TWI533346B - 用於引導射頻訊號之微機電開關及用於切換一電訊號之方法 - Google Patents

用於引導射頻訊號之微機電開關及用於切換一電訊號之方法 Download PDF

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TWI533346B
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Description

用於引導射頻訊號之微機電開關及用於切換一電訊號之方法
本發明配置係關於微機電系統(MEMS)及用於形成該等微機電系統之方法，且更具體而言係關於用於RF訊號之雙向開關。
切換式濾波器架構在諸多通信系統中常見，其用以辨別處於各種所關注頻帶中之所要訊號。此等切換式濾波器架構具有諸如在一寬廣頻率範圍(例如，1MHz至6.0GHz)內低損耗及高隔離之切換需要。由於強加於寬頻通信系統之組件之嚴格約束(例如大小、功率及重量(SWaP))而通常在此等系統中使用諸如單片微波積體電路(MMIC)及MEMS開關之小型化開關。
三維微結構可藉由利用順序建造程序來形成。舉例而言，第7,012,489號及第7,898,356號美國專利闡述用於製作同軸波導微結構之方法。此等程序提供傳統薄膜技術之一替代方案，但亦提出與其有效利用以有利地實施諸如小型化開關之各種裝置有關之新設計挑戰。
本發明之實施例係關於一種開關。該開關包含形成於一基板上之相對的第一及第二基座部件。第一及第二彈性部件分別提供於該等相對的第一及第二基座部件處。具有一伸長長度之一梭動件在該基板上方延伸且在其相對的第一及第二端處分別由該等第一及第二彈性部 件彈性地支撐。一驅動部分經結構設計以回應於一所施加電壓而使該梭動件沿著與該伸長長度對準之一運動軸選擇性地移動。該驅動部分包含提供於沿著該伸長長度之一第一位置處之一梭動驅動部分，該梭動驅動部分包含自該梭動件之相對側橫向延伸之複數個梭動驅動指形件。該驅動部分亦包含與該複數個梭動驅動指形件指狀交叉之複數個動力驅動指形件。該動力驅動指形件相對於該基板固定且安置於該梭動件之該梭動驅動部分之相對側上。
一梭動開關部分提供於沿著該梭動件之該伸長長度之一第二位置處。該梭動開關部分與該梭動驅動部分以及該等相對的第一及第二基座部件電隔離。該梭動開關部分包含由自該梭動件之一第一開關區段之相對側橫向延伸之第一複數個梭動接觸指形件形成之一第一開關元件。該梭動開關部分亦包含由自該梭動件之一第二開關區段之相對側橫向延伸之第二複數個梭動接觸指形件形成之一第二梭動開關元件。提供一共同觸點，其具有相對於該基板之一固定位置且安置於該梭動件之一共同端子側上。該共同觸點包含分別與該第一複數個梭動接觸指形件及該第二複數個梭動接觸指形件指狀交叉之第一及第二複數個共同接觸指形件。
第一及第二端子觸點固定在該基板之毗鄰於該梭動件之一切換端子側之一部分上。該等第一及第二端子觸點分別包含第一端子接觸指形件及第二端子接觸指形件，該等第一端子接觸指形件及該等第二端子接觸指形件分別與該第一複數個梭動接觸指形件及該第二複數個梭動接觸指形件指狀交叉。在該驅動部分使該梭動件沿著該運動軸移動至一第一位置時，該梭動開關部分在該共同觸點與該第一端子觸點之間唯一地形成一電連接。在該驅動部分使該梭動件沿著該運動軸移動至一第二位置時，該梭動開關部分在該共同觸點與該第二端子觸點之間唯一地形成一電連接。
本發明亦係關於一種用於切換一電訊號之方法。該方法藉由由安置於一基板上之複數個材料層形成特定開關組件來開始。該等開關組件包含一梭動件、一驅動部分、一共同觸點以及第一及第二端子觸點。該梭動件具有一伸長長度，其在該基板上方延伸且在其相對端處被彈性地支撐。該驅動部分經結構設計以回應於一所施加電壓而使該梭動件在與該梭動件對準之兩個相反方向上沿著一運動軸選擇性地移動。一梭動開關部分提供於沿著該伸長長度之一位置處，包含：一第一開關元件，其由自該梭動件之相對側橫向延伸之第一複數個梭動接觸指形件形成；及一第二梭動開關元件，其與該第一開關元件電隔離且由自該梭動件之相對側橫向延伸之第二複數個梭動接觸指形件形成。該共同觸點相對於該基板固定且毗鄰該梭動件之一共同端子側而設置。該等第一及第二端子觸點亦相對於該基板固定但毗鄰該梭動件之一切換端子側而設置。
該方法進一步涉及：在該驅動部分施加一第一靜電力以使該梭動件沿著該運動軸在一第一方向上自一靜止位置移動至一第一位置時，藉助該梭動開關部分在該共同觸點與該第一端子觸點之間選擇性唯一地形成一電連接。該方法亦包含：在該驅動部分施加一第二靜電力以使該梭動件沿著該運動軸在一第二方向上自該靜止位置移動至一第二位置時，在該共同觸點與該第二端子觸點之間形成一電連接。
10‧‧‧微機電系統開關/開關
12‧‧‧接觸部分
14‧‧‧驅動部分
16‧‧‧梭動件
17‧‧‧樑/梭動件
18‧‧‧第一基座部件/基座部件
20‧‧‧第二基座部件/基座部件
21-21‧‧‧線
22‧‧‧過渡部分
22-22‧‧‧線
24‧‧‧過渡部分
