專利名稱：有超低壓能力的拉鏈式開關的制作方法
技術領域：
本發(fā)明一般涉及微電子機械系統(tǒng)(“MEMS”)，尤其涉及MEMS開關。
背景信息微電子機械系統(tǒng)(“MEMS”)設備具有各種各樣的應用，并且在商業(yè)產(chǎn)品中流行。一種類型的MEMS設備是MEMS射頻(RF)開關。典型的MEMS RF開關包括以RF開關陣列排列的一個或多個MEMS開關。由于其低功率特性和在射頻范圍內(nèi)工作的能力，MEMS RF開關對于無線設備是理想的。MEMS RF開關特別適用于包括蜂窩電話、無線網(wǎng)絡、通信系統(tǒng)和雷達系統(tǒng)的應用。在無線設備中，MEMS RF開關可用作天線開關、模式開關、發(fā)射/接收開關等。
已知的MEMS開關使用一電鍍金屬懸臂，該金屬懸臂在一端支撐，并在靠近該金屬懸臂的末梢端處具有電RF觸點。激勵電極被定位在該電RF觸點下，且施加于激勵電極或金屬懸臂的直流(“DC”)激勵電壓迫使金屬懸臂向下彎曲，并與底部的RF信號跡線電接觸。一旦建立了該電接觸，關閉該電路，且疊加在DC激勵電壓上的RF信號可通過該金屬懸臂到達激勵電極和/或到達底部RF信號跡線。
這些MEMS開關通常要求40V或更高的激勵電壓。如果激勵電壓降低到40V以下很多，則必需降低懸臂的彈簧系數(shù)。這些低壓MEMS開關因“靜摩擦”(即，粘在閉路位置中)而受損害，并往往由于其超低彈簧系數(shù)而被RF信號或振動自激勵。在制造其間，電鍍金屬懸臂因高應力梯度而受損害，并因此具有朝向末梢端向上卷曲的趨勢，這被稱為開關梁彎曲。因此，激勵電壓必須足夠大以克服由于梁彎曲而引起的較大的間距，以及在金屬懸臂和下方的激勵電極之間引起靜電坍縮接觸。此外，在高速切換操作期間，已知的MEMS因頻率限制、空氣阻尼電阻而受損害。
附圖簡述參考以下附圖描述了本發(fā)明的非限制和非窮舉實施例，附圖中，相同的參考標號指示所有各附圖中相同的部分，除非另外指定。


圖1A是示出根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的拉鏈式開關(zipper switch)的平面圖的示意圖。
圖1B是示出根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的拉鏈式開關的橫截面圖的示意圖。
圖2是示出根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的拉鏈式開關的工作過程的流程圖。
圖3A是示出根據(jù)本發(fā)明的一個實施例在開路位置的拉鏈式開關的第一彎曲階段的示意圖。
圖3B是示出根據(jù)本發(fā)明的一個實施例在閉路位置的拉鏈式開關的第二彎曲階段的示意圖。
圖4是示出根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的拉鏈式開關的單極電壓激勵和交替極性電壓激勵的線形圖。
圖5是示出根據(jù)本發(fā)明的一個實施例使用并聯(lián)耦合的拉鏈式開關的單刀單擲開關模塊的示意圖。
圖6是示出根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的金屬在金屬之上(metal over metal)的空氣橋的橫截面和平面圖的框圖。
圖7是示出根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的金屬在多晶硅之上(metal overpolysilicon)的空氣橋的橫截面和平面圖的框圖。
圖8A是示出根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的具有交替式RF跡線設計的拉鏈式開關的平面圖的示意圖。
