TW201318957A - 電子零件 - Google Patents

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TW201318957A
TW201318957A TW101125506A TW101125506A TW201318957A TW 201318957 A TW201318957 A TW 201318957A TW 101125506 A TW101125506 A TW 101125506A TW 101125506 A TW101125506 A TW 101125506A TW 201318957 A TW201318957 A TW 201318957A
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integrated circuit
electronic component
capacitor
driving
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TW101125506A
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Akihiko Sano
Takeshi Fujiwara
Hidenori Maruyama
Tomonori Seki
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Omron Tateisi Electronics Co
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Abstract

藉由垂直地整合一靜電致動器及一用以驅動該靜電致動器之驅動積體電路，使安裝面積較小。[解決方式]在一第一構件32中，提供一靜電致動器46。在一第二構件33中，提供一用以驅動靜電致動器46之驅動IC 72。使第一構件32及第二構件33在其外周圍部分之一接合部35及一接合部36處接合，以便提供有靜電致動器46之表面與提供有驅動IC 72之表面彼此相對。在一由第一構件32、第二構件33及接合部35及36所構成之空腔部34內，氣密地容納靜電致動器46及驅動IC 72。配置一在驅動IC 72中所使用之電容器75，以便在電容器75中所產生之電場的方向與用以驅動靜電致動器46之電場的方向彼此相交，較佳的是彼此正交。

Description

電子零件
本發明係有關於一種電子零件，以及特別地，是有關於一種像開關之電子零件，其中使一靜電致動器(electrostatic actuator)與一用以驅動該致動器之驅動積體電路(drive integrated circuit)整合。
在圖1中顯示一使用靜電力來打開及閉合接點之MEMS開關(專利文件1)。此MEMS開關係由一致動器22及一驅動IC 23所構成。該致動器22包括在其內部形成一空腔11之結構構件12、13及14。在相對於該空腔11之該結構構件12(佈線基板)的表面上提供彼此隔開之用於兩個信號接點15a、15b。在該空腔11之內部包含一沒有機械連結至該等結構構件12、13及14中之任何一者的可移動構件16。在相對於該等信號接點15a、15b之該可移動構件16的表面上提供一金屬層17。
此外，在該結構構件12之上表面上，提供用以藉由靜電力驅動該可移動構件16之驅動電極18a、18b。同樣地，亦在該結構構件14中，提供用以藉由靜電力驅動該可移動構件16之驅動電極19a、19b。
該驅動IC 23係由一切換單元20及一驅動電源21所構成。使該等驅動電極18a、19a之每一者經由該切換單元20 連接至該驅動電源21，以及使其它驅動電極18b及19b之每一者接地。
在此MEMS開關中，當操作該切換單元20，以從該驅動電源21施加電壓至該驅動電極18a時，藉由在該金屬層17與該等驅動電極18a、18b間所產生之靜電吸引力將該可移動構件16吸引至該等驅動電極18a、18b。
結果，藉由該金屬層17連接該等信號接點15a、15b，藉此使該開關接通。
相反地，當操作該切換單元20以從該驅動電源21施加電壓至該驅動電極19a時，藉由在該金屬層17與該等驅動電極19a、19b間所產生之靜電吸引力將該可移動構件16吸引至該結構構件14。結果，使該金屬層17與該等信號接點15a、15b分離，藉此使該開關切斷。
然而，在上述MEMS開關中，該驅動電源21及該切換單元20(該驅動IC 23)係為與該致動器22(在該致動器22中，該等結構構件12、13、14構成一封裝體)分離之零件，因此，個別安裝該驅動IC 23與該致動器22分離，此增加該MEMS開關之安裝面積，以及增加安裝工時。此外，因為該致動器22及該驅動IC 23係個別零件，所以在連接該致動器22及該驅動IC 23之佈線中容易接收雜訊，此增加雜訊之影響。
另外，在專利文件2中所揭露之半導體裝置中，在相同基 板上安裝一微機電零件(MEMS晶片)及一電子零件(驅動IC)。然而，因為該微機電零件及該電子零件係並列地安裝在該相同基板上，所以增加安裝面積，以及增加安裝工時。
習知技藝文件 專利文件
專利文件1：日本專利申請案早期公開第2011-70950號(圖1及2)
專利文件2：日本專利申請案早期公開第2008-135594號
已設計本發明來解決上述技術問題，以及本發明之一目的將提供一種電子電件，其中藉由垂直地整合一靜電致動器與一用以驅動該靜電致動器之驅動積體電路，使安裝面積較小。