26‧‧‧過渡部分
28‧‧‧共同觸點
30‧‧‧基板
31‧‧‧第一端子觸點
32‧‧‧第二端子觸點
34‧‧‧接地平面/基板/導電金屬接地平面/接地平面層
36‧‧‧第一彈性部件/彈性部件
38‧‧‧第二彈性部件/彈性部件
40‧‧‧運動軸
42‧‧‧梭動驅動部分
43‧‧‧第二複數個梭動驅動指形件/梭動驅動指形件
44‧‧‧第一複數個梭動驅動指形件/梭動驅動指形件
46a‧‧‧電極
46b‧‧‧電極
48a‧‧‧電極
48b‧‧‧電極
50‧‧‧第二位置動力驅動指形件/第二複數個動力驅動指形件/動力驅動指形件
52‧‧‧第一位置動力驅動指形件/第一複數個動力驅動指形件/動力驅動指形件/第一位置動力指形件
54‧‧‧梭動開關部分
56‧‧‧絕緣體區段/絕緣體部分
58‧‧‧絕緣體部分
60‧‧‧絕緣體部分
62‧‧‧第一開關元件
64‧‧‧第一複數個梭動接觸指形件/梭動接觸指形件
66‧‧‧第二梭動開關元件/第二開關元件
68‧‧‧第二複數個梭動接觸指形件/梭動接觸指形件
70‧‧‧共同端子側/共同觸點端子側
72‧‧‧第一複數個共同接觸指形件/共同接觸指形件
74‧‧‧第二複數個共同接觸指形件/共同接觸指形件
76‧‧‧切換端子側
78‧‧‧第一端子接觸指形件/第一複數個端子接觸指形件/端子接觸指形件
80‧‧‧第二端子接觸指形件/第二複數個端子接觸指形件/端子接觸指形件
82‧‧‧壁/周邊壁
84‧‧‧外屏蔽件/接地外殼外屏蔽件
86‧‧‧外屏蔽件/接地外殼外屏蔽件
88‧‧‧外屏蔽件/接地外殼外屏蔽件
90‧‧‧內導體
92‧‧‧內導體
94‧‧‧內導體
96‧‧‧內部通道/通道
98‧‧‧內部通道/通道
100‧‧‧內部通道/通道
102‧‧‧電絕緣突片/突片
104‧‧‧電絕緣突片/突片
106‧‧‧電絕緣突片/突片
108a‧‧‧第一引線
108b‧‧‧第二引線
110‧‧‧第一光阻劑層/層
110a‧‧‧第一引線
110b‧‧‧第二引線
112‧‧‧第一導電材料層/導電材料層
114‧‧‧第二光阻劑材料層
116‧‧‧第二導電材料層
118‧‧‧第三光阻劑層
120‧‧‧第三導電材料層
122‧‧‧第四導電材料層
124‧‧‧第五導電材料層
+x‧‧‧方向
-x‧‧‧方向/相反方向
+y‧‧‧方向
y‧‧‧方向
+z‧‧‧方向
-z‧‧‧方向
將參考以下圖式闡述實施例，其中遍及各圖，相似元件符號表示相似物項，且其中：
圖1係有助於理解本發明之一開關之一透視圖。
圖2係其中梭動件處於一靜止位置中的圖1中之開關之一俯視圖。
圖3係圖1之開關中所使用之梭動件之一俯視圖。
圖4係其中梭動件處於一第一開關位置中的圖1中之開關之一部分之一俯視圖。
圖5係其中梭動件處於一第二開關位置中的圖1中之開關之一部分之一俯視圖。
圖6至圖19係有助於理解構造圖1中之開關之一方法之一系列圖式。
圖20係沿著線20-20截取的圖2中之開關之一剖面圖。
圖21係沿著線21-21截取的圖2中之開關之一剖面圖。
圖22係有助於理解一傳輸線區段之構造之沿著線22-22截取的圖2中之開關之一剖面圖。
圖23係在光阻劑層已溶解之後沿著線22-22截取的圖2中之開關之一剖面圖。
參考附圖闡述本發明。該等圖未按比例繪製且其僅經提供以圖解說明本發明。為圖解說明，下文參考實例性應用來闡述本發明之數個態樣。應理解，陳述眾多特定細節、關係及方法以提供對本發明之一完全理解。然而，熟習相關技術者將容易地認識到，可在不使用該等特定細節中之一或多者或使用其他方法之情況下來實踐本發明。在其他例項中，未詳細展示眾所周知的結構或操作以避免使本發明模糊。本發明並不受動作或事件之所圖解說明次序限制，此乃因某些動作可以不同次序發生及/或與其他動作或事件同時發生。此外，實施根據本發明之一方法未必需要所有所圖解說明動作或事件。
各圖繪示一MEMS開關10。開關10可在一共同組件與一第一及第二電子組件(未展示)之間選擇性地建立及解除電接觸。換言之，該開關係為單刀雙擲種類。開關10具有大約0.2mm之一最大高度(「z」維度)；大約1.0mm之一最大寬度(「y」維度)；及大約1.6mm之一最大 長度(「x」維度)。僅出於例示性目的，將開關10闡述為具有此等特定維度之一MEMS開關。開關10之替代實施例可根據一特定應用之需要(包含大小、重量及功率(SWaP)需要)而按比例增加或減小。
開關10包括一接觸部分12、一驅動部分14及一梭動件16，如圖1中所展示。梭動件16藉由相對的第一基座部件18及第二基座部件20彈性地懸置於一基板30上方。第一及第二電子組件藉助於可形成為同軸傳輸線之過渡部分22、24電連接至接觸部分12。共同電組件藉助於過渡部分26電連接至接觸部分12。過渡部分26亦可形成為一同軸傳輸線。更特定而言，共同電組件藉由過渡部分26連接至共同觸點28，第一組件藉由過渡部分22電連接至第一端子觸點31，且第二組件藉由過渡部分24電連接至第二端子觸點32。共同觸點、第一端子觸點及第二端子觸點中之每一者相對於該基板固定在適當位置中。