圖8B是示出根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的具有交替式RF跡線設計的拉鏈式橫截面圖的示意圖。
圖9是示出根據(jù)本發(fā)明的一個實施例使用采用交替式RF跡線設計實現(xiàn)的并聯(lián)耦合拉鏈式開關來降低寄生RF耦合的單刀單擲開關模塊的示意圖。
圖10是示出根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的金屬在多晶硅之上的空氣橋的橫截面和平面圖的框圖。
圖11是示出根據(jù)本發(fā)明的一個實施例用MEMS拉鏈式開關陣列實現(xiàn)的演示性無線設備的功能框圖。
詳細描述此處描述了微電子機械系統(tǒng)(“MEMS”)拉鏈式開關及其系統(tǒng)的實施例。在以下描述中，陳述了眾多具體細節(jié)以提供對各實施例的全面理解。然而，本領域的技術人員將認識到，此處所描述的技術可以不采用這一個或多個具體細節(jié)來實現(xiàn)，或者可以用其它方法、組件、材料等來實現(xiàn)。在其它情況下，未詳細示出或描述公知的結構、材料或操作以避免使某些方面模糊。
貫穿本說明書對“一個實施例”或“一實施例”的引用意味著結合該實施例所描述的特定特征、結構或特性被包括在本發(fā)明的至少一個實施例中。由此，短語“在一個實施例中”或“在一實施例中”在貫穿本說明書的各個位置處的出現(xiàn)不必引用同一實施例。此外，可以在一個或多個實施例中以任何合適的方式組合特定特征、結構或特性。
圖1A和1B是示出根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的拉鏈式開關100的示意圖。圖1A是拉鏈式開關100的平面圖，而圖1B是該拉鏈式開關的橫截面圖。應當理解，此處的附圖不是按比例繪制的，而是僅用于說明的目的。
所示的拉鏈式開關100的實施例包括懸臂電極105、激勵電極110、電樞115、觸點120、輸入信號線125和輸出信號線127。拉鏈式開關100被安裝在襯底130上，襯底包括絕緣層135和塊層137。所示的觸點120的實施例包括懸浮跡線140、跡線支架145以及凸觸點150。所示的懸臂電極105的實施例包括窄構件155不和板構件160。板構件160還包括形成于下側163上的塞頭(stopper stub)161。塞根(stopper butt)165被限定在激勵電極110中，但是與其電絕緣，并且當懸臂電極105坍縮到激勵電極110上時被定位成毗鄰塞頭161。激勵電極110包括用于在激勵電極110和懸臂電極105之間施加激勵電壓以引起懸臂電極105的靜電拉鏈式坍縮的輸入端口170。信號線125和127各自包括下電極180和上層185。應當理解，在某些情況下，僅對部件/元件的一個或兩個實例加標簽以不會使附圖顯得擁擠。
襯底130可使用包括各種半導體襯底(例如，硅襯底)的任何材料來形成。絕緣層135作為電介質(zhì)層提供，以將下電極180和激勵電極100以及塊層137彼此絕緣。如果塊層137是固有絕緣體，則本發(fā)明的實施例可以不包括絕緣層135。盡管未示出，但塊層137可包括多個子層，其中集成了信號跡線或部件(例如，晶體管等)，并電耦合到信號線125或127、電樞115或激勵電極110中的任一個。在塊層137包括硅的實施例中，絕緣層135可包括大約0.25μm厚的氮化硅層。
在一個實施例中，信號線125和127形成于絕緣層135上，以傳播射頻(“RF”)信號。然而，應當理解，拉鏈式開關100的實施例可用于切換其它頻率信號，包括直流(“DC”)信號、低頻信號、微波信號等。下電極180和上層185可使用任何導電材料來形成，包括諸如金(Au)等金屬。在一個實施例中，下電極大約為20μm到60μm寬，0.3-0.5μm厚，而上層185大約為6μm厚。
