本發(fā)明涉及一種mems開關(guān)及其制作方法，屬于微機(jī)電系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

射頻mems開關(guān)在通信、測試儀器、雷達(dá)等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。但傳統(tǒng)射頻mems開關(guān)較低的功率容量、以及較差的可靠性是限制其應(yīng)用的主要瓶頸之一。傳統(tǒng)的串聯(lián)接觸式射頻mems開關(guān)通常由金屬懸臂梁、驅(qū)動電極、接觸點(diǎn)和微波信號線四部分組成。

對于接觸式射頻mems開關(guān)，在通過較大功率信號時，其主要失效機(jī)制為接觸點(diǎn)微熔焊、接觸點(diǎn)燒毀等情況，這是制約其功率容量和可靠性的主要因素。解決這個問題最簡單的方法就是增加接觸點(diǎn)數(shù)量，但由于在微波頻段，隨著頻率的增加，電流的趨膚效應(yīng)(或稱邊緣效應(yīng))會越來越明顯，使得信號能量集中在外圍的接觸點(diǎn)上，并不能很好的增大器件的功率容量；并且懸臂梁在靜電力驅(qū)動下發(fā)生彎曲變形，最大位移發(fā)生在末端，當(dāng)末端與底部電極接觸時，接觸為點(diǎn)接觸，邊緣效應(yīng)容易導(dǎo)致電流過大，長期導(dǎo)致失效。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種mems開關(guān)，應(yīng)用橋式結(jié)構(gòu)，在驅(qū)動力作用下使中間部分產(chǎn)生最大位移，并且設(shè)計(jì)接觸區(qū)域?yàn)槊娼佑|，提高了mems開關(guān)的工作效率。

本發(fā)明為了解決上述技術(shù)問題采用以下技術(shù)方案：本發(fā)明設(shè)計(jì)了一種mems開關(guān)，包括玻璃襯底、被動材料層、上鍵合結(jié)構(gòu)、下鍵合結(jié)構(gòu)、上電極觸點(diǎn)、兩個下電極觸點(diǎn)、以及至少兩個壓電驅(qū)動裝置，其中，玻璃襯底上表面設(shè)置凹面區(qū)域，且玻璃襯底上表面和凹面區(qū)域表面均設(shè)置相同厚度的氧化層；兩個下電極觸點(diǎn)設(shè)置于玻璃襯底凹面區(qū)域的氧化層上，且兩個下電極觸點(diǎn)彼此互不接觸；玻璃襯底中設(shè)置兩條tgv穿孔，兩條tgv穿孔分別與兩個下電極觸點(diǎn)一一對應(yīng)，各條tgv穿孔的其中一端分別對接對應(yīng)下電極觸點(diǎn)的下表面，各條tgv穿孔的另一端分別連通玻璃襯底上除上表面的其它面，各條tgv穿孔中分別設(shè)置引線，各引線的其中一端對接對應(yīng)下電極觸點(diǎn)下表面，各引線的另一端分別由所在tgv穿孔的另一端穿出，兩條引線分別穿出玻璃襯底的端部、對接于電路當(dāng)中開關(guān)設(shè)計(jì)位置的兩端上；

被動材料層下表面設(shè)置氧化層，被動材料層下表面氧化層的下表面邊緣、與玻璃襯底上表面氧化層的上表面邊緣設(shè)置彼此位置相對應(yīng)的各個鍵合位置，上鍵合結(jié)構(gòu)設(shè)置于被動材料層下表面氧化層的下表面邊緣的各個鍵合位置，下鍵合結(jié)構(gòu)設(shè)置于玻璃襯底上表面氧化層的上表面邊緣的各個鍵合位置，被動材料層與玻璃襯底之間、通過彼此對應(yīng)位置的上鍵合結(jié)構(gòu)、下鍵合結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)鍵合；