如下文所論述，回應於驅動部分14中所包含之特定動力元件之選擇性通電及斷電，梭動件16在「x」方向上在一第一位置、一第二位置與一靜止位置之間移動。在梭動件16處於其第一或第二位置中時，梭動件16選擇性促進電流流動穿過接觸部分12。在第一位置中，梭動件促進電流在共同觸點28與第一端子觸點31之間的流動。在第二位置中，梭動件促進電流在共同觸點28與第二端子觸點32之間的流動。第一端子觸點與第二端子觸點總是電隔離。在梭動件16處於其靜止位置中時，電流不流動穿過該梭動件。因此，當梭動件16在其靜止位置中時，第一及第二電子組件兩者皆與共同組件電隔離。
開關10包括由諸如矽(Si)之一介電材料形成之一基板30，如圖1及圖2中所展示。基板30可在替代實施例中由諸如玻璃、矽鍺(SiGe)或砷化鎵(GaAs)之其他材料形成。開關10亦包含安置於基板30上之一接地平面34。開關10由諸如銅(Cu)之一導電材料之五個或五個以上層形成。每一層可具有(舉例而言)大約介於10μm至50μm之間的一厚 度。其他不同層厚度範圍亦係可能的。舉例而言，在一些實施例中，導電材料層之厚度範圍可介於50μm至150μm之間或介於50μm至200μm之間。
開關亦可包含一或多個介電材料層(視可需要)以形成開關之電絕緣部分。此等介電材料部分用於將開關之特定部分與開關之其他部分及/或與接地平面34隔離。本文中所闡述之介電材料層將大體具有介於1μm至20μm之間的一厚度但亦可介於20μm至100μm之間的範圍。導電材料層及介電材料層之厚度及數目為應用相依的，且可隨諸如設計之複雜度、其他裝置之混合式或單片式整合、各種組件之整體高度(「z」維度)等等之因素而變化。根據本發明之一項態樣，開關可使用類似於第7,012,489號及第7,898,356號美國專利中所闡述之彼等技術之技術來形成。
如圖1及圖2中可觀察，梭動件16具有由樑17形成之一伸長長度，該樑在「x」方向上在基板34上方延伸。除非本文中另有註明，否則梭動件係由諸如銅(Cu)之一導電材料形成。梭動件在其相對的第一及第二端處分別由第一彈性部件36及第二彈性部件38彈性地支撐。彈性部件具備相對的第一基座部件18及第二基座部件20(例如，與該等基座部件整體地形成)。基座部件及彈性部件亦可由銅形成。在本發明之一實施例中，彈性部件36、38可形成為能夠在「x」方向上撓曲之薄簧舌狀結構。但是，本發明並不限於簧舌狀結構且亦可使用任何其他彈性結構，只要其能夠將梭動件支撐於基板上方且允許該梭動件在+/-x方向上移動即可，如下文中所闡述。梭動件較佳地僅支撐於基板之表面上面，使得其可在經受彈性部件36、38之約束之情況下沿著運動軸40自由地移動。驅動部分14經設計以回應於一所施加電壓而選擇性地施加使梭動件16沿著運動軸40移動之兩個反作用力中之一者。驅動部分之操作將隨著繼續進行對其結構之詳細說明而變得更明 瞭。
如圖2及圖3中所展示，驅動部分14包含提供於沿著梭動件之伸長長度之一第一位置處之一梭動驅動部分42。梭動驅動部分42包含第一複數個梭動驅動指形件44及第二複數個梭動驅動指形件43。第一及第二複數個梭動驅動指形件自梭動件之相對側橫向(在+/-y方向上)延伸。如圖2中所展示，複數個電極46a、46b、48a、48b在梭動驅動部分之相對側上相對於基板30固定於適當位置中。在本發明之一實施例中，電極形成於基板30之表面上。電極中之每一者包含複數個動力驅動指形件。更特定而言，電極48a、48b包括分別與第一複數個梭動驅動指形件44指狀交叉之複數個第一位置動力驅動指形件52，如所展示。類似地，電極46a、46b包括與第二複數個梭動驅動指形件43指狀交叉之複數個第二位置動力驅動指形件50，如所展示。適合電連接(未展示)經提供使得電極48a、48b可以一致動電壓同時激發。類似地，電連接經提供使得電極46a、46b可以一致動電壓同時激發。
在梭動件處於圖2中所展示之其靜止位置中時，第一位置動力驅動指形件52及第二位置動力驅動指形件50在梭動驅動指形件44、43中之毗鄰者之間隔開一不相等距離。換言之，第一複數個動力驅動指形件52中之個別者不在第一複數個梭動驅動指形件44中之毗鄰者之間居中。類似地，第二複數個動力驅動指形件50中之個別者不在第二複數個梭動驅動指形件43中之毗鄰者之間居中。此偏中心間隔之目的係為確保由一特定電極之動力驅動指形件50、52施加至梭動件16之一靜電力將沿著運動軸40在一個方向上與相反方向相比較大。
舉例而言，當在梭動驅動部分42與第一位置動力驅動指形件52之間建立一電壓電位時，將施加一靜電力於梭動驅動指形件44上。施加在最接近於一第一位置動力驅動指形件52之每一梭動驅動指形件上之力與施加在位於相同第一位置動力驅動指形件52之一相對側上但間 隔開一較大距離之一梭動驅動指形件44上之力相比將較大。因此，將施加一淨力於梭動件上，藉此致使其移動。將瞭解，若第一位置動力驅動指形件52在毗鄰梭動驅動指形件44之間相等地間隔開，則其將施加一相等但相反靜電力於毗鄰梭動驅動指形件中之每一者上且梭動件將不移動。因此，在將一電壓施加至第一位置動力驅動指形件52時將在一第一運動方向上將一淨力施加至梭動件16，該力將致使梭動件沿著運動軸40在一+x方向上移動。類似地，在將一電壓施加至第二位置動力驅動指形件50時將在一相反方向上將一淨力施加至梭動件16，該力將致使梭動件沿著運動軸40在一相反(-x)方向上移動。