激勵電極110形成于絕緣層135上，以形成用于激勵懸臂電極105和接通/斷開拉鏈式開關100的下電極。激勵電極110可由包括多晶硅的任何數(shù)量的導電材料形成。輸入端口170也可由多晶硅制造，并耦合到激勵電極110以可切換地向其施加激勵電壓。在一個實施例中，激勵電極110寬度為W1(例如，≈200μm)，長度為L1(例如，≈200μm)，且厚度約為0.1-0.2μm。如圖所示，可在激勵電極110內(nèi)散布多個塞根165。在所示的實施例中，塞根165通過空氣間隙(例如，≈2-3μm)而與激勵電極110電絕緣。
如上所述，所示的懸臂電極105的實施例包括三個構件兩個窄構件155以及板構件160。窄構件155被安裝到電樞115，電樞115進而通過激勵電極110將懸臂電極105安裝到襯底130。在一個實施例中，懸臂電極105是使用低應力梯度(“LSG”)多晶硅來制造的。可處理LSG多晶硅，而不會使懸臂電極105嚴重向上彎曲。換言之，在使用LSG多晶硅材料制造懸臂電極105期間，懸臂電極105保持沿其長度與襯底130相對平行(例如，在350μm跨度的懸臂電極105上少于25nm的彎曲)，且因此術梢端190經(jīng)歷相對較小或沒有向上彎曲。
懸臂電極105可通過首先在襯底130上限定激勵電極110和電樞115，然后在激勵電極110上形成犧牲層(例如，沉積氧化物)以填充懸臂電極105和激勵電極110之間的空氣間隙來制造。接著，可將懸臂電極105形成在犧牲層上并在其上形成電樞115和觸點120。隨后，可用酸浴(例如，氫氟酸)蝕刻掉犧牲層，以使可彎曲懸臂電極105不受阻礙。
在一個實施例中，板構件160具有與激勵電極110大約相同的尺寸，即長度L1和寬度W1(在某些實施例中可能略小)，而窄構件155寬度為W2(例如，≈30-60μm)，長度為L2(例如，≈50-150μm)。在一個實施例中，懸臂電極105約為2-4μm厚。應當理解，可對上述部件使用其它尺寸。
塞頭161形成于板構件160的下側163，以防止懸臂電極105直接坍縮到激勵電極110上并對其形成電連接。如果懸臂電極105要形成與激勵電極110的電連接，而拉鏈式開關100是閉路的，則兩個電極之間的激勵電壓被短路，且拉鏈式開關100將打開。此外，允許激勵電極110和懸臂電極105短路導致不必要的且有害的功率損耗。因此，塞頭161位于下側163上，以與絕緣的塞根165對齊，以防止懸臂電極105和激勵電極110之間的電連接。
在一個實施例中，電樞115將懸臂電極105支撐在激勵電極110的上方約0.5-2.0μm。由于多晶硅是相對較硬的襯底，且由于懸臂電極105的多彈簧系數(shù)特性(以下將詳細討論)以及塞頭161的阻塞功能，可實現(xiàn)懸臂電極105和激勵電極110之間非常小的間距(例如，0.6μm或更小)。由于懸臂電極105和激勵電極110之間的小空氣間隙，以及LSG多晶硅的低彎曲性質(zhì)，可實現(xiàn)超低激勵電壓(例如，3.0V激勵電壓)的拉鏈式開關110。
所示的觸點120的實施例包括經(jīng)由跡線支架145安裝到懸臂電極105的懸浮跡線140。懸浮跡線140可耦合到延伸到懸臂電極105之下的雙凸觸點150，以當拉鏈式開關100閉路時與下電極180電接觸。在一個實施例中，觸點120是用諸如金(Au)等金屬來制造的。在一個實施例中，在跡線支架145和懸臂電極105之間布置了絕緣層；然而，由于跡線支架145相對較小，且懸浮跡線140是由基本上比懸臂電極105更導電的金屬制造的，因此在某些實施例中可以不包括絕緣層(如圖所示)。在一個實施例中，懸浮跡線140大約為10μm寬和6μm厚。
觸點120可被安裝到比末梢端190更靠近電樞115的懸臂電極105。換言之，觸點120可被定位在電樞115和懸臂電極105的中心之間。將觸點120定位在比末梢端190更靠近電樞115有助于防止由于如下所述的自激勵或振動而引起的靜摩擦和錯誤切換。