上電極觸點(diǎn)設(shè)置于被動材料層下表面氧化層的下表面，且沿垂直于被動材料層下表面的方向，兩個下電極觸點(diǎn)的投影區(qū)域分別與上電極觸點(diǎn)的投影區(qū)域之間存在部分重疊；壓電驅(qū)動裝置的數(shù)量為偶數(shù)個，所有壓電驅(qū)動裝置平均分為兩組，兩組壓電驅(qū)動裝置設(shè)置于被動材料層的上表面，且沿垂直于被動材料層下表面的方向，兩組壓電驅(qū)動裝置分布于上電極觸點(diǎn)的兩側(cè)，以及兩組壓電驅(qū)動裝置相對于上電極觸點(diǎn)彼此對稱；被動材料層上表面對應(yīng)上電極觸點(diǎn)的位置設(shè)置凹槽，且凹槽的底面對接被動材料層下表面的氧化層；被動材料層上對應(yīng)于各壓電驅(qū)動裝置與上電極觸點(diǎn)之間的區(qū)域呈彈簧結(jié)構(gòu)；被動材料層上表面、以及各壓電驅(qū)動裝置上面區(qū)域覆蓋相同厚度的氧化層；

各壓電驅(qū)動裝置中的上電極、下電極分別通電工作，共同驅(qū)動被動材料層對應(yīng)上電極觸點(diǎn)的位置向同一方向移動，實(shí)現(xiàn)被動材料層的彎曲，且基于被動材料層向下電極觸點(diǎn)方向的彎曲，實(shí)現(xiàn)上電極觸點(diǎn)同時與兩下電極觸點(diǎn)相接觸，連通兩下電極觸點(diǎn)。

作為本發(fā)明的一種優(yōu)選技術(shù)方案：所述各壓電驅(qū)動裝置的結(jié)構(gòu)彼此相同，各壓電驅(qū)動裝置分別均包括由下至上堆疊的電極層、壓電驅(qū)動材料層、電極層，各壓電驅(qū)動裝置的其中一電極層固定對接于所述被動材料層上表面的對應(yīng)位置。

作為本發(fā)明的一種優(yōu)選技術(shù)方案：所述壓電驅(qū)動材料層為pzt、zno、aln中的任意一種，或其中至少兩種的任意組合。

作為本發(fā)明的一種優(yōu)選技術(shù)方案：所述各壓電驅(qū)動裝置中的電極層均為pt材料。

作為本發(fā)明的一種優(yōu)選技術(shù)方案：所述彈簧結(jié)構(gòu)為回轉(zhuǎn)梁結(jié)構(gòu)或彎曲梁結(jié)構(gòu)。

作為本發(fā)明的一種優(yōu)選技術(shù)方案：所述被動材料層為si材料。

與上述相對應(yīng)，本發(fā)明還要解決的技術(shù)問題是提供一種mems開關(guān)的制作方法，在獲得mems開關(guān)高效工作特性的同時，采用鍵合工藝方案，大大減小工藝復(fù)雜度，減小粘附，提高成品率。

本發(fā)明為了解決上述技術(shù)問題采用以下技術(shù)方案：本發(fā)明設(shè)計(jì)了一種mems開關(guān)的制造方法，包括如下步驟：

步驟a.選取玻璃片，在玻璃片的上表面刻蝕預(yù)設(shè)深度的凹面區(qū)域；

步驟b.針對玻璃片的上表面、以及其凹面區(qū)域的表面進(jìn)行熱氧化處理，獲得預(yù)設(shè)厚度的氧化層；然后在該氧化層表面淀積預(yù)設(shè)厚度的au層，并圖形化獲得兩個下電極觸點(diǎn)、以及下鍵合結(jié)構(gòu)；

步驟c.選取硅片，針對硅片表面進(jìn)行熱氧化處理，獲得預(yù)設(shè)厚度的氧化層；然后在該氧化層表面淀積預(yù)設(shè)厚度的au層，并圖形化獲得上電極觸點(diǎn)和上鍵合結(jié)構(gòu)；

步驟d.基于上鍵合結(jié)構(gòu)和下鍵合結(jié)構(gòu)，針對玻璃片與硅片實(shí)現(xiàn)鍵合；

步驟e.由硅片上背向玻璃片的一面，針對硅片進(jìn)行減薄處理至預(yù)設(shè)厚度；

步驟f.在硅片上背向玻璃片的一面，右下至上依次伸長pt層、pzt層、pt層，并圖形化獲得各個壓電驅(qū)動裝置，即pzt層構(gòu)成各壓電驅(qū)動裝置的壓電驅(qū)動材料層，pt層構(gòu)成各壓電驅(qū)動裝置中位于壓電驅(qū)動材料層上下位置的電極層；