為達成上文所闡述之雙向運動，與跟電極48a、48b相關聯之指狀交叉間隔相比，有意使與電極46a、46b相關聯之指狀交叉間隔不對稱。特定而言，自一第一位置動力驅動指形件52至第一複數個梭動驅動指形件44中之一毗鄰者之間隔在+x方向上比其在-x方向上小。相反地，自一第二位置動力驅動指形件50至第二複數個梭動驅動指形件43中之一毗鄰者之間隔在+x方向上比其在-x方向上大。因此，第一位置動力驅動指形件52相對於第一複數個梭動驅動指形件44之一指狀交叉間隔結構與第二位置動力驅動指形件50相對於第二複數個梭動驅動指形件43之一指狀交叉間隔結構相比係不對稱的。此不對稱指狀交叉間隔配置確保梭動件16將在將一電壓唯一地施加至電極48a、48b時在+x方向上移動至一第一位置(在圖4中展示)。相反地，梭動件將在將電壓唯一地施加至電極46a、46b時在-x方向上移動至一第二位置(在圖5中展示)。在無任何電壓施加至電極46a、46b、48a、48b時，梭動件將返回至其靜止位置，如圖2中所展示。結果，藉助如所展示之驅動部分配置獲得梭動件之主動雙向運動控制。
如圖3中所展示，梭動件16包含提供於沿著梭動件之伸長長度之一第二位置處之一梭動開關部分54。梭動開關部分藉由一絕緣體區段 56與梭動驅動部分42電隔離。梭動開關部分藉助於一絕緣體部分60進一步電隔離。絕緣體部分60將梭動開關部分與相對的第一基座部件18及第二基座部件20電隔離。梭動開關部分54包含由自梭動件之第一開關區段之相對側橫向延伸之第一複數個梭動接觸指形件64形成之一第一開關元件62及由自梭動件之一第二開關區段之相對側橫向延伸之第二複數個梭動接觸指形件68形成之一第二梭動開關元件66。一絕緣體部分58將第一開關元件62與第二開關元件66電隔離。絕緣體部分56、58及60可由諸如聚乙烯、聚酯、聚碳酸酯、醋酸纖維素、聚丙烯、聚氯乙烯、聚偏二氯乙烯、聚苯乙烯、聚醯胺、聚醯亞胺、苯環環丁烯、SU8等之一適合介電材料形成，只要該材料將在如下文所論述之開關10之製造期間不被用於溶解犧牲抗蝕劑之溶劑侵蝕即可。
如圖2中所展示，開關10包含具有相對於基板30之一固定位置之共同觸點28。舉例而言，共同觸點28可直接安置於基板之一表面上。共同觸點28安置於基板之一部分上，該部分在梭動件之一側上毗鄰於梭動件且在本文中應稱作梭動件之一共同端子側70。共同觸點28包含與在基板之共同觸點端子側70上方延伸之第一複數個梭動接觸指形件64指狀交叉之第一複數個共同接觸指形件72。共同觸點亦包含與在基板之共同觸點端子側70上方延伸之第二複數個梭動接觸指形件68指狀交叉之第二複數個共同接觸指形件74。
開關10亦包含第一端子觸點31及第二端子觸點32，第一端子觸點31及第二端子觸點32提供於相對於基板30之一固定位置中。舉例而言，第一及第二端子觸點可直接安置於基板之一表面上。第一及第二端子觸點安置於基板之一部分上，該部分在梭動件之一側上毗鄰於梭動件且在本文中應稱作基板之一切換端子側76。第一端子觸點31及第二端子觸點32包括分別與第一複數個梭動接觸指形件64及第二複數個梭動接觸指形件68指狀交叉之複數個第一端子接觸指形件78及複數個 第二端子接觸指形件80。
明顯地，第一複數個共同接觸指形件72經定位相對於第一複數個梭動接觸指形件64中之毗鄰者偏中心。如圖2中所展示，共同接觸指形件72經配置使得至梭動接觸指形件64中之一毗鄰者之間隔在+x方向上與-x方向相比較大。第一端子接觸指形件78相對於第一複數個梭動接觸指形件64中之毗鄰者在位置上以類似方式偏移或偏中心。特定而言，自一第一端子接觸指形件78至梭動接觸指形件64中之一毗鄰者之間隔在+x方向上與在-x方向上之間隔相比較大。
第二複數個共同接觸指形件74經定位而相對於第二複數個梭動接觸指形件68中之毗鄰者偏中心。如圖2中所展示，第二複數個共同接觸指形件經配置使得至梭動接觸指形件68中之一毗鄰者之間隔在+x方向上與在-x方向上相比較小。第二端子接觸指形件80相對於第二複數個梭動接觸指形件68中之毗鄰者在位置上以類似方式偏移或偏中心。特定而言，自一第二端子接觸指形件80至梭動接觸指形件68中之一毗鄰者之間隔在+x方向上與-x方向相比較小。
依據前述內容，可瞭解第一複數個共同接觸指形件72相對於第一複數個梭動接觸指形件64中之毗鄰者之一指狀交叉間隔結構與第二複數個共同接觸指形件74相對於第二複數個梭動接觸指形件68中之毗鄰者之一指狀交叉間隔相比係不對稱的。同樣地，應瞭解，第一端子接觸指形件78相對於第一複數個梭動接觸指形件64中之毗鄰者之一指狀交叉間隔結構與第二端子接觸指形件80相對於第二複數個梭動接觸指形件68中之毗鄰者之一指狀交叉間隔結構相比係不對稱的。前述不對稱間隔結構促進雙向開關操作，如下文將進一步詳細解釋。