應當理解，可對在本發(fā)明的精神內(nèi)對圖1A和1B所示的拉鏈式開關100的結構進行多種修改。例如，可使用單個電樞115和單個窄構件155來將較小的板構件160懸浮在激勵電極110上。在該替換實施例中，凸觸點150可橫跨該單個窄構件155的每一側。在又一實施例中，可使用單個凸觸點150來與兩條信號線125和127進行橋接觸。在其它實施例中，可改變懸臂電極105和激勵電極110以及其它部件的具體形狀。
圖2是示出根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的拉鏈式開關100的工作過程200的流程圖。應當理解，某些或所有處理框在過程200中出現(xiàn)的順序不被認為是限制。相反，從本發(fā)明公開中得益的本領域的普通技術人員將理解，某些處理框可按未示出的各種順序來執(zhí)行。
在處理框205，沿輸入信號線125傳播RF信號。在處理框210，在激勵電極110和懸臂電極105之間施加激勵電壓。在一個實施例中，懸臂電極105通過電樞115電接地，且通過輸入端口170向激勵電極110施加激勵電壓?；蛘撸铍姌O110可通過輸入端口170接地，且通過電樞115向懸臂電極105施加激勵電壓。
參考圖4，可應用單極電壓激勵(由線形圖405A、B、C示出)或交替電壓極性激勵(由線形圖410A、B、C示出)中的任一個。由于懸臂電極105和激勵電極110實質(zhì)上與RF信號路徑(例如，信號線125、127和觸點120)電去耦，因此電壓激勵的極性可在不影響RF信號的情況下改變。線形圖405A示出了拉鏈式開關100的三個連續(xù)單極激勵，其中，向激勵電極110施加激勵電壓VA。線形圖405B示出了三個相同的連續(xù)激勵，其中懸臂電極105的電壓保持接地。線形圖405C示出了激勵電極110和懸臂電極105之間的電壓差。
線形圖410A和410B示出了拉鏈式開關100的三個連續(xù)的交替電壓極性激勵。拉鏈式開關100的第一激勵415通過向激勵電極110施加激勵電壓VA，同時懸臂電極105保持接地而被引起。拉鏈式開關100的第二激勵420通過向懸臂電極105施加激勵電壓VA，同時激勵電極110保持接地而被引起。第三激勵425重復第一激勵實例415。因此，線形圖410C示出了激勵電極110和懸臂電極105之間的電勢差。通過許多循環(huán)，兩個電極之間的激勵電壓將具有凈零的DC分量。對拉鏈式開關100的交替極性激勵的使用在使用更高的激勵電壓VA(例如，＞10V)時是更合乎需要的。
返回到過程200，在處理框215中，跨懸臂電極105和激勵電極110施加激勵電壓引起懸臂電極105朝向激勵電極110彎曲或靜電坍縮。這一最初的彎曲階段在圖3A中示出。如圖所示，激勵電壓足以引起懸臂電極105的末梢端190向最遠的塞頭161與最遠的塞根165配合的點處坍縮。該激勵電壓足以克服由具有第一彈簧系數(shù)K1的懸臂電極105產(chǎn)生的恢復力。由于末梢端190和電樞115之間的杠桿臂提供的機械優(yōu)勢，懸臂電極105的恢復力在這一初始彎曲階段期間是最弱的。應當注意到，在該初始彎曲階段中，凸觸點150尚未在信號線125和127之間形成閉路。
在處理框220，拉鏈式開關100進入圖3B所示的第二彎曲階段。在末梢端190同塞根165之一物理接觸的點與拉鏈式開關100變?yōu)殚]路之間，對抗靜電坍縮力的恢復力與第二較大的彈簧系數(shù)K2成正比地增加。應當理解，懸臂電極105可能不僅具有兩個不連續(xù)的彈簧系數(shù)K1和K2，而是K1和K2分別表示由懸臂電極105在一個切換循環(huán)期間產(chǎn)生的最小和最大的彈簧系數(shù)。在這第二彎曲階段期間，懸臂電極105開始以“類拉鏈的”運動向內(nèi)坍縮，該坍縮從末梢端190開始移向電樞115，直到凸電極150接觸下電極180而形成閉路。當類拉鏈的坍縮動作繼續(xù)時，由懸臂電極105產(chǎn)生的恢復力增加。然而，當懸臂電極105繼續(xù)坍縮到塞根165上時，懸臂電極105和激勵電極110之間的間距減小，導致靜電坍縮力的相應的急劇增大。靜電坍縮力的這一急劇增大足以克服與懸臂電極105的較大彈簧系數(shù)K2成正比的越來越強的恢復力。因此，用本發(fā)明的實施例可以可靠地實現(xiàn)等于數(shù)字邏輯電平電壓(例如，3.3V或更低)的超低激勵電壓。