依據本發明之電子零件包括：一第一構件，其設有一靜電致動器；一第二構件，其設有一用以驅動該靜電致動器之驅動積體電路；一接合部，其在使上面設有該靜電致動器之該第一構件的表面與上面設有該驅動積體電路之該第二構件的表面彼此相對之狀態中，接合該第一構件與該第二構件；以及一空腔部，其由該第一構件、該第二構件及該接合部所構成，以氣密地容納該靜電致動器及該驅動積體電路。
依據本發明之電子零件，因為在設有該靜電致動器之該第 一構件與設有該驅動積體電路之該第二構件彼此相對之狀態中，藉由該接合部接合該第一構件及該第二構件，所以可垂直地整合該驅動積體電路與該靜電致動器，藉此縮小該電子零件之尺寸及使安裝面積較小。此外，整合該驅動積體電路與該靜電致動器，可使其間之佈線長度較短及可減少在該電子零件中之雜訊的影響。再者，因為設有該靜電致動器之該第一構件與設有該驅動積體電路之該第二構件在該接合部處接合，以便彼此相對，藉此配置該電子零件，所以該電子零件之製造係容易的。
在依據本發明之電子零件的一態樣中，該驅動積體電路包括一電容器，以及該電容器係配置成使得該電容器所產生之電場的方向與用以驅動該靜電致動器之電場的方向相交。在上述態樣中，因為在該電容器之外面的由該電容器所產生之電場的方向與用以驅動該靜電致動器之電場的方向不是平行的，所以該電容器之電場幾乎不影響該靜電致動器，此可使該靜電致動器之操作更穩定。
特別地，當由該電容器所產生之電場的方向與用以驅動該靜電致動器之電場的方向係彼此正交時，該電容器之電場更幾乎不影響該靜電致動器，此可使該靜電致動器之操作穩定。
此外，期望該電容器具有大於該靜電致動器之電容。依據此態樣，因為該電容器具有大於該靜電致動器之電容，所以 事先儲存電荷能夠快速地驅動該靜電致動器而無關於升壓(boosting)所需之時間。
依據本發明之另一態樣，該驅動積體電路包括一DC-DC轉換器，其將一輸入電壓升壓及施加該輸入電壓至該靜電致動器。依據此態樣，在一可攜式裝置中，藉由將一電池之電壓升壓，可驅動該靜電致動器，以及因此，期望依據本發明之電子零件應用至該可攜式裝置。特別地，期望該驅動積體電路係由一充電泵及一電容器所構成。
在本發明之電子零件的又另一態樣中，在該空腔部內氣密地容納該靜電致動器及該驅動積體電路。在此態樣中，因為在由該第一構件、該第二構件及該接合部所包圍之該空腔部內氣密地容納該靜電致動器及該驅動積體電路，所以增加該電子零件之耐久性及耐候性。
在依據本發明之又另一態樣中，該電子零件進一步包括一在該第一構件及該第二構件之至少一者中所提供之信號傳輸線及一藉由該靜電致動器之操作使該線中所提供之接點間打開及閉合的可移動接點。依據此態樣，可藉由該靜電致動器移動該可移動接點，此能使該信號傳輸線之接點間打開及閉合。於是，依據此態樣之電子零件可用以做為一開關或一繼電器。
在依據本發明之又另一態樣中，在該空腔部內氣密地容納該靜電致動器、該驅動積體電路及該線。在此態樣中，因為 在由該第一構件、該第二構件及該接合部所形成之該空腔部內氣密地容納該靜電致動器、該驅動積體電路及該線，所以增加該電子零件之耐久性及耐候性。特別地，從該空腔部排除氧、硫等，進而很難造成在該線中所提供之接點及該可移動接點的性能變動。
在依據本發明之又另一態樣中，在一偏離相對於該線之區域或該線所處之區域的區域中提供該驅動積體電路。
依據此態樣，在該線上所傳送之信號在有關電方面幾乎不受該驅動積體電路之影響，此可減少對高頻信號之影響。
在依據本發明之又另一態樣中，在該驅動積體電路與該線間提供一接地層，以便使該驅動積體電路保持與該線分離。依據此態樣，在該線上所傳送之信號在有關電方面幾乎不受該驅動積體電路之影響，此可減少對高頻信號之影響。
在依據本發明之又另一態樣中，該驅動積體電路包括一允許突波電流流出至該接地之電路。依據此態樣，可防止該靜電致動器受突波電流之毀損。
在依據本發明之電子零件的又另一態樣中，在相對於該第二構件之該第一構件的表面中形成一凹陷部，以及在該凹陷部內提供該靜電致動器，以便沒有從一實際平面朝該第二構件突出，該實際平面包括位於該凹陷部外面且相對於該第二構件之該第一構件的表面。
依據此態樣，因為可使該靜電致動器遠離該第二構件，以 及特別是遠離在該第二構件中所提供之該電容器，所以該靜電致動器在有關電方面幾乎不受該第二構件(特別地，該電容器)影響。
在本發明中之用以解決上述問題的手段具有由根據需要而結合上述零件所產生之特性，以及在本發明中，使由該等零件之結含所造成之許多變化成為可能。
以下，將參考所附圖式來描述本發明之較佳具體例。然而，本發明並非侷限於下面具體例，而是可在不脫離本發明之主旨的範圍內實施各種設計修改。
(第一具體例之結構)
以下，將描述依據本發明之第一具體例的MEMS開關(RF繼電器)之結構。
圖2係依據本發明之第一具體例的MEMS開關之示意剖面圖，其顯示通過兩個靜電致動器之剖面。圖3係依據本發明之第一具體例的MEMS開關之示意剖面圖，其顯示通過一驅動IC(驅動積體電路)及一微帶線(microstrip line)之一墊部(pad portion)的剖面。圖4係在依據本發明之第一具體例的MEMS開關中所使用之一第一基板的平面圖。圖5係在依據本發明之第一具體例的MEMS開關中所使用之一第二構件的仰視圖。注意到，在本說明書中，一垂直於該第一構件(底基板)或該第二構件(蓋基板)且從該第一構件至該第二 構件之方向稱為“向上(up)”，以及一從該第二構件至該第一構件之方向稱為“向下(down)”。
如圖2及3所示，一第一構件32及一第二構件33係彼此相對，以具有一介於其間之空腔部34，且藉由接合部使該第一構件32及該第二構件33之外周圍部分彼此接合，以裝配一MEMS開關31。亦即，使一在該第一構件32之上表面外周圍部分中所提供之環狀接合部35及一在該第二構件33之下表面外周圍部分中所提供之環狀接合部36接合。