步驟g.針對硅片進(jìn)行刻蝕，獲得硅片中的彈簧結(jié)構(gòu)，以及硅片上對應(yīng)上電極觸點(diǎn)位置、且對接硅片氧化層的凹槽；

步驟h.針對硅片上表面、以及各壓電驅(qū)動裝置上面區(qū)域進(jìn)行熱氧化處理，獲得預(yù)設(shè)厚度的氧化層；

步驟j.針對玻璃片中設(shè)置兩個分別對接下電極觸點(diǎn)的tgv穿孔，并分別設(shè)置引線對接對應(yīng)下電極觸點(diǎn)。

本發(fā)明所述一種mems開關(guān)及其制作方法，采用以上技術(shù)方案與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下技術(shù)效果：

本發(fā)明所設(shè)計(jì)mems開關(guān)，應(yīng)用橋式結(jié)構(gòu)，在驅(qū)動力作用下，使開關(guān)的中間部分產(chǎn)生最大位移，進(jìn)而將接觸區(qū)域設(shè)計(jì)為面接觸，取消了現(xiàn)有技術(shù)中的點(diǎn)接觸設(shè)計(jì)，由此避免點(diǎn)接觸的缺點(diǎn)，獲得了更高的mems開關(guān)工作效率，與此同時，針對所設(shè)計(jì)mems開關(guān)，具體設(shè)計(jì)對應(yīng)其的制作方法，采用鍵合工藝方案，大大減小工藝復(fù)雜度，減小粘附，有效提高了成品率。

附圖說明

圖1是本發(fā)明設(shè)計(jì)mems開關(guān)的側(cè)視結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本發(fā)明設(shè)計(jì)mems開關(guān)的俯視結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3是本發(fā)明設(shè)計(jì)mems開關(guān)制造方法中步驟a的結(jié)果示意圖；

圖4是本發(fā)明設(shè)計(jì)mems開關(guān)制造方法中步驟b的結(jié)果示意圖；

圖5是本發(fā)明設(shè)計(jì)mems開關(guān)制造方法中步驟c的結(jié)果示意圖；

圖6是本發(fā)明設(shè)計(jì)mems開關(guān)制造方法中步驟d的結(jié)果示意圖；

圖7是本發(fā)明設(shè)計(jì)mems開關(guān)制造方法中步驟e的結(jié)果示意圖；

圖8是本發(fā)明設(shè)計(jì)mems開關(guān)制造方法中步驟f的結(jié)果示意圖；

圖9是本發(fā)明設(shè)計(jì)mems開關(guān)制造方法中步驟g的結(jié)果示意圖；

圖10是本發(fā)明設(shè)計(jì)mems開關(guān)制造方法中步驟h的結(jié)果示意圖。

其中，1.玻璃襯底，2.被動材料層，3.上鍵合結(jié)構(gòu)，4.下鍵合結(jié)構(gòu)，5.上電極觸點(diǎn)，6.下電極觸點(diǎn)，7.壓電驅(qū)動裝置，8.氧化層，9.tgv穿孔，10.引線，11.彈簧結(jié)構(gòu)。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合說明書附圖對本發(fā)明的具體實(shí)施方式作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。