一旦拉鏈式開關100閉路，RF信號可通過觸點120傳播，并通過輸出信號線127輸出(處理框225)。為使拉鏈式開關100開路，移除激勵電壓(處理框230)。在移除激勵電壓之后，靜電坍縮力減弱，且懸臂電極105將其自身恢復到開路位置。最初，較強的彈簧系數(shù)K2克服了接觸靜摩擦以將拉鏈式開關100恢復到圖3A所示的位置，在這一點上，拉鏈式開關100實際上為開路(處理框235)。隨后，與彈簧系數(shù)K1成正比的較弱的恢復力將拉鏈式開關100恢復到圖1A和1B所示的完全恢復的狀態(tài)(處理框240)。
然而，如果末梢端190粘在圖3A所示的彎曲位置中，則拉鏈式開關100仍為開路，因為觸點120未接觸下電極180。因此，即使靜摩擦的確防止懸臂電極105返回到其完全恢復的位置，拉鏈式開關100仍將繼續(xù)作為電子機械開關正確地運作。應當注意到，在懸臂電極105用多晶硅制造的實施例中，多晶硅對傳統(tǒng)的金屬懸臂的相對硬度有助于減小靜摩擦的影響。
由于拉鏈式開關100的類拉鏈的動作，當與由傳統(tǒng)電了機械開關所產(chǎn)生的擲運動相比，在切換期間由懸臂電極105產(chǎn)生更少的風阻力。因此，拉鏈式開關100尤其適用于高速切換應用以及低速切換應用。在一個實施例中，激勵電壓越大，類拉鏈的切換運動就越快。
圖5是示出根據(jù)本發(fā)明的一個實施例使用并聯(lián)耦合的拉鏈式開關100A-D的單刀單擲(“SPST”)開關模塊500的示意圖。盡管圖5示出了四個互連的拉鏈式開關，但是本發(fā)明的實施例并不如此限制。拉鏈式開關100A-D類似于圖1A和1B所示的拉鏈式開關100。SPST開關模塊500包括單個RF輸入501和單個RF輸出503。RF輸入501耦合到拉鏈式開關100A-D的每一輸入信號線，而RF輸出503耦合到拉鏈式開關100A-D的每一輸出信號線。拉鏈式開關100的并聯(lián)耦合減少了RF路徑的電阻(導致更低的RF插入損耗)，并使得SPST開關模塊500能夠具有比單個拉鏈式開關100更大的額定功率。
拉鏈式開關100A和100B作為以使用空氣橋A2的背對背結構耦合的一對拉鏈式開關100互連。類似地，拉鏈式開關100C和100D作為以同樣使用空氣橋A2的背對背結構耦合的一對拉鏈式開關100互連。空氣橋A2使得每一對拉鏈式開關100的電樞能夠使用導線505背對背互連。交叉互連510然后將每一對拉鏈式開關100的導線505互連，并將拉鏈式開關100A的一個電樞與拉鏈式開關100C的一個電樞互連，使得拉鏈式開關100A-D的所有電樞，進而所有的懸臂電極都電互連。圖6是示出根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的空氣橋A2的橫截面和平面圖的框圖。在所示的實施例中，空氣橋A2是金屬在金屬之上的空氣橋，其在導線505和較高部分605之間有約為0.5-2.0μm的空氣間隙。較高部分605表示信號線125或127中橋接導線505之一的任一個。
