JP2011258553A - 静電駆動マイクロメカニカルスイッチングデバイス - Google Patents
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Abstract
【解決手段】固定電極2および可動電極3を含む駆動部と、前記可動電極3に機械的に接続されているプッシュロッド4と、前記プッシュロッド4の一方の側に機械的に接続されている可動接点要素と、前記プッシュロッド4に機械的に接続されている少なくとも1つの復元ばね5と、信号線7a、7bおよび接地線13と、を備えるスイッチングデバイス1aであり、シャント構成において、前記接地線13と前記信号線7a、7bとの間のオーミックコンタクトを閉成しかつ解放する接点ビーム6を備え、前記接地線13が、前記接点ビーム6と前記接地線13との間に前記オーミックコンタクトを形成するように、前記信号線7a、7bのギャップを通る少なくとも1つの接点バー12を備える。
【選択図】図2
Description
ここで、Fは機械力であり、Uは駆動電位であり、xは機械的作動範囲(travel)であり、Cは静電容量である。
ここで、ε0は真空の誘電率であり、εrは誘電体材料の相対誘電率であり、Aは電極の表面積であり、g0は初期離隔距離である。εr≒1の気体または真空のみが好適な誘電体材料であるため、一般的な設計目標は、表面積を最大化し、電極の離隔距離を最小化することである。
ここで、lは櫛歯の長さであり、thは、ウェハの深さ方向の櫛歯の厚さであり、g0cは櫛歯の離隔距離であり、nは櫛歯対の数である。横方向寸法が同じであるとすると、平行板コンデンサの静電容量を以下の式によって計算することができる。
ここで、wは櫛歯の幅であり、g0pは電極の離隔距離である。櫛型電極は、以下の条件を満たす場合、平行板コンデンサより大きい単位面積当たりの静電容量を提供する。
関係(6)は、櫛型電極の利点が直接、エッチングプロセスのあり得る最大アスペクト比によって決まることを述べている。関連するパラメータに対しg0p=1μm、w=1μm、g0c=4μmおよびth=40μm(AR=10)として技術的に実現可能な形状を想定すると、櫛型設計は、単位面積当たり8倍大きい静電容量を提供する。櫛型電極が、高い駆動静電容量を得ることに関して有利であるということを結論付けることができる。
1a〜1f スイッチングデバイス
2 固定電極
3 可動電極
4 プッシュロッド
5 復元ばね
6 接点ビーム
7 信号線
7a 信号線
7b 信号線
8 接点ピン
9 結合容量
10 ギャップ
11a インダクタンスおよび抵抗
11b インダクタンスおよび抵抗
12 接点バー
13 接地線
13a スロット
14 コンタクトメタライゼーション
15 基板
15a ドーピングシリコン
15b 平坦な溝
16 金属層
17 接点離隔距離
18 可動枠
19 誘引電極
20 付着パッド
21 固定端
22 停止
23 金属ブリッジ
24 金属ブリッジ
25 アイソレーション
26 トレンチ
27 接点窓
28 金属ブリッジ
29 アンダーカット
30 コンタクトパッド
31 開口部
32 弾性ビーム要素
33 離隔距離
34 ストリップ
101 カバー
102 アイソレーション層
103 アイソレーション層
L 低周波数電流路
H 高周波数電流路
Claims (16)
- 基板(15)のバルクに可動要素が形成され、前記基板(15)の面における前記可動要素の水平移動により少なくとも1つのオーミックコンタクトを閉成しかつ解放する静電駆動マイクロメカニカルスイッチングデバイス(1)であって、
櫛型電極(2、3)を有する駆動部であり、前記電極(2、3)が固定駆動電極(2)および可動電極(3)を含む、駆動部と、
前記可動電極(3)に機械的に接続されかつ前記電極(2、3)を通して延在している可動プッシュロッド(4)と、
前記プッシュロッド(4)の一方の側に機械的に接続されている可動接点要素と、
前記プッシュロッド(4)に機械的に接続されている少なくとも1つの復元ばね(5)と、
信号線(7)および接地線(13)であり、前記信号線(7)がギャップ(10)によって分断される2つの部分(7a、7b)を含む、信号線(7)および接地線(13)と、
を備える、スイッチングデバイス(1)であり、
シャント構成において、前記接地線(13)と前記信号線(7)との間の前記オーミックコンタクトを閉成しかつ解放し、前記接点要素が、前記信号線(7)に対して少なくとも部分的に反対方向に延在しかつ前記信号線(7)の両部分(7a、7b)それぞれに電気的かつ機械的に接続されている可動接点ビーム(6)を備え、
前記接地線(13)が、前記接点ビーム(6)と前記接地線(13)との間に前記オーミックコンタクトを形成するように、前記信号線(7)の前記ギャップ(10)を通る少なくとも1つの接点バー(12)を備え、