該MEMS開關31之空腔部34係垂直地夾在該第二構件33與該第一構件32間，以及由該等接合部35、36所包圍，以氣密地密封。
該第一構件32具有圖4所示之結構。在一底基板41(例如，一矽基板)之上表面上，形成一凹陷部42，以及在該凹陷部42內之中間部分中提供用於信號傳輸之3條微帶線(一佈線圖案部分)。
該等微帶線係由一第一線43、一第二線44及一第三線45所構成。該第一至第三線43至45係藉由在一SiN之類的絕緣層48(一介電層)上形成金屬佈線49來裝配(見圖3)。
該第一線43之一終端係一第一接點43a，以及在其另一端上，提供一墊部43b。該第二線44之一終端係一第二接點44a，以及在其另一端上，提供一墊部44b。該第三線45之一終端係一共同接點45a，以及在其另一端上，提供一墊 部45b。該第一接點43a及該第二接點44a係相鄰地配置，以及該第一線43之終端部分及該二線44之終端部分平行地延伸。該第三線45平行地延伸至該第一線43及該第二線44之終端部分，以及該共同接點45a係設置在一相對於該第一接點43a及該第二接點44a之位置上。
在該凹陷部42中，在提供有該等微帶線之區域的兩側上分別提供靜電致動器46。該等靜電致動器46中之一包括在一相對於該第一接點43a及該共同接點45a之位置上的一可移動接點47a。
在此靜電致動器46中，平行地移動該可移動接點47a，使該可移動接點47a與該第一接點43a及該共同接點45a同時接觸，藉此使該等接點43a及45a間閉合。在另一選擇中，使該可移動接點47a遠離該第一接點43a及該共同接點45a，以使該等接點43a及45b間打開。
同樣地，另一靜電致動器46包括在一相對於該第二接點44a及該共同接點45a之位置上的一可移動接點47b。在此靜電致動器46中，平行地移動該可移動接點47b，使該可移動接點47b與該第一接點44a及該共同接點45a同時接觸，藉此使該等接點44a、45a間閉合。在另一選擇中，使該可移動接點47b遠離該第二接點44a及該共同接點45a，以使該等接點44a、45a間打開。
於是，如果使該第一線43之墊部43b與該第三線45之墊 部45b連接至一第一主電路(未顯示)，則可藉由以該靜電致動器46驅動該可移動接點47a來打開及閉合該第一主電路。此外，如果使該第二線44之墊部44b與該第三線45之墊部45b連接至一第二主電路(未顯示)，則可藉由以另一靜電致動器46驅動該可移動接點47b來打開及閉合該第二主電路。
此外，在該底基板41之上表面上，提供包圍該凹陷部42之該環狀接合部35。該接合部35係由一金屬材料所形成。
在圖6及7中顯示上述靜電致動器46之結構。因為在日本專利申請案第2010-055556及2010-053056號中已揭該靜電致動器46之結構，所以在此將提供簡略敘述。對於其細節，根據需要，可參考日本專利申請案第2010-055556及2010-053056號。
該等靜電致動器46之每一者係由複數個固定電極部51、一可移動電極部52及複數個可移動彈簧53及一彈簧支撐部54所構成。如圖6及7所示，該複數個固定電極部51係彼此平行地配置在該底基板41之上表面上。在該等固定電極部51之每一者中，在兩個側表面上以一固定間距對稱對突出分支電極57。該等固定電極部51之每一者的下表面連接至該底基板41之上表面，且具有一絕緣膜58(例如，SiO2)介入其間。在該固定電極部51之幾乎中心部分中，提供一墊部59，以及在該墊部59之上表面上，提供一電極墊60。
使該可移動電極部52成為一框形，以便包圍該等個別固定電極部51。在該可移動電極部52中，提供梳狀電極61，以便在該等固定電極51之個別分支電極57間突出。使該等梳狀電極61對稱形成，且該等固定電極部51之每一者夾於其間。此外，該等梳狀電極61之每一者離鄰近該梳狀電極61且位於一較靠近該等可移動接點47a、47b之側上的分支電極57之距離比離鄰近該相關梳狀電極61且位於一較遠離該等可移動接點47a、47b之側上的分支電極57之距離短。
然而，該等梳狀電極61及該等分支電極57係裝配成甚至在驅動該可移動電極部52時不會彼此接觸。
由被該彈簧支撐部54所支撐之該等可移動彈簧53支持該可移動電極部52，以及在從該底基板41之上表面浮接(floating)之狀態中水平地支持該可移動電極部52。該彈簧支撐部54係固定在該底基板41之上表面上，且有一絕緣膜62介入其間。
使一接點支撐部63從該可移動電極部52之前端表面突出，以及該可移動接點47a或47b係設置在該接點支撐部63上。
如後面所述，該等固定電極部51經由該第二構件33連接至接地，以及該驅動IC之輸出連接至該可移動電極部52。當施加一由該驅動IC升壓之DC電壓至該可移動電極部52時，由在該等分支電極57與該等梳狀電極61間所產生之靜 電力平行地移動該可移動電極部52，此使該可移動接點47a與該第一接點43a及該共同電極45a接觸(或使該可移動接點47b與該第二接點44a及該共同電極45a接觸)。此外，當截止該驅動IC之輸出時，由該等可移動彈簧53之回彈力使該可移動電極部52縮回，以便使該可移動接點47a與該第一接點43a及該共同接點45a分離(或使該可移動接點47a與該第二接點44a及該共同接點45a分離)。