返回到圖5，拉鏈式開關100A的激勵電極使用交叉互連515耦合到拉鏈式開關100C的激勵電極。類似地，拉鏈式開關100B的激勵電極使用另一交叉互連515，通過空氣橋A1耦合到拉鏈式開關100D的激勵電極。在一個實施例中，交叉互連是用與激勵電極相同的材料(例如，多晶硅)來制作的。圖7是示出根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的空氣橋A1的橫截面和平面圖的框圖。在所示的實施例中，空氣橋A1是金屬(例如，金)在多晶硅之上的空氣橋。較高部分705表示橋接交叉互連515之一的RF輸出503。再次返回到圖5，拉鏈式開關100A和100B的激勵電極使用互連520耦合在一起。在一個實施例中，互連520是用與激勵電極相同的材料(例如，多晶硅)來制作的。因此，所有拉鏈式開關100A-D的激勵電極是電互連的。
電阻器530和535耦合到每一開關電極(即，激勵電極和懸臂電極兩者)的輸入端口，以濾除從RF路徑耦合到切換電極(即，懸臂電極和激勵電極)的RF噪聲。在所示的實施例中，電阻器530耦合到互連520，后者進而耦合到拉鏈式開關100A和100B的輸入端口(例如，圖1A所示的輸入端口170)。在所示的實施例中，電阻器535耦合到用于對SPST開關模塊500的所有懸臂電極偏壓的拉鏈式開關100D的電樞之一。在一個實施例中，電阻器530和535約為70kΩ。
圖8A和8B是示出根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的拉鏈式開關800的示意圖。圖8A是拉鏈式開關800的平面圖，而圖8B是該開關的橫截面圖。拉鏈式開關800類似于拉鏈式開關100，不同之處在于輸入信號線825和輸出信號線827的路線在懸臂電極105的窄構件155上。RF路徑的這一路線變更避免了RF路徑(信號線825和827)的冗長的非常接近的平行行程，這會導致RF跡線本身之間的寄生電感和電容。注意，經(jīng)由RF跡線和激勵電極之間的寄生電容耦合的信號由電阻器530和535濾除。
信號線825和827使用空氣橋A3將路線定在懸臂電極105的窄構件155上。圖10是示出根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的空氣橋A3的橫截面和平面圖的框圖。如圖所示，信號線825和827之一的上層885在懸臂電極105的窄構件155上形成了空氣橋。在一個實施例中，上層885是使用諸如金(Au)等金屬來制造的。
圖9是示出根據(jù)本發(fā)明的一個實施例使用并聯(lián)耦合的拉鏈式開關800A-D的SPST開關模塊900的示意圖。拉鏈式開關800A-D類似于圖8A和8B所示的拉鏈式開關800。SPST開關模塊800類似于開關模塊500，在于SPST模塊800包括單個RF輸入501和單個RF輸出503，且拉鏈式開關800A和800B背對背耦合，而拉鏈式開關800C和800D背對背耦合。然而，使用空氣橋A3，使平行的RF路徑的路線更遠離。SPST開關模塊800應實現(xiàn)與SPST開關模塊500相比更高頻的工作。SPST開關模塊800具有在輸入和輸出RF路徑之間的高頻工作時引入不合需要的寄生電感和電容的較小電勢。較小的寄生電感和電容導致更好的開關絕緣和更低的插入損耗。
圖11是示出根據(jù)本發(fā)明的一個實施例用MEMS拉鏈式開關陣列實現(xiàn)的演示性無線設備1100的功能框圖。無線設備1100可表示任何無線通信設備，包括無線接入點、無線計算設備、蜂窩電話、尋呼機、雙向無線電、雷達系統(tǒng)等等。
所示的無線設備1100的實施例包括MEMS拉鏈式開關陣列1105、控制邏輯1110、信號邏輯1115、低噪聲放大器(“LNA”)1120、功率放大器1125以及天線1130。MEMS拉鏈式開關陣列1105可包括一個或多個拉鏈式開關100、一個或多個拉鏈式開關800、一個或多個SPST開關模塊500、和/或一個或多個SPST開關模塊800。無線設備1100的所有或部分部件可以集成或不集成到單個半導體襯底(例如，硅襯底)中。