如在圖1及圖2中所展示，開關10亦可包含在+z方向上自基板之表面圍繞開關之一周邊延伸之一壁82。該壁安置於基板30上且由諸如銅(Cu)之一導電材料形成。該壁完全或至少實質上圍繞梭動件16，電 極46a、46b、48a、48b，共同觸點28以及第一端子觸點31及第二端子觸點32延伸。在一些實施例中，相對的第一基座部件18及第二基座部件20可整合至周邊壁82中，如所展示，但本發明並不限制於此方面。壁82幫助於電隔離可存在於由壁封圍之開關之內部組件中之任一者上之任何靜電場及/或RF能量。如上文所註明，基板30之表面可包含一導電金屬接地平面34。導電金屬接地平面34較佳地不存在於基板之在壁82之邊界內之區域中。
在圖1至圖3中所展示之本發明之一實施例中，過渡部分22、24、26之一外屏蔽件84、86、88與壁82整體地形成且與其形成一電連接。過渡部分22、24、26中之每一者亦分別包含一內導體90、92、94。內導體90、92、94中之每一者延伸穿過界定於壁82中之一各別開口。內導體90與第一端子觸點31形成一電連接。內導體92與第二端子觸點32形成一電連接。內導體94與共同觸點28形成一電連接。在前述配置之情況下，在過渡部分26上傳遞之RF訊號可藉由開關10之操作來控制使得該RF訊號路由至過渡部分22或過渡部分24。RF訊號路由將藉由梭動件16之一位置決定，如本文中所闡述。
內導體90、92、94分別懸置在界定於過渡部分22、24、26之外屏蔽件84、86、88內之一內部通道96、98、100內。內導體藉由電絕緣突片102、104、106支撐於通道內，如圖1中所圖解說明。突片102、104、106由一介電材料形成。舉例而言，突片可由聚乙烯、聚酯、聚碳酸酯、醋酸纖維素、聚丙烯、聚氯乙烯、聚二氯亞乙烯、聚苯乙烯、聚醯胺、聚醯亞胺、苯并環丁烯、SU8等形成，只要該材料將在如下文所論述之開關10之製造期間不被用於溶解犧牲抗蝕劑之溶劑侵蝕即可。突片102、104、106可各自具有(舉例而言)大約15μm之一厚度。每一突片跨越通道96、98、100之寬度，即，x方向維度。每一突片之端夾在形成接地外殼外屏蔽件84、86、88之側之導電材料層 之間。內導體90、92、94由外屏蔽件84、86、88之內部表面環繞，且藉由一氣隙與外屏蔽件84、86、88之內部表面間隔開。該氣隙充當將內導體90、92、94與外屏蔽件電隔離之一電介質。本文中關於圖2所展示及所闡述之傳輸線結構之類型通常稱作一「矩形同軸(recta-coax)」結構，或者稱作微同軸。
現在將參考圖4及圖5進一步詳細地闡述開關10之操作。如圖4中所展示，在電極48a、48b與梭動驅動部分42之間建立一電壓差。舉例而言，在所展示之實施例中，藉助於第一引線108a及第二引線108b將一電壓+V施加至電極48a、48b中之每一者，且梭動驅動部分42連接至接地(例如，接地平面34)，如所展示。提供+V之一例示性電壓源將係一120伏特直流(DC)電壓源(未展示)。基板之接地平面34與電極48a、48b電隔離。在以此方式施加一電壓時，在第一位置動力指形件52中之每一者與第一複數個梭動驅動指形件44中之毗鄰者之間產生一靜電電位。靜電電位致使一力施加至第一複數個梭動驅動指形件44，此將梭動件16在+x方向上驅策至第一位置，如所展示。結果，致使第一複數個梭動接觸指形件64與第一複數個共同接觸指形件72接觸。同時，亦致使第一複數個梭動接觸指形件64與第一端子接觸指形件78接觸。因此，梭動開關部分54在處於第一位置中時在共同觸點28與第一端子觸點31之間形成一電連接。明顯地，在梭動件處於此第一位置中時，第二複數個梭動接觸指形件68在第二複數個共同接觸指形件74中之毗鄰者之間隔開，且亦在第二複數個端子接觸指形件80之間隔開。梭動接觸指形件68與共同接觸指形件74之間的間隙內之空氣及梭動接觸指形件68與複數個端子接觸指形件80之間的空氣充當在梭動件16處於第一位置中時使毗鄰指形件彼此電隔離之一介電絕緣體。因此，在梭動件處於其第一位置中時，共同觸點28與第二端子觸點32之間不形成任何電接觸。
現在參考圖5，梭動件16展示為處於其第二位置中。為使梭動件移動至第二位置，在電極46a、46b中之每一者與梭動驅動部分42之間建立一電壓差。舉例而言，在所展示之實施例中，藉助於第一引線110a及第二引線110b將一電壓+V施加至電極46a、46b中之每一者，且梭動驅動部分42連接至接地(例如，接地平面34)，如所展示。提供+V之一例示性電壓源將係一120伏特直流(DC)電壓源(未展示)。在以此方式施加一電壓時，在第二位置動力指形件50中之每一者與第二複數個梭動驅動指形件43中之毗鄰者之間產生一靜電電位。靜電電位致使一力施加至第二複數個梭動驅動指形件43，此將梭動件16在-x方向上驅策至第二位置，如所展示。結果，致使第二複數個梭動接觸指形件68與第二複數個共同接觸指形件74接觸。同時，亦致使第二複數個梭動接觸指形件68與第二端子接觸指形件80接觸。因此，梭動開關部分54在處於第二位置中時在共同觸點28與第二端子觸點32之間形成一電連接。明顯地，在梭動件處於此第二位置中時，第一複數個梭動接觸指形件64在第一複數個共同接觸指形件72中之毗鄰者之間隔開，且亦在第一複數個端子接觸指形件78之間隔開。梭動接觸指形件64與共同接觸指形件72之間的間隙內之空氣及梭動接觸指形件64與複數個端子接觸指形件78之間的空氣充當在梭動件16處於第二位置中時使毗鄰指形件彼此電隔離之一介電絕緣體。因此，在梭動件處於其第二位置中時，共同觸點28與第一端子觸點31之間不形成任何電接觸。