該第二構件33具有圖5所示之下表面的結構。該第二構件33具有一驅動積體電路，亦即，一在一蓋基板71(例如，一矽基板)之下表面上所製造之驅動IC 72，以及其表面以一保護膜73來覆蓋。在該第二構件33之下表面的外周圍部分中，提供由一金屬材料所製成之該環狀接合部36。以夾在該第二構件33與該第一構件32間之該空腔部34來覆蓋該第二構件33與該第一構件32，以便使形成有該第二構件33之驅動IC 72的表面與形成有該第一構件32之靜電致動器46的表面彼此相對。氣密地接合該第二構件33之接合部36與該第一構件32之接合部35。結果，在該空腔部34中氣密地容納該等靜電致動器46及該驅動IC 72，此增加該MEMS開關31(亦即，該等靜電致動器46及該驅動IC 72)之耐久性、抗腐蝕性及可靠性。
有鑑於高頻區域之特性，期望該蓋基板71係由絕緣體(玻璃)或具有高電阻率(例如，電阻率為500Ω．cm或更高)之矽 所製成。可以保持該空腔部34之內部真空，或者在該空腔部34內之空氣可以由像N2、At、SF6等之惰性氣體來取代，以致於以該惰性氣體來填充該空腔部34，或者可以以像H2等之還原氣體來填充該空腔部34。
該驅動IC 72係一用以將一電池之電壓升壓及施加該電壓至該等靜電致動器46之DC-DC轉換器。通常，一行動裝置之電池電壓為1至3伏特、期望用以驅動該等靜電致動器之約數十或100伏特的較高電壓以及藉由該驅動IC 72將該電池電壓升壓，以施加該電池電壓至該等靜電致體器46。可使用一充電泵於該驅動IC 72。
在圖8中顯示該充電泵之基本電路(原理)。當輸入一電池電壓Vb時，輸出一由下面原理所升壓之電壓Vout至該靜電致動器46。在開關S1及S4接通及開關S2及S3切斷之階段1中，電流由圖8中之細箭頭所示來流動。
此電流充電一電容器Cchg，直到該電容器Cchg之電壓變成等於該電池電壓Vb為止。接下來，在開關S1及S4切斷及開關S2及S3接通之階段2中，電流由圖8中之粗箭頭所示來流動。結果，以一該輸入電池電壓與該電容器Cchg之電壓相加所造成之電壓來充電一電容器Cout，以致於該電容器Cout之電壓變成該電池電壓Vb之兩倍。當該階段回到階段1時，充電該電容器Cchg，同時放電該電容器Cout至一輸出電壓Vout。在此方式中，藉由在階段1及階段2 間交替地切換該等開關S1至S4，從該輸出Vout輸出兩倍該電池電壓Vb之電壓。再者，在複數個階段下串接複數個圖8所示之充電泵可引起較大倍數比之輸出電壓。實際上，對於該充電泵，使用一運算放大器或一二極體，而不使用圖8所示之機械開關S1至S4，來實施上述操作。
該驅動IC 72係由一充電泵電路74所構成，其中在複數個階段下串接該等上述充電泵，以及一儲存電荷之電容器75由該充電泵電路74來升壓。該電容器75係由一金屬材料或一導電材料所構成，以及具有圖5中以放大方式所示之剖面。特別地，該電容器75係由一些單位電容器75a所構成。該等單位電容器75a之每一者係以在平面圖中每一側具有約20至30μm之尺寸來裝配。
在該蓋基板71中，平行地形成一第一導電層78及一第二導電層77，以便彼此垂直地相對。再者，在該第一導電層78與該第二導電層77之中點處，規律地配置以每一側為20至30μm之尺寸製作之矩形電極墊76，以及由介層孔79電連接該等個別電極墊76及該第一導電層78。該個別單位電容器75a係由該電極墊76及該第二導電層77之一部分所構成，其中它們係彼此相對的，以及藉由該等介層孔79及該第一導電層78使該等個別單位電容器75a平行地彼此連接。
在此方式中，只要該電容器75係由一些單位電容器75a所構成，即使在數個單位電容器75a中發生任何故障，在該 驅動IC 72之操作中不會發生障礙。此外，以一定尺寸來製作該等單位電容器75a之每一者，以便其每一側為約20至30μm，此可使相較於其它製程之尺度上的差異較小，藉此增加製程之穩定性。
因為該電容器75需要以充分電荷來充電，以便以高速重複地操作該靜電致動器，所以該電容器75相較於該靜電致動器46之電容(該等分支電極57與該等梳狀電極61間之電容)需要足夠大電容。如果不需要高速操作，沒有必要需要該用於暫時儲存之電容器75。裝配圖5所示之電容器75，可使該等電極墊76與該第二導電層77間之間隔變窄，以及因此，可增加該電容器75之電容。此外，規律地形成一些電極墊76(每一者具有20至30μm之尺寸)，可穩定該電容器75之製程，藉此增加產量。
如圖5所示，使該充電泵電路74及該電容器75分離地配置在該第二構件33之下表面上及電性連接。配置該驅動IC 72(該充電泵電路74及該電容器75)，以便當從垂直於該第二構件33之方向觀看時，沒有與該第一構件32之微帶線(該第一至第三線43至45)部分重疊。於是，用以傳送高頻信號之微帶線幾乎不受該驅動IC之影響，以及歸因於該驅動IC 72之雜訊幾乎沒有發生在經由該等微帶線傳送之信號中。
使所有該等單位電容器75a朝相同方向對齊。配置該等單 位電容器75a，以便當從垂直於該第二構件33之方向觀看時，在該電容器75(該等單位電容器75a)之電極間所產生之電場的方向(圖5中之X方向)正交於在該靜電致動器46中所產生之電場的方向(連接該等分支電極57及該等梳狀電極61之方向，以及圖4及6中之Y方向)。因此，在該電容器外側之由該電容器75所產生之電場的方向與用以驅動該靜電致動器46之電場的方向係正交的，此很難由該電容器75之電場來影響該等靜電致動器46(減少移動該可移動電極部52之可能性)。
如圖3所示，使在該第二構件33之下表面中所提供之3個連接電極43d、44d、45d分別連接至該第一線43之墊部43b、該第二線44之墊部44b及該第三線45之墊部45b，該等墊部係設置在該第一構件32中。使這些連接電極43d、44d、45d經由穿過該第二構件33之通孔80連接至一在該第二構件33之上表面中所提供之用於信號輸入/輸出的凸塊(bump)81。