控制邏輯1100也可被稱為激勵邏輯，且負責施加用于接通/斷開MEMS拉鏈式開關陣列1105中的拉鏈式開關的激勵電壓?？刂七壿?110耦合到MEMS拉鏈式開關陣列1105中的每一拉鏈式開關的激勵電極110和/或懸臂電極105。由于此處所描述的拉鏈式開關能夠進行超低壓的激勵(例如，＜3.0V)，因此控制邏輯1110可使用邏輯電平電壓(例如，3.3V)來激勵MEMS拉鏈式開關陣列1105。在一個實施例中，由控制邏輯1110和/或信號邏輯1115用來切換其中的晶體管的同一邏輯電平電壓也可用于切換MEMS拉鏈式開關陣列1105的拉鏈式開關。
在接收操作期間，控制邏輯1110向耦合到RF輸入1140的那些拉鏈式開關施加激勵電壓，使得RF信號通過MEMS拉鏈式開關陣列1105從天線1130傳播到LNA 1120。LNA 1120放大RF信號，并將其提供給信號邏輯1115。信號邏輯1115可包括將RF信號轉換成數(shù)字信號的模-數(shù)轉換器，并且還包括處理數(shù)字信號的邏輯元件。在發(fā)送操作期間，控制邏輯1110向耦合到RF輸出1145的那些拉鏈式開關施加激勵電壓，使得RF信號通過MEMS拉鏈式開關陣列105從功率放大器1125傳播到天線1130。信號邏輯1115還可包括生成數(shù)字信號的邏輯，以及將數(shù)字信號轉換成RF信號的數(shù)-模轉換器。
本發(fā)明的所示實施例的以上描述，包括摘要中所描述的內(nèi)容，并不旨在窮舉或?qū)⒈景l(fā)明限于所公開的精確形式。盡管此處為說明的目的描述了本發(fā)明的具體實施例和示例，但是如相關領域的技術人員所認識到的，各種修改在本發(fā)明的范圍內(nèi)是可能的。
可鑒于以上詳細描述對本發(fā)明進行這些修改。所附權利要求書中所使用的術語不被解釋為將本發(fā)明限于說明書中所公開的具體實施例。相反，本發(fā)明的范圍完全由所附權利要求書來確定，權利要求書應根據(jù)權利要求書解釋的所建立的原則來解釋。
權利要求
1.一種裝置，包括安裝到襯底上的激勵電極；安裝到所述襯底上的電樞；由所述電樞支撐在所述激勵電極上的懸臂電極；安裝到所述懸臂電極的觸點；以及信號線，所述信號線被定位以當在所述激勵電極和所述懸臂電極之間施加激勵電壓時與所述觸點形成閉路，從而引起所述懸臂電極以類拉鏈運動的方式，從所述懸臂電極的末梢端開始向所述激勵電極彎曲。
2.如權利要求1所述的裝置，其特征在于，所述懸臂電極包括多晶硅。
3.如權利要求2所述的裝置，其特征在于，所述觸點在所述電樞和所述懸臂電極的中間之間在所述懸臂電極之下凸出，并且其中，所述懸臂電極包括多個彈簧系數(shù)。所述多個彈簧系數(shù)中的第一個提供當移除所述激勵電壓時使所述信號線與所述觸點開路的第一恢復力，而所述多個彈簧系數(shù)的第二個提供小于所述第一恢復力的第二恢復力，以在移除所述激勵電壓之后將所述懸臂電極的末梢端與所述激勵電極分開。
4.如權利要求2所述的裝置，其特征在于，還包括形成在所述懸臂電極的下側上的多個塞頭，以防止在施加所述激勵電壓時所述懸臂電極與所述激勵電極物理接觸。
5.如權利要求4所述的裝置，其特征在于，還包括被布置在所述激勵電極內(nèi)，但與所述激勵電極電絕緣的塞根，所述塞根被定位以在所述懸臂電極朝向所述激勵電極彎曲時毗鄰所述塞頭。
6.如權利要求1所述的裝置，其特征在于，還包括另一電樞，并且其中，所述懸臂電極包括在第一端耦合到板構件、并在相對端安裝到所述電樞的兩個窄構件，其中，所述觸點包括在所述懸臂電極之下延伸并通過懸浮跡線在所述懸臂電極上方互連的兩個凸觸點。
7.如權利要求1所述的裝置，其特征在于，所述裝置包括微電子機械系統(tǒng)(“MEMS”)射頻(“RF”)開關，并且其中，所述信號線包括將RF信號攜帶到所述MEMS RF開關的輸入RF信號線；以及將RF信號從所述MEMS RF開關中帶出的輸出RF信號線。
8.如權利要求1所述的裝置，其特征在于，所述襯底包括布置在塊硅層上的絕緣層，其中，所述激勵電極、所述電樞和所述信號線被布置在所述絕緣層上。