如將自前述闡述瞭解，梭動件16將在如本文中所闡述施加一電壓時沿著運動軸移動一特定偏轉距離(相對於梭動件之靜止位置)。偏轉距離與所施加電壓之間的關係取決於第一彈性部件36及第二彈性部件38之剛度，第一彈性部件36及第二彈性部件38之剛度又取決於包含彈性部件之形狀、長度及厚度以及形成彈性部件之材料之性質(例如，楊氏模數)之因素。此等因素可經修整以適應一特定應用以便使 所要致動電壓最小化，同時提供用於在一特定應用中支撐梭動件之足夠強度；耐受預期位準衝擊及振動之足夠剛度；及在施加至驅動部分之電壓電位被移除時促進梭動件16返回至其打開位置之足夠彈性。熟習此項技術者將瞭解，驅動部分14可具有除本文中所闡述之該結構以外之一結構。舉例而言，在替代方案中可使用適合梳狀、板狀或其他類型之靜電致動器。
現在將進一步詳細地闡述開關10之構造。開關10及其替代實施例可使用用於形成包含同軸傳輸線之三維微結構之已知處理技術來製造。舉例而言，第7,898,356號及第7,012,489號美國專利中所闡述之處理方法可用於此目的，且彼等參考文獻之揭示內容以引用方式併入本文中。將關於圖6至圖21闡述開關之構造，圖6至圖21展示如沿著圖2中之線6-6及7-7所截取之構造之各種剖面圖。
如圖6及圖7中所展示，將由一介電材料形成之一第一光阻劑層110施加至基板30之上表面使得上表面之所曝露部分對應於待提供導電材料處之位置。第一光阻劑層(舉例而言)藉由在基板30之上表面上沈積及圖案化光可界定材料或光阻劑材料而形成。如圖8及圖9中所展示，第一導電材料層112隨後沈積在基板30之所曝露部分上達一預定厚度。導電材料層112形成共同觸點28之第一層，包含第二複數個共同接觸指形件74，如所展示。導電材料層112亦形成以下各項之第一層：電極46a、46b、48a、48b，第一端子觸點31及第二端子觸點32，基座部件18及20，壁82以及外屏蔽件84、86、88。如圖9中所展示，導電材料層112亦形成接地平面層34。導電材料之沈積係使用諸如化學汽相沈積(CVD)之一適合技術完成。可在替代方案中使用諸如物理汽相沈積(PVD)、濺鍍或電鍍之其他適合技術。可使用諸如化學-機械平面化(CMP)之一適合技術來平面化新形成的第一層之上表面。
沈積及圖案化一第二光阻劑材料層114，如圖10及圖11中所展 示。此後，沈積一第二導電材料層116，如圖12及圖13中所展示。第二導電材料層116形成共同觸點層28之第二層，包含第二複數個共同接觸指形件74，如所展示。導電材料層116亦形成以下各項之第二層：電極46a、46b、48a、48b，第一端子觸點31及第二端子觸點32，基座部件18及20，壁82以及外屏蔽件84、86、88。第二導電材料層116亦形成梭動件16之部分，包含第二複數個梭動接觸指形件68。梭動件之由導電材料層116形成之其他部分包含：樑17、第一複數個梭動接觸指形件64、第一複數個梭動驅動指形件44及第二複數個梭動驅動指形件43。
如圖14至圖17中所展示，藉由添加一第三光阻劑層118及一第三導電材料層120來重複施加光阻劑及導電材料層之前述程序。添加光阻劑層及導電材料層之此程序繼續直至獲得圖18及圖19中之結構為止。第三、第四及第五導電材料層120、122、124形成以下各項之額外部分：梭動件16，電極46a、46b、48a、48b，共同觸點28，第一端子觸點31及第二端子觸點32，基座部件18及20，壁82，內導體90、92、94以及外屏蔽件84、86、88。
針對一特定開關應用，可視需要沈積額外光阻劑及導電材料層。在已沈積最終層之後，使用一適合技術，將自遮蔽步驟中之每一者剩餘之光阻劑材料釋放或以其他方式移除，如圖20及圖21中所繪示。舉例而言，可藉由曝露至溶解光阻劑材料之一適當溶劑來移除光阻劑。光阻劑之移除底切梭動件17之支撐於層110上之區域。光阻劑之移除亦將介電材料自基座部件18與彈性部件36之間的空間以及彈性部件38與基座部件20之間的空間溶解，藉此使梭動件16沿著運動軸40自由移動。明顯地，形成突片102、104、106，絕緣體部分56、58及60之介電材料層未被溶劑移除。用於突片、絕緣部分等之介電材料並非用於建造該層之相同光阻劑材料。因此，介電材料必須具有不與用 於溶解光阻劑之溶劑相容之性質。