如圖2所示，使在該第二構件33之下表面中所提供之8個連接電極82連接至在該第一構件32中所提供之該等靜電致動器46、46的個別固定電極部51之電極墊60。另一方面，使該等個別連接電極82經由穿過該第二構件33之通孔83連接至在該蓋基板71之上表面中所提供之接地佈線85，以及在該接地佈線85中提供一用於接地之凸塊84。
在該第二構件33之下表面中所提供之兩個輸出電極86係在該驅動IC 72之輸出端93中所提供之電極。亦即，可從該等輸出電極86輸出在該驅動IC 72中所升壓之電壓(用以驅動等靜電致動器之電壓)。如圖3所示，使該等個別輸出電極86連接至與該等靜電致動器46之可移動電極部52連接之個別連接電極87。例如，該等連接電極87之每一者可以設置在該彈簧支撐部54中，或者可以電連接至該彈簧支撐部54。
此外，如圖3所示，在該驅動IC 72中，提供一用以輸入該電池電壓之輸入端88及一用以連接至該接地之接地端91。使該輸入端88經由一穿過該第二構件33之通孔89連接至一用於電池電壓輸入之凸塊90。使該接地端91經由一穿過該第二構件33之通孔92連接至該接地佈線85。
在依據本發明之第一具體例的MEMS開關31中，在上述第一構件32及第二構件33所佈之層中，提供該等靜電致動器46及該驅動IC 72，藉此垂直地整合該驅動IC 72與該等靜電致動器46。結果，可整合該驅動IC 72與該等靜電致動器46，以及可縮小以低電壓操作之該MEMS開關31的尺寸，可使安裝面積較小。再者，該驅動IC 72與該等靜電致動器46之整合可使兩者之佈線長度較短，以及可減少受來自外部之雜訊的影響。此外，在該等個別基板(該第一構件32及該第二構件33)中提供該等靜電致動器46及該驅動IC 72，以及覆蓋該兩個基板，藉此整合該等靜電致動器46及該驅動IC 72，以及因此，該MEMS開關31之製造係比較容易的。
做為該第一構件32與該第二構件33之接合方法，可使用融熔接合(fusion bonding)、矽直接接合(Si direct bonding)、玻璃介質接合(Glass frit bonding)、陽極接合(anodic bonding)、金屬擴散接合(metal diffusion bonding)、金屬共晶接合(metal eutectic bonding)、聚合物黏著接合(polymeric adhesive bonding)、表面活化常溫接合(surface activated normal-temperature bonding)之類。該融熔接合係利用使兩個晶圓彼此接觸藉以進行自發接合(spontaneous bonding)之技術的黏貼方法。該矽直接接合係在常溫下黏貼一具有一經歷濕化學處理或電漿活化處理之介電層的晶圓及一不具有上述介電層之晶圓的方法。該玻璃介質接合係藉由將玻璃介質(顆粒玻璃(granulated glass))夾在接合面之間及為了玻璃化將其用於爐鍛燒之接合的方法，此係一在世界各地被廣泛使用來製造MEMS裝置之傳統製造方法。該陽極接合係藉由使玻璃及矽基板之研磨表面彼此接觸及在加熱時施加一電壓之共晶接合來促使強接合之方法。該金屬擴散接合係使用擴散接合原子級之均質或異質金屬的技術，此相較於該傳統玻璃介質接合及陽極接合可實現較高氣密。該金屬共晶接合係藉由金屬間之共晶反應來接合之方法，以及在一先進 MEMS封裝或在一3維貼合(laminating)技術中使用在晶圓中之金屬共晶接合。
該金屬共晶接合之特性係合金像焊料熔化，此增加表面之平坦度，因而導致有關接合表面之拓蹼及粒子方面的大容限(large tolerance)。該聚合物黏著接合係使用環氧樹脂材料、乾膜、BCB、聚醯亞胺材料、UV硬化樹脂之類的黏著劑之方法。該表面活化常溫接合係藉由使接合表面在真空中經歷表面處理藉以使在該等表面上之原子處於一可輕易地形成化學接合之活化狀態的接合的方法。在該表面活化常溫接合中，使常溫下之接合成為可能，或者可大大地減少熱處理溫度。
在該第一具體例之MEMS開關31中，使用上述接合方法之金屬共晶接合。例如，如圖9所示，該接合部或該等連接部(例如，該第二構件33之接合部36、該等輸出電極86、該等連接電極82等)係由一鈦材料層56所形成，以及在該鈦材料層56之下表面上提供一由AuSn所製成之接合材料55。此外，該接合部或該等連接部(例如，該第一構件32之接合部35、該等連接電極87、該等電極墊60等)係由例如一金層94所形成。使由AuSn所製成之該接合材料55接合至具有大表面形態之該金層94，藉此使該第一構件32及該第二構件33之接合部或連接部經歷該金屬共晶接合，以便接合該第一構件32及該第二構件33。
為了更加穩定該MEMS開關31之特性，期望個別提供用以施加該等靜電致動器46之操作電壓的該複數個連接電極87(或電極墊60)及用於接地連接之該複數個電極墊60(或連接電極87)。此外，當需要輸入一控制信號、一模式切換信號等至該驅動IC 72時，依需要可以使用通孔來連接該驅動IC 72之埠及在該第二構件33之上表面中之凸塊。
雖然在該第一具體例之靜電致動器46的每一者中，設定該固定電極部51為接地電位，以及施加該驅動IC 72之輸出電壓至該可移動電極部52，但是上述可以是相反的。亦即，如圖10之示意剖面所示，可以設定該可移動電極部52為接地電位，以及可以施加該驅動IC 72之輸出電壓至該固定電極部51。