本發(fā)明設(shè)計(jì)了一種mems開關(guān)，實(shí)際應(yīng)用當(dāng)中，如圖1所示，具體包括玻璃襯底1、被動材料層2、上鍵合結(jié)構(gòu)3、下鍵合結(jié)構(gòu)4、上電極觸點(diǎn)5、兩個下電極觸點(diǎn)6、以及至少兩個壓電驅(qū)動裝置7，其中，玻璃襯底1上表面設(shè)置凹面區(qū)域，且玻璃襯底1上表面和凹面區(qū)域表面均設(shè)置相同厚度的氧化層8；兩個下電極觸點(diǎn)6設(shè)置于玻璃襯底1凹面區(qū)域的氧化層8上，且兩個下電極觸點(diǎn)6彼此互不接觸；玻璃襯底1中設(shè)置兩條tgv穿孔9，兩條tgv穿孔9分別與兩個下電極觸點(diǎn)6一一對應(yīng)，各條tgv穿孔9的其中一端分別對接對應(yīng)下電極觸點(diǎn)6的下表面，各條tgv穿孔9的另一端分別連通玻璃襯底1上除上表面的其它面，各條tgv穿孔9中分別設(shè)置引線10，各引線10的其中一端對接對應(yīng)下電極觸點(diǎn)6下表面，各引線10的另一端分別由所在tgv穿孔9的另一端穿出，兩條引線10分別穿出玻璃襯底1的端部、對接于電路當(dāng)中開關(guān)設(shè)計(jì)位置的兩端上。

被動材料層2為si材料，被動材料層2下表面設(shè)置氧化層8，被動材料層2下表面氧化層8的下表面邊緣、與玻璃襯底1上表面氧化層8的上表面邊緣設(shè)置彼此位置相對應(yīng)的各個鍵合位置，上鍵合結(jié)構(gòu)3設(shè)置于被動材料層2下表面氧化層8的下表面邊緣的各個鍵合位置，下鍵合結(jié)構(gòu)4設(shè)置于玻璃襯底1上表面氧化層8的上表面邊緣的各個鍵合位置，被動材料層2與玻璃襯底1之間、通過彼此對應(yīng)位置的上鍵合結(jié)構(gòu)3、下鍵合結(jié)構(gòu)4實(shí)現(xiàn)鍵合。

上電極觸點(diǎn)5設(shè)置于被動材料層2下表面氧化層8的下表面，且沿垂直于被動材料層2下表面的方向，兩個下電極觸點(diǎn)6的投影區(qū)域分別與上電極觸點(diǎn)5的投影區(qū)域之間存在部分重疊；壓電驅(qū)動裝置7的數(shù)量為偶數(shù)個，所有壓電驅(qū)動裝置7平均分為兩組，兩組壓電驅(qū)動裝置7設(shè)置于被動材料層2的上表面，且沿垂直于被動材料層2下表面的方向，兩組壓電驅(qū)動裝置7分布于上電極觸點(diǎn)5的兩側(cè)，以及兩組壓電驅(qū)動裝置7相對于上電極觸點(diǎn)5彼此對稱；被動材料層2上表面對應(yīng)上電極觸點(diǎn)5的位置設(shè)置凹槽，且凹槽的底面對接被動材料層2下表面的氧化層8；被動材料層2上對應(yīng)于各壓電驅(qū)動裝置7與上電極觸點(diǎn)5之間的區(qū)域呈彈簧結(jié)構(gòu)11；實(shí)際應(yīng)用當(dāng)中，彈簧結(jié)構(gòu)11可以設(shè)計(jì)采用回轉(zhuǎn)梁結(jié)構(gòu)或彎曲梁結(jié)構(gòu)，通過硅材料作為主要變形結(jié)構(gòu)，無應(yīng)力松弛，無塑性變形，重復(fù)性好，能夠保證長期使用；被動材料層2上表面、以及各壓電驅(qū)動裝置7上面區(qū)域覆蓋相同厚度的氧化層8。

實(shí)際應(yīng)用當(dāng)中，各壓電驅(qū)動裝置7的結(jié)構(gòu)彼此相同，各壓電驅(qū)動裝置7分別均包括由下至上堆疊的電極層、壓電驅(qū)動材料層、電極層，各壓電驅(qū)動裝置7的其中一電極層固定對接于所述被動材料層2上表面的對應(yīng)位置，其中對于壓電驅(qū)動材料層的選擇，實(shí)際應(yīng)用中，可以選擇pzt、zno、aln中的任意一種，或其中至少兩種的任意組合；對于其中的電極層，則選擇pt材料；各壓電驅(qū)動裝置7中最下位置的電極層、最上位置的電極層，即為壓電驅(qū)動裝置7的上電極、下電極。