圖22中展示在已如本文中所闡述沈積所有導電材料層及介電材料層之後的沿著線22-22截取之過渡部分26之一剖面圖。圖23中展示在移除光阻劑區域之後的沿著線22-22截取之過渡部分26之一剖面圖。注意，有意允許形成突片106之介電材料存留且不被溶劑溶解。因此，內導體94支撐於由外導電屏蔽件88界定之通道100內。
雖然已關於一或多個實施方案圖解說明及闡述了本發明，但熟習此項技術者在閱讀及理解本說明書及隨附圖式後旋即將想到等效變更及修改。另外，儘管可能已關於數種實施方案中之僅一者揭示了本發明之一特定特徵，但此特徵可與其他實施方案之一或多個其他特徵組合，如對於任何給定或特定應用可能為合意的及有利的。因此，本發明之廣度及範疇不應受上文所闡述實施例中之任一者限制。而是，本發明之範疇應根據隨附申請專利範圍及其等效範圍來界定。
10‧‧‧微機電系統開關/開關
12‧‧‧接觸部分
14‧‧‧驅動部分
16‧‧‧梭動件
18‧‧‧第一基座部件/基座部件
20‧‧‧第二基座部件/基座部件
22‧‧‧過渡部分
24‧‧‧過渡部分
26‧‧‧過渡部分
28‧‧‧共同觸點
30‧‧‧基板
31‧‧‧第一端子觸點
32‧‧‧第二端子觸點
34‧‧‧接地平面/基板/導電金屬接地平面/接地平面層
36‧‧‧第一彈性部件/彈性部件
38‧‧‧第二彈性部件/彈性部件
46a‧‧‧電極
46b‧‧‧電極
48a‧‧‧電極
48b‧‧‧電極
82‧‧‧壁/周邊壁
84‧‧‧外屏蔽件/接地外殼外屏蔽件
86‧‧‧外屏蔽件/接地外殼外屏蔽件
88‧‧‧外屏蔽件/接地外殼外屏蔽件
90‧‧‧內導體
92‧‧‧內導體
94‧‧‧內導體
96‧‧‧內部通道/通道
98‧‧‧內部通道/通道
100‧‧‧內部通道/通道
102‧‧‧電絕緣突片/突片
104‧‧‧電絕緣突片/突片
106‧‧‧電絕緣突片/突片
+x‧‧‧方向
-x‧‧‧方向/相反方向
+y‧‧‧方向
-y‧‧‧方向
+z‧‧‧方向
-z‧‧‧方向

Claims (10)

  1. 一種微機電系統(MEMS)開關，其包括：相對的第一及第二基座部件，其形成於一基板上；第一及第二彈性部件分別提供於相對的第一及第二基座部件；一梭動件，其具有一伸長長度，在該基板上方延伸且在其相對的第一及第二端處由該等相對的第一及第二彈性部件分別彈性地支撐；一驅動部分，其經結構設計以回應於一所施加電壓而使該梭動件沿著與該伸長長度對準之一運動軸選擇性地移動，該驅動部分由以下各項構成：一梭動驅動部分，其提供於沿著該伸長長度之一第一位置處，包含自該梭動件之相對側橫向延伸之複數個梭動驅動指形件，及複數個動力驅動指形件，其與該複數個梭動驅動指形件指狀交叉，該複數個動力驅動指形件相對於該基板固定且安置於該梭動驅動部分之相對側上；一梭動開關部分，其提供於沿著該伸長長度之一第二位置處，與該梭動驅動部分及該等相對的第一及第二基座部件電隔離，該梭動開關部分包含由自該梭動件之一第一開關區段之相對側橫向延伸之第一複數個梭動接觸指形件形成之一第一開關元件及由自該梭動件之一第二開關區段之相對側橫向延伸之第二複數個梭動接觸指形件形成之一第二梭動開關元件；一共同觸點，其相對於該基板具有一固定部分且設置於該梭動件之一共同端子側上，該共同觸點包括第一及第二複數個共同接觸指形件，該第一及第二複數個共同接觸指形件分別與該第一複數個梭動接觸指形件及該第二複數個梭動接觸指形件指 狀交叉；第一及第二端子觸點，其於該基板之一部分上毗鄰該梭動件之一切換端子側而固定，且包括第一端子接觸指形件及第二端子接觸指形件，其分別與該第一複數個梭動接觸指形件及該第二複數個梭動接觸指形件指狀交叉；並且其中該梭動開關部分在該驅動部分使該梭動件沿著該運動軸移動至一第一位置時在該共同觸點與該第一端子觸點之間唯一地形成一電連接，且在該驅動部分使該梭動件沿著該運動軸移動至一第二位置時在該共同觸點與該第二端子觸點之間唯一地形成一電連接。
  2. 如請求項1之MEMS開關，其中該複數個動力驅動指形件由複數個第一位置動力驅動指形件及複數個第二位置動力驅動指形件構成，且該等第一位置動力驅動指形件與該等第二位置動力驅動指形件電隔離。
  3. 如請求項2之MEMS開關，其中該梭動驅動部分經結構設計以在將一電壓施加至該等第一位置動力驅動指形件時使該梭動件移動至該第一位置，且經結構設計以在將該電壓施加至該等第二位置動力驅動指形件時移動至該第二位置。
  4. 如請求項3之MEMS開關，其中該等第一位置動力驅動指形件相對於該第一複數個梭動驅動指形件之一指狀交叉間隔與該等第二位置動力驅動指形件相對於該第二複數個梭動驅動指形件之一指狀交叉間隔相比係不對稱的，藉此在將該電壓施加至該等第一位置動力驅動指形件時施加於該梭動件上之一第一靜電力與在將該電壓施加至該等第二位置動力驅動指形件時施加於該梭動件上之一第二靜電力方向相反。
  5. 如請求項4之MEMS開關，其中該梭動驅動部分電連接至該基板 之一接地部分，且與該等第一位置動力驅動指形件及該等第二位置動力驅動指形件電隔離。