在圖10所示之本發明的使在該第一具體例之變型中，使在該驅動IC 72之輸出端93上所提供之該等輸出電極86連接至該等靜電致動器46之電極墊60，以及施加該驅動IC 72之輸出電壓至該等固定電極部51。此外，使在該驅動IC 72之接地端91上所提供之該等連接電極82連接至該等連接電極87，以便使該等靜電致動器46之可移動電極部52連接至接地。
該驅動IC 72之接地端91延伸至該接合部36，以便亦連接該接合部36及該接合部35至接地。在此情況中，可以使與該可移動電極部52連接之該等連接電極87經由該底基板 41之佈線連接至該接合部35，以取代連接至該驅動IC 72之接地端91。
(第一構件之製造程序)
接下來，參考圖11(A)至19，將描述製造依據本發明之第一具體例的MEMS開關31之製程。圖11(A)至13(C)顯示第一構件32之製造程序。圖14(A)至14(C)顯示第二構件33之製造程序。圖15(A)至19顯示黏貼該第一構件32與該第二構件33來製造該MEMS開關31之製程。
首先，將依據圖11(A)至13(C)描述該第一構件32之製造程序。使用一藉由使一氧化膜102(SiO2)夾於且鄰接於一矽基板101與一矽基板103間所獲得之SOI基板做為該底基板41。先在該底基板41之上表面中提供做為定位之參考的對準標記(alignment marks)104(圖11(A))。
在該底基板41之上表面上提供一氧化膜115。
藉由蝕刻在該底基板41之下表面中提供用於定位之對準標記117(圖11(B))。
然後，藉由一濺鍍法在該底基板41之一表面上形成一電鍍下層(plating underlayer)118。在此電鍍下層118上形成一抗蝕膜119及在要在該抗蝕膜119中形成該第一構件32之接合部、連接部及微帶線之區域中提供開口(圖11(C))。接著，以做為電極之該電鍍下層118來執行電解電鍍，以及在該抗蝕膜119之開口內沉積一導電接點材料，以形成一接合 /連接層120(圖12(A))。對於此接觸材料，有鑑於接觸可靠性，貴金屬係受期望的。此外，此時，在該等微帶線及該等可移動接點47a、47b之部分中，在該接合/連接層120上提供一金屬層121。
在剝除該抗蝕膜119(圖12(B))後，以該接合/連接層120做為一罩幕來移除該不必要電鍍下層118。結果，藉由該接合/連接層120在該底基板41之上表面上形成該接合部及該等連接部(例如，該接合部35、該等電極墊60等)。藉由該金屬層121形成該第一接點43a及該第二接點44a、該共同接點45a等(圖12(C))。
接下來，以一蝕刻罩幕124覆蓋該底基板41之上表面(圖13(A))。在該蝕刻罩幕124中，在該等梳狀電極61處提供開口，以及該等可移動接點47a、47b所在之個別位置係相對於該第一接點43a、該第二接點44a及該共同接點45a。在該蝕刻罩幕124中，亦在該等梳狀氧化膜115所設置之區域中提供開口。經由該蝕刻罩幕124及該氧化膜115之開口向下蝕刻該底基板41之矽基板103(圖13(B))。
當執行該蝕刻至該矽基板103之下表面時，剝除該蝕刻罩幕124。隨後，藉由蝕刻來移除在該可移動電極部52下方之該氧化膜102，以便促使該可移動電極部52從該底基板41(矽基板101)浮接，因而是可移動的。此可藉由使部分很難蝕刻(例如，使該等固定電極部51之寬度比該可移動電極 部52厚)來實現。此外，藉由蝕刻來移除該氧化膜115。在此方式中，製造圖13(C)所示之第一構件32。
(第二構件之製造程序)
接著，將以圖14(A)至14(C)來描述該第二構件33之製造程序。首先，在一矽基板131(該蓋基板71)之一表面上形成一氧化膜132。在此矽基板131之下表面中，已製造該驅動IC 72。隨後，在該蓋基板71之下表面(相對於該第一構件32之表面)上沉積鈦，以形成一接合/連接層135(圖14(A))。
隨後，藉由蝕刻部分移除該接合/連接層135，以在該接合部及該等連接部(例如，該接合部36、該等連接電極82等)中留下該接合/連接層135。結果，在該蓋基板71之下表面上，形成由該接合/連接層135所構成之該接合部及該等連接部(例如，該接合部36、該等連接電極82等)(圖14(B))。
之後，在該接合/連接層135之下表面上形成一電極層139，以及在該電極層139之下表面中心部分中形成由AuSn所製成之該接合材料55(圖14(C))。結果，在該蓋基板71之下表上製造該接合部及該等連接部(例如，該接合部36、該等連接電極82等)，以及因此，製造具有圖14(C)所示之結構的該第二構件33。
(MEMS開關之製造程序)
接下來，將描述一種製程，其中使上述製造之第一構件32與第二構件33彼此黏貼，以製造該MEMS開關31。圖 15(A)顯示將圖14(C)圖中之第二構件33覆蓋在圖13(C)中之第一構件32上之狀態，以及使該第二構件33之接合材料55經歷對在該等個別接合部或該等連接部中之該第一構件32的接合/連接層120之該金屬共晶接合。在此狀態中，氣密地密封該空腔部34之內部。
首先，使該蓋基板71之厚度變小，以及在該蓋基板71之上表面上沉積一絕緣膜151(圖15(B))。蝕刻該絕緣膜151，以開出對應於該等通孔80、83、89、92等之通孔形成位置的窗口154(圖16(A))。隨後，以該絕緣膜151做為一罩幕，在該蓋基板71中形成穿孔155(圖16(B))。
之後，在該等穿孔155之內表面及該蓋基板71之上表面上另外沉積該絕緣膜，以該絕緣膜151覆蓋該等穿孔155之內表面及該蓋基板71之上表面(圖17(A))。藉由蝕刻來移除在該等穿孔155之底面上的絕緣膜151，以暴露該接合/連接層135。隨後，藉由濺鍍之類在該等穿孔155之內周圍表面、該接合/連接層135之上表面及該蓋基板71之上表面上提供一由像Cu、Al等之金屬材料所製成之導電層157，以在該等穿孔155內形成通孔(圖17(B))