各壓電驅(qū)動裝置7中的上電極、下電極分別通電工作，共同驅(qū)動被動材料層2對應(yīng)上電極觸點(diǎn)5的位置向同一方向移動，實(shí)現(xiàn)被動材料層2的彎曲，且基于被動材料層2向下電極觸點(diǎn)6方向的彎曲，實(shí)現(xiàn)上電極觸點(diǎn)5同時與兩下電極觸點(diǎn)6相接觸，連通兩下電極觸點(diǎn)6。

針對上述技術(shù)方案所設(shè)計(jì)的mems開關(guān)，本發(fā)明設(shè)計(jì)了具體的制造方法，包括如下步驟。

步驟a.選取玻璃片，在玻璃片的上表面刻蝕4um深度的凹面區(qū)域，如圖3所示，實(shí)際應(yīng)用中，玻璃片的厚度可以選擇100um-1000um。

步驟b.針對玻璃片的上表面、以及其凹面區(qū)域的表面進(jìn)行熱氧化處理，獲得2um厚度的氧化層8；然后在該氧化層8表面淀積預(yù)設(shè)厚度的au層，并圖形化獲得兩個下電極觸點(diǎn)6、以及下鍵合結(jié)構(gòu)4，如圖4所示。

步驟c.選取硅片，針對硅片表面進(jìn)行熱氧化處理，獲得2um的氧化層8；然后在該氧化層8表面淀積2um厚度的au層，并圖形化獲得上電極觸點(diǎn)5和上鍵合結(jié)構(gòu)3，如圖5所示。

步驟d.基于上鍵合結(jié)構(gòu)3和下鍵合結(jié)構(gòu)4，針對玻璃片與硅片實(shí)現(xiàn)鍵合，如圖6所示。

步驟e.由硅片上背向玻璃片的一面，針對硅片進(jìn)行減薄處理至5um，如圖7所示。

步驟f.在硅片上背向玻璃片的一面，右下至上依次伸長pt層、pzt層、pt層，并圖形化獲得各個壓電驅(qū)動裝置7，即pzt層構(gòu)成各壓電驅(qū)動裝置7的壓電驅(qū)動材料層，pt層構(gòu)成各壓電驅(qū)動裝置7中位于壓電驅(qū)動材料層上下位置的電極層，如圖8所示。

步驟g.針對硅片進(jìn)行刻蝕，獲得硅片中的彈簧結(jié)構(gòu)11，以及硅片上對應(yīng)上電極觸點(diǎn)5位置、且對接硅片氧化層8的凹槽，如圖9所示。

步驟h.針對硅片上表面、以及各壓電驅(qū)動裝置7上面區(qū)域進(jìn)行熱氧化處理，獲得預(yù)設(shè)厚度的氧化層8，如圖10所示。

步驟j.針對玻璃片中設(shè)置兩個分別對接下電極觸點(diǎn)6的tgv穿孔9，并分別設(shè)置引線對接對應(yīng)下電極觸點(diǎn)6，即如圖1所示。

上述技術(shù)方案所設(shè)計(jì)mems開關(guān)，應(yīng)用橋式結(jié)構(gòu)，在驅(qū)動力作用下，使開關(guān)的中間部分產(chǎn)生最大位移，進(jìn)而將接觸區(qū)域設(shè)計(jì)為面接觸，取消了現(xiàn)有技術(shù)中的點(diǎn)接觸設(shè)計(jì)，由此避免點(diǎn)接觸的缺點(diǎn)，獲得了更高的mems開關(guān)工作效率，與此同時，針對所設(shè)計(jì)mems開關(guān)，具體設(shè)計(jì)對應(yīng)其的制作方法，采用鍵合工藝方案，大大減小工藝復(fù)雜度，減小粘附，有效提高了成品率。

上面結(jié)合附圖對本發(fā)明的實(shí)施方式作了詳細(xì)說明，但是本發(fā)明并不限于上述實(shí)施方式，在本領(lǐng)域普通技術(shù)人員所具備的知識范圍內(nèi)，還可以在不脫離本發(fā)明宗旨的前提下做出各種變化。