  6. 如請求項1之MEMS開關，其中該第一複數個共同接觸指形件相對於該第一複數個梭動接觸指形件中之毗鄰者之一指狀交叉間隔與該第二複數個共同接觸指形件相對於該第二複數個梭動接觸指形件中之毗鄰者之一指狀交叉間隔相比係不對稱的。
  7. 如請求項1之MEMS開關，其中該等第一端子接觸指形件相對於該第一複數個梭動接觸指形件中之毗鄰者之一指狀交叉間隔與該等第二端子接觸指形件相對於該第二複數個梭動接觸指形件中之毗鄰者之一指狀交叉間隔相比係不對稱的。
  8. 一種微機電系統(MEMS)開關，其包括：相對的第一及第二基座部件，其形成於一基板上；一梭動件，其具有一伸長長度，在該基板上方延伸且在其相對的第一及第二端處由該等相對的第一及第二基座部件彈性地支撐；一驅動部分，其經結構設計以回應於一所施加電壓而使該梭動件沿著與該梭動件對準之一運動軸選擇性地移動；一梭動開關部分，其提供於沿著該伸長長度之一位置處，包含由自該梭動件之一第一開關區段之相對側橫向延伸之第一複數個梭動接觸指形件形成之一第一開關元件及由自該梭動件之一第二開關區段之相對側橫向延伸之第二複數個梭動接觸指形件形成之一第二梭動開關元件；一共同觸點，其相對於該基板固定且毗鄰該梭動件之一共同端子側而設置並且包括第一及第二複數個共同接觸指形件，該第一及第二複數個共同接觸指形件分別與該第一複數個梭動接觸指形件及該第二複數個梭動接觸指形件指狀交叉； 第一及第二端子觸點，其相對於該基板固定且毗鄰該梭動件之一切換端子側而設置，該等第一及第二端子觸點分別包括第一端子接觸指形件及第二端子接觸指形件，其分別與該第一複數個梭動接觸指形件及該第二複數個梭動接觸指形件指狀交叉，該第一端子觸點與該第二端子觸點電隔離；其中該梭動開關部分在該驅動部分使該梭動件沿著該運動軸移動至一第一位置時在該共同觸點與該第一端子觸點之間唯一地形成一電連接，且在該驅動部分使該梭動件沿著該運動軸移動至一第二位置時在該共同觸點與該第二端子觸點之間唯一地形成一電連接。
  9. 一種用於切換一電訊號之方法，其包括：由安置於一基板上之複數個材料層形成：一梭動件，其具有一伸長長度，在該基板上方延伸且在其相對端處被彈性地支撐；一驅動部分，其經結構設計以回應於一所施加電壓而使該梭動件在與該梭動件對準之兩個相反方向上沿著一運動軸選擇性地移動；一梭動開關部分，其提供於沿著該伸長長度之一位置處，包含：一第一開關元件，其由自該梭動件之相對側橫向延伸之第一複數個梭動接觸指形件形成；及一第二梭動開關元件，其與該第一開關元件電隔離且由自該梭動件之相對側橫向延伸之第二複數個梭動接觸指形件形成；一共同觸點，其相對於該基板固定且毗鄰該梭動件之一共同端子側而設置，該共同觸點包括第一及第二複數個共同接觸指形件，該第一及第二複數個共同接觸指形件分別與該第一複數個梭動接觸指形件及該第二複數個梭動接觸指形件指狀交叉； 第一及第二端子觸點，其相對於該基板固定但毗鄰該梭動件之一切換端子側而設置，該等第一及第二端子觸點分別包括第一複數個端子接觸指形件及第二複數個端子接觸指形件，其分別與該第一複數個梭動接觸指形件及該第二複數個梭動接觸指形件指狀交叉；其中該方法包括：在該驅動部分施加一第一靜電力以使該梭動件沿著該運動軸在一第一方向上自一靜止位置移動至一第一位置時，藉助該梭動開關部分在該共同觸點與該第一端子觸點之間選擇性唯一地形成一電連接，並且在該驅動部分施加一第二靜電力以使該梭動件沿著該運動軸在一第二方向上自該靜止位置移動至一第二位置時，在該共同觸點與該第二端子觸點之間形成一電連接。
  10. 一種微機電系統(MEMS)開關，其包括：相對的第一及第二基座部件，其橫向遠離一基板之一表面延伸並由堆疊在該基板上之複數導電材料組成；一梭動件，其由該複數導電材中堆疊且安排以形成具有一伸長長度之一樑之所選定者界定；第一及第二彈性部件，其彈性地支撐該樑之相對端以利該樑沿一運動軸運動，該等第一及第二彈性部件分別與該等相對的第一及第二基座部件整合並與該梭動件整合，並且自該複數導電材中同樣形成該等相對的第一及第二基座部件及該梭動件之所選定者形成；一梭動開關部分，其包含由自該梭動件之相對側橫向延伸之複數個梭動接觸指形件形成；一共同觸點，其毗鄰該梭動開關部分之一側，該共同觸點包括第一及第二複數個共同接觸指形件，該第一及第二複數個共 同接觸指形件分別與該第一複數個梭動接觸指形件及該第二複數個梭動接觸指形件指狀交叉；第一及第二端子觸點，其毗鄰該梭動開關部分相對於該第一側之一第二側，該等第一及第二端子觸點分別包括第一複數個端子接觸指形件及第二複數個端子接觸指形件，其分別與該第一複數個梭動接觸指形件及該第二複數個梭動接觸指形件指狀交叉；其中該等梭動接觸指形件經安排，以使該梭動開關部分在該梭動件沿著該運動軸於一第一位置時選擇性地連接該共同觸點至該第一端子觸點，在該梭動件沿著該運動軸於一第二位置時選擇性地連接該共同觸點至該第二端子觸點，並且在該梭動件沿著該運動軸於一第三位置時選擇性地使該共同觸點與該第一端子觸點及該第二端子觸點隔絕。
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