接下來，移除該導電層157之不必要部分，留下形成該等通孔、其凸緣及導電佈線之區域，以便形成與該等通孔傳導之該等通孔之凸緣部及該等佈線部(圖18(A))。隨後，以一由聚亞醯胺所製成之塗佈層159覆蓋該蓋基板71之上表 面，以及在該塗佈層159中之通孔的電極部的適當位置處提供開口160，以及在該等開口160內依序提供一鍍鎳層161及一鍍金層162(圖18(B))。在此鍍金層162上，可根據需要形成凸塊(bump)。
最後，如圖19所示，接地該底基板41之下表面，以使該第一構件32之厚度較小，以便製造尺寸縮小之MEMS開關31。
(第二具體例)
圖20係顯示依據本發明之第二具體例的MEMS開關201之示意剖面圖。在該第二具體例之MEMS開關201中，該驅動IC 72係位於由該第一至第三線43至45所構成之微帶線上方且亦位於該等可移動接點47a、47b上方。在對應於由該第一至第三線43至45所構成之微帶線及該等可移動接點47a、47b的該驅動IC 72的部分下方，提供一連接至該接地之金屬遮蔽層(metal shield layer)202(接地層)。
依據上述具體例，該驅動IC 72之配置幾乎沒有受限制，以及可在一寬大區域中提供該驅動IC 72。此外，使該等微帶線之阻抗設計成為可能，而不需考量該驅動IC 72及該第二構件33之影響。
(第三具體例)
圖21係顯示依據本發明之第三具體例的MEMS開關203之示意剖面圖。在該第三具體例之MEMS開關203中，在 該第二構件33之下表面上提供該等微帶線，亦即，該第一至第三線43至45。因此，使在該第一構件32中所提供之該等靜電致動器46的可移動接點47a、47b與在該第二構件33中所提供之該一至第三線43至45的第一接點43a、第二接點44a及共同接點45a接觸或與其分離。依據上述具體例，因為在該第一構件32中提供該等可移動接點47a、47b，以及在該第二構件33中提供該第一接點43a、該第二接點44a及該共同接點45a做為該等固定接點，所以對於佈線具有更大的自由度。
(第四具體例)
圖22係顯示依據本發明之第四具體例的MEMS開關204之示意剖面圖。在該第四具體例之MEMS開關204中，提供該等靜電致動器46、46，以便將其埋置在該底基板41中所提供之該凹陷部42的底面下方。依據上述具體例，因為使在該等靜電致動器46與該驅動IC 72之電容器75間之距離較大，所以該等靜電致動器46更幾乎不受該電容器75之影響。
(第五具體例)
雖然未顯示，但是可以在該驅動IC 72中提供一用以保護不受靜電影響之ESD(靜電放電)保護電路。例如，可以在該驅動IC 72內之某一點與接地間提供一齊納二極體，以便具有一從接地至該某一點之順向。當提供上述ESD保護電路 時，如果施加一突波電壓該驅動IC 72之該某一點時，使該齊納二極體導通，以便促使該突波電壓流出至接地，此可保護該驅動IC 72。
11‧‧‧空腔
12‧‧‧結構構件
13‧‧‧結構構件
14‧‧‧結構構件
15a‧‧‧信號接點
15b‧‧‧信號接點
16‧‧‧可移動構件
17‧‧‧金屬層
18a‧‧‧驅動電極
18b‧‧‧驅動電極
19a‧‧‧驅動電極
19b‧‧‧驅動電極
20‧‧‧切換單元
21‧‧‧驅動電源
22‧‧‧致動器
23‧‧‧驅動IC
31‧‧‧MEMS開關
32‧‧‧第一構件
33‧‧‧第二構件
34‧‧‧空腔部
35‧‧‧環狀接合部
36‧‧‧環狀接合部
41‧‧‧底基板
42‧‧‧凹陷部
43‧‧‧第一線
43a‧‧‧第一接點
43b‧‧‧墊部
43d‧‧‧連接電極
44‧‧‧第二線
44a‧‧‧第二接點
44b‧‧‧墊部
44d‧‧‧連接電極
45‧‧‧第三線
45a‧‧‧共同接點
45b‧‧‧墊部
45d‧‧‧連接電極
46‧‧‧靜電致動器
47a‧‧‧可移動接點
47b‧‧‧可移動接點
48‧‧‧絕緣層
49‧‧‧金屬佈線
51‧‧‧固定電極部
52‧‧‧可移動電極部
53‧‧‧可移動彈簧
54‧‧‧彈簧支撐部
55‧‧‧接合材料
56‧‧‧鈦材料層
57‧‧‧分支電極
58‧‧‧絕緣膜
59‧‧‧墊部
60‧‧‧電極墊
61‧‧‧梳狀電極
62‧‧‧絕緣膜
63‧‧‧接點支撐部
71‧‧‧蓋基板
72‧‧‧驅動IC
73‧‧‧保護膜
74‧‧‧充電泵電路
75‧‧‧電容器
75a‧‧‧單位電容器
77‧‧‧第二導電層
76‧‧‧矩形電極墊
78‧‧‧第一導電層
79‧‧‧介層孔
80‧‧‧通孔
81‧‧‧凸塊
82‧‧‧連接電極
83‧‧‧通孔
84‧‧‧凸塊
85‧‧‧接地佈線
86‧‧‧輸出電極
87‧‧‧連接電極
88‧‧‧輸入端
89‧‧‧通孔
90‧‧‧凸塊
91‧‧‧接地端
92‧‧‧通孔
93‧‧‧輸出端
94‧‧‧金層
101‧‧‧矽基板
102‧‧‧氧化膜
103‧‧‧矽基板
104‧‧‧對準標記
115‧‧‧氧化膜
117‧‧‧對準標記
118‧‧‧電鍍下層
119‧‧‧抗蝕膜
120‧‧‧接合/連接層
121‧‧‧金屬層
124‧‧‧蝕刻罩幕
131‧‧‧矽基板
132‧‧‧氧化膜
135‧‧‧接合/連接層
139‧‧‧電極層
151‧‧‧絕緣膜
154‧‧‧窗口
155‧‧‧穿孔
157‧‧‧導電層
159‧‧‧塗佈層
160‧‧‧開口
161‧‧‧鍍鎳層
162‧‧‧鍍金層
201‧‧‧MEMS開關
202‧‧‧金屬遮蔽層
203‧‧‧MEMS開關
204‧‧‧MEMS開關
chg‧‧‧電容器
cout‧‧‧電容器
S1‧‧‧開關
S2‧‧‧開關
S3‧‧‧開關
