[實用新型]低電壓射頻微機電系統開關及其封裝結構

無效

• 申請號: 200920160173.4
• 申請日: 2009-06-19
• 公開（公告）號: CN201490302U
• 公開（公告）日: 2010-05-26
• 發明（設計）人: 黨兵;王國安
• 申請（專利權）人: 黨兵;王國安
• 主分類號: H01P1/10
• 分類號: H01P1/10;B81B7/02
• 代理公司: 北京正理專利代理有限公司 11257
• 代理人: 王德楨

技術領域

本實用新型涉及一種低電壓射頻微機電系統開關及其封裝結構。

背景技術

射頻微機電系統開關是一種通過機械移動在射頻電路中來實現短路或者開路的器件。射頻微機電系統開關具體而言是可以用于射頻到微波頻段(0.1到100GHz)的微機械開關，實現機械移動的驅動力可以通過靜電作用，靜磁作用，壓電作用或者熱作用來實現。目前只有靜電類型的開關可以實現高可靠性(高達1000億次開關壽命)，并且可以使用晶圓級制造方法。圖1為傳統的靜電型射頻微機電系統開關，開關包括一對底層電極(1’、2’)，一個頂層可移動電極(3’)，底層電極(2’)上面有一層介電材料薄膜(4’)，頂層可移動電極(3’)和介電材料(4’)之間是空氣，空氣的厚度大約是幾微米。這種開關可以提供高電容和低電容兩種情況：當頂層可移動電極在上面時候，由于比較厚的空氣層介于上下電極之間，因而在上下電極間形成低電容，高頻下低電容在電路中相當于開路；當在兩個電極間施加直流電壓時候，在電場的作用下，電荷將聚集在電極上并在電極間形成靜電吸引力。當電壓達到一定值的時候，可移動的頂層電極將和下面介電材料薄膜接觸如圖2所示形成閉合，此時將在電極間形成高電容，高頻下高電容相當于短路。為了實現微機電系統開關在集成電路中的廣泛應用，開關的工作電壓選擇非常關鍵，傳統的開關電壓在20伏以上，這遠遠高于CMOS器件的工作電壓。

微機電系統是一種利用微制造技術在同一襯底上集成了電學和非電學部件的微小系統。由于他們能提供各種新功能，他們是未來智能器件的不可缺少的部分。除非已經封裝，晶圓上的微機電系統通常對環境都特別敏感。微機電系統通常含有一些很脆弱的部件，這些部件在后端制造過程如切割，取放，連線和焊接中受灰塵粒子玷污而遭到破壞。所以實際應用中，微機電系統和納米機電系統需要密封封裝以防止來自外部環境的污染。和集成電路封裝類似，微機電系統的封裝也需要達到提供環境保護，提供電學連接，提供機械支持，和提供有效的熱學傳輸的要求。但由于微機電系統的多樣化，以及由于許多微機電系統器件和環境長期緊密接觸，這就給微機電系統的封裝帶來了比集成電路封裝更多的要求和獨特的挑戰。因此，微機電系統封裝必須需要許多特殊的技術和材料，而這些都不是標準集成電路封裝方案的一部分，這就使得微機電系統的封裝成本常常達到其總成本的70％。為了提供有效的封裝方案，微機電系統行業正面臨著開發可適用于更廣泛范圍器件的封裝方法的挑戰。低成本和小尺寸的要求是目前推動微機電系統封裝朝晶圓級技術發展的主要力量。

加罩封裝是微機電系統和納米機電系統器件中的關鍵技術，裸芯和裸芯間鍵合以及表面微機電是目前使用的實現微機電系統加罩封裝的三大方法。目前最通用的密封技術包括陽極鍵合密封，熔接密封和玻璃料密封。封裝材料包括陶瓷，金屬和塑料。混合封裝如多芯片模塊和倒裝芯片技術(例如，微機電系統和微電子器件在同一個襯底)也在被使用。這些方法都需要額外的工藝步驟，通常需要比較高的處理溫度，而且其有限的表面粗糙度也限制了信號線的引連。最有效的方法是用微機械方法制造的薄膜層罩來進行真空密封。

實用新型內容

本實用新型的目的在于改進上述現有技術中的不足而提供一種低電壓射頻微機電系統開關及其封裝結構。

本實用新型的目的通過以下措施來達到：

一種低電壓射頻微機電系統開關及其封裝結構，包括：

一射頻微機電系統開關，其包括：依次交替水平設置于襯底材料上的一對用于射頻信號輸入和輸出的底層電極，一對用于提供驅動電壓的底層驅動電極，底層電極及底層驅動電極的上方設有一可上下彎曲的頂層電極，頂層電極和一底層電極之間通過一個豎立的側柱相連，另一底層電極上設有一層介電材料薄膜，其中兩個底層驅動電極上各設有防止頂層電極與其相接觸的絕緣隔離塊；

一加蓋層，覆蓋于所述的射頻機電系統開關上；

一密封層，覆蓋于所述的加蓋層上。

其中，加蓋層上可開有腐蝕通道或者可為一層氣相可滲透高分子加蓋層。

介電材料薄膜和絕緣隔離塊的材料可為二氧化硅或氮化硅，介電材料薄膜的厚度為小于1微米。

頂層電極與底層驅動電極及底層電極之間為空氣層，且其厚度大于1微米。

工作時，工作電壓加在底層驅動電極和射頻信號輸入的底層電極之間，頂層電極和底層電極之間有一層空氣層，頂層電極在驅動電極電壓的作用下可以和介電材料薄膜接觸或不接觸形成開關開合或關閉狀態。

本實用新型的優點在于：