9.如權利要求1所述的裝置，其特征在于，所述裝置包括開關模塊，所述開關模塊包括四個并聯(lián)耦合的微電子機械系統(tǒng)(“MEMS”)開關，所述MEMS開關的每一個包括安裝到所述襯底的激勵電極、電樞和信號線以及由所述電樞支撐的懸臂電極，其中，所述開關模塊還包括將所述MEMS開關的每一個的激勵電極電互連的第一互連；將第一和第二對MEMS開關的電樞以背對背的結構電互連的第二互連；以及將所述第一對MEMS開關之一的電樞與所述第二對MEMS開關之一的電樞電互連，使得所有四個MEMS開關的電樞都電互連的交叉互連。
10.如權利要求9所述的裝置，其特征在于，所述第二互連的每一個包括金屬導線上的金屬空氣橋，所述金屬空氣橋耦合到所述信號線之一，而所述金屬導線耦合到所述電樞。
11.如權利要求9所述的裝置，其特征在于，還包括在所述MEMS開關之一的激勵電極的第一輸入端口處電耦合以濾除通過所述激勵電極的RF信號損失的第一電阻器；以及在耦合到所述MEMS開關之一的懸臂電極的第二輸入端口處電耦合以濾除通過所述懸臂電極的RF信號損失的第二電阻器。
12.一種操作電子機械開關的方法，包括沿輸入信號線傳播射頻(“RF”)信號；在激勵電極與由電樞支撐在所述激勵電極上的懸臂電極之間施加激勵電壓，以使所述懸臂電極以類拉鏈運動，從所述懸臂電極的末梢端開始向所述電樞移動，而向所述激勵電極彎曲；當施加所述激勵電壓時，通過安裝到所述激勵電極的觸點使所述輸入信號線與輸出信號線閉路；以及將所述RF信號從所述輸入信號線通過所述觸點傳播到所述輸出信號線。
13.如權利要求12所述的方法，其特征在于，所述觸點在所述懸臂電極之下凸出，并在所述電樞和所述懸臂電極的中間之間安裝到所述懸臂電極，并且其中，所述懸臂電極包括多晶硅。
14.如權利要求12所述的方法，其特征在于，所述激勵電壓小于8V。
15.如權利要求14所述的方法，其特征在于，所述激勵電壓包括數(shù)字邏輯電平電壓。
16.如權利要求12所述的方法，其特征在于，所述RF信號從所述激勵電壓去耦。
17.如權利要求16所述的方法，其特征在于，所述激勵電壓以在使所述輸入信號線與所述輸出信號線閉路的實例之間的交替極性，被施加在所述激勵電極和所述懸臂電極之間。
18.一種無線設備，包括放大器；天線；以及微電子機械系統(tǒng)(“MEMS”)開關，包括安裝到襯底的激勵電極；安裝到所述襯底的電樞；由所述電樞支撐在所述激勵電極之上的懸臂電極；在所述電樞和所述懸臂電極的中心之間安裝到所述懸臂電極的觸點，所述觸點在所述懸臂電極之下凸出；安裝到所述襯底并耦合到所述天線的輸入信號線；安裝到所述襯底并耦合到所述放大器的輸出信號線，所述輸入和輸出信號線并定位，以當在所述激勵電極和所述懸臂電極之間施加激勵電壓時與所述觸點形成閉路，以使所述懸臂電極以類拉鏈運動，從所述懸臂電極的末梢端開始向所述激勵電極彎曲。
19.如權利要求18所述的無線設備，其特征在于，還包括控制邏輯，所述控制邏輯被耦合以在所述懸臂和激勵電極之間施加激勵電壓，所述激勵電壓包括由所述控制邏輯的邏輯元件使用的邏輯電平電壓。
20.如權利要求19所述的無線設備，其特征在于，所述懸臂電極包括多晶硅。
全文摘要
一種電子機械開關包括激勵電極、電樞、懸臂電極、觸點和信號線。激勵電極和電樞被安裝到襯底。懸臂電極由電樞支撐在激勵電極上。觸點被安裝到懸臂電極。信號線被定位以當在激勵電極和懸臂電極之間施加激勵電壓時與觸點形成閉路，以使懸臂電極以類拉鏈運動從懸臂電極的末梢端開始向懸臂電極彎曲。
文檔編號B81B3/00GK1885469SQ20061010039
公開日2006年12月27日 申請日期2006年6月22日 優(yōu)先權日2005年6月23日
發(fā)明者J·?？? Q·馬, Q·特蘭, T·-K·仇, H·巴爾, J·梅爾基 申請人:英特爾公司