Memsスイッチおよびその製造方法 | |
JP4932506B2 (ja) | マイクロスイッチング素子 | |
JP5180683B2 (ja) | スイッチトキャパシタ | |
KR100364726B1 (ko) | 마이크로 스위치 및 그 제조방법 | |
KR101368016B1 (ko) | 멤즈 스위치 | |
KR100798981B1 (ko) | 가변 커패시터 및 그 제조 방법 | |
JP2008205793A (ja) | 高周波整合回路 | |
KR100636351B1 (ko) | 정전기력 구동 rf mems 스위치 및 그 제조 방법 | |
KR100493532B1 (ko) | 정전식 양방향 미세기전 액추에이터 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM1K | Lapsed by not paying the annual fees |