S4‧‧‧開關
Vb‧‧‧電池電壓
Vout‧‧‧輸出電壓
圖1係用以描述MEMS開關之結構的一傳統實例之剖面圖。
圖2係綱要性地顯示依據本發明之第一具體例的MEMS開關之結構的剖面圖。
圖3係綱要性地顯示依據本發明之第一具體例的MEMS開關之結構的另一剖面之示意剖面圖。
圖4係在依據本發明之第一具體例的MEMS開關中所使用之一第一構件的平面圖。
圖5係在依據本發明之第一具體例的MEMS開關中所使用之一第二構件的仰視圖。
圖6係顯示在圖4所示之第一構件中所形成之靜電致動器中之一的平面圖。
圖7係顯示在圖4所示之第一構件中所形成之該靜電致動器的示意剖面圖。
圖8係在依據本發明之第一具體例的MEMS開關之驅動IC中所使用之一充電泵的電路圖。
圖9(A)及9(B)之每一者係用以描述一接合部或複數個連接部之金屬共晶接合的圖示。
圖10係綱要性地顯示依據本發明之第一具體例的MEMS開關之一變型的剖面圖。
圖11(A)至11(C)係顯示構成依據本發明之第一具體例的MEMS開關之該第一構件的製程之示意剖面圖。
圖12(A)至12(C)係顯示構成依據本發明之第一具體例的MEMS開關之該第一構件的製程且顯示在圖11(C)後之步驟的示意剖面圖。
圖13(A)至13(C)係顯示構成依據本發明之第一具體例的MEMS開關之該第一構件的製程且顯示在圖12(C)後之步驟的示意剖面圖。
圖14(A)至14(C)係顯示構成依據本發明之第一具體例的MEMS開關之該第二構件的製程之示意剖面圖。
圖15(A)及15(B)係顯示將該第一構件及該第二構件整合來製造依據本發明之第一具體例的MEMS開關之製程的示意剖面圖。
圖16(A)及16(B)係顯示將該第一構件及該第二構件整合來製造依據本發明之第一具體例的MEMS開關之製程且顯示圖17(B)中後續之步驟的示意剖面圖。
圖17(A)及17(B)係顯示將該第一構件及該第二構件整合來製造依據本發明之第一具體例的MEMS開關之製程且顯示圖18(B)中後續之步驟的示意剖面圖。
圖18(A)及18(B)係顯示將該第一構件及該第二構件整合 來製造依據本發明之第一具體例的MEMS開關之製程且顯示要在圖19(B)中延續之步驟的示意剖面圖。
圖19係經由將該第一構件及該第二構件整合來製造依據本發明之第一具體例的MEMS開關之製程所製造之該MEMS開關的示意剖面圖。
圖20係顯示依據本發明之第二具體例的MEMS開關之示意剖面圖。
圖21係顯示依據本發明之第三具體例的MEMS開關之示意剖面圖。
圖22係顯示依據本發明之第四具體例的MEMS開關之示意剖面圖。
31‧‧‧MEMS開關
32‧‧‧第一構件
33‧‧‧第二構件
34‧‧‧空腔部
35‧‧‧環狀接合部
36‧‧‧環狀接合部
41‧‧‧底基板
42‧‧‧凹陷部
43a‧‧‧第一接點
44a‧‧‧第二接點
46‧‧‧靜電致動器
47a‧‧‧可移動接點
47b‧‧‧可移動接點
51‧‧‧固定電極部
52‧‧‧可移動電極部
55‧‧‧接合材料
60‧‧‧電極墊
71‧‧‧蓋基板
72‧‧‧驅動IC
73‧‧‧保護膜
82‧‧‧連接電極
83‧‧‧通孔
84‧‧‧凸塊
85‧‧‧接地佈線

Claims (13)

  1. 一種電子零件，包括：一第一構件，其具有一靜電致動器；一第二構件，其具有一驅動積體電路，以驅動該靜電致動器；一接合部，其在提供有該靜電致動器之該第一構件的表面與提供有該驅動積體電路之該第二構件的表面係彼此相對之狀態下接合該第一構件與該第二構件；以及一空腔部，其由該第一構件、該第二構件及該接合部所構成，以容納該靜電致動器及該驅動積體電路。
  2. 如申請專利範圍第1項之電子零件，其中，該驅動積體電路包括一電容器，以及該電容器係配置成使在該電容器中所產生之電場的方向與用以驅動該靜電致動器之電場的方向相交。
  3. 如申請專利範圍第2項之電子零件，其中，在該電容器中所產生之電場的方向與用以驅動該靜電致動器之電場的方向係彼此正交的。
  4. 如申請專利範圍第2項之電子零件，其中，該電容器具有大於該靜電致動器之電容。
  5. 如申請專利範圍第1項之電子零件，其中，該驅動積體電路包括一DC-DC轉換器，其將一輸入電壓升壓及施加該電壓至該靜電致動器。
  6. 如申請專利範圍第5項之電子零件，其中，該驅動積體電路包括一充電泵及一電容器。
  7. 如申請專利範圍第1項之電子零件，其中，該靜電致動器及該驅動積體電路係氣密地容納於該空腔部中。
  8. 如申請專利範圍第1項之電子零件，進一步包括：一信號傳輸線，其設置在該第一構件及該第二構件中之至少一者內；以及一可移動接點，其藉由該靜電致動器之操作使該線中所提供之接點間打開及閉合。
  9. 如申請專利範圍第8項之電子零件，其中，該靜電致動器、該驅動積體電路及該線係氣密地容納於該空腔部中。
  10. 如申請專利範圍第8項之電子零件，其中，該驅動積體電路係設置在一偏離相對於該線之區域或該線所處之區域的區域中。
  11. 如申請專利範圍第8項之電子零件，其中，在該驅動積體電路與該線間提供一接地層，以便保持該驅動積體電路與該線分離。
  12. 如申請專利範圍第1項之電子零件，其中，該驅動積體電路包括一允許突波電流流出至接地之電路。
  13. 如申請專利範圍第1項之電子零件，其中， 在相對於該第二構件之該第一構件的表面中形成一凹陷部，以及該靜電致動器係設置在該凹陷部中，以便沒有從一實際平面朝該第二構件突出，該實際平面包括位於該凹陷部外面且相對於該第二構件之該第一構件的表面。
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