前記接点ビーム(6)、前記信号線(7)および前記接地線(13)の少なくとも上壁および側壁にコンタクトメタライゼーション(14)が設けられることを特徴とするスイッチングデバイス。 - 可動枠(18)が、各復元ばね(5)の固定端(21)に設けられ、かつ少なくとも部分的に1つの固定された付着パッド(20)を包囲し、前記可動枠(18)が、少なくとも1つの追加の誘引電極(19)に対向し、かつ前記追加の誘引電極(19)に起動電圧(VGR)が印可されると、前記付着パッド(20)に向かって移動するように弾性的に懸架され、前記可動枠(18)が、前記可動枠(18)と前記復元ばね(5)との間の接続部の側において前記付着パッド(20)において停止し(22)、前記付着パッド(20)および前記可動枠(18)が微細溶接によりその配置で永久的に接合されることを特徴とする、請求項1に記載のスイッチングデバイス。
- 前記付着パッド(20)が、それらの上面に、当該スイッチングデバイス(1b)の前記基板(15)の材料のドーピングより高濃度であるドーピングを有することを特徴とする、請求項2に記載のスイッチングデバイス。
- 前記可動枠(18)が2つの部分に分割されることを特徴とする、請求項2または3に記載のスイッチングデバイス。
- 前記追加の誘引電極(19)に面している前記可動枠(18)の面が、その他の面に比較して幅が広いことを特徴とする、請求項2〜4のいずれか一項に記載のスイッチングデバイス。
- アンダーエッチングにより前記基板(15)から解放されている金属ブリッジ(23)が、当該スイッチングデバイス(1c)の製造および/または処理中に、前記固定電極(2)にかつ前記可動電極(3)に電気的に接続されている電気線間に設けられることを特徴とする、請求項1〜5のいずれか一項に記載のスイッチングデバイス。
- アンダーエッチングにより前記基板(15)から解放されている金属ブリッジ(24)が、当該スイッチングデバイス(1c)の製造および/または処理中に、前記信号線(7)および前記接地線(13)に電気的に接続されている電気線間に設けられることを特徴とする、請求項1〜6のいずれか一項に記載のスイッチングデバイス。
- 前記固定電極(2)および前記可動電極(3)ならびに前記信号線(7)および前記接地線(13)それぞれに接続されている電気線が、当該スイッチングデバイス(1d)の処理および/またはウェハレベルパッケージング中に、当該スイッチングデバイス(1d)のアイソレーション層(25)の接点窓(27)および後続するメタライゼーションにより、前記基板(15)の材料に電気的に接続されることを特徴とする、請求項1〜7のいずれか一項に記載のスイッチングデバイス。
- アンダーカット(29)を有する少なくとも1つの金属ブリッジ(28)が、前記接点窓(27)への接続経路内に挿入されることを特徴とする、請求項8に記載のスイッチングデバイス。
- 前記接点窓(27)が、前記基板(15)の上面に局所ドーピング領域によって形成され、前記局所ドーピング領域が、金属によって一時的に接続され、前記金属が、前記ドーピング領域の上に開口部(31)を有し、前記ドーピング領域が、金属とバルクとの間の短絡を切断するために、当該スイッチングデバイス(1)の接合後に少なくとも部分的に除去されることを特徴とする、請求項8または9に記載のスイッチングデバイス。
- 前記電極(2、3)がシリコンから構成され、前記シリコン材料が前記駆動部の領域に局所ドーピングされることを特徴とする、請求項1〜10のいずれか一項に記載のスイッチングデバイス。
- 前記プッシュロッド(4)と前記接点ビーム(6)の接点先端部(8)との間に弾性ビーム要素(32)が設けられ、前記プッシュロッド(4)および前記可動電極(3)の質量が、前記接点ビーム(6)および前記接点先端部(8)の質量の3倍超であることを特徴とする、請求項1〜11のいずれか一項に記載のスイッチングデバイス。
- 前記信号線(7)および/または前記接地線(13)が、前記コンタクトメタライゼーション(14)の位置でストリップ(34)の2つの側に分割され、前記ストリップ(34)が前記基板(15)から深さの隔たりがあることを特徴とする、請求項1〜12のいずれか一項に記載のスイッチングデバイス。
- 当該スイッチングデバイス(1)の電気端子への線が、当該スイッチングデバイス(1)の封止領域内の平坦な溝に配置され、かつ前記基板(15)へのアイソレーション層および前記線を覆うさらなるアイソレーション層によって隔離され、前記さらなるアイソレーション層が、前記基板(15)の表面が前記線の領域において平坦であるように部分的に除去されることを特徴とする、請求項1〜13のいずれか一項に記載のスイッチングデバイス。
- 前記接地線(13)が、前記プッシュロッド(4)の方向に延在しているスロット(13a)によって分断されることを特徴とする、請求項1〜14のいずれか一項に記載のスイッチングデバイス。
- 前記信号線(7)が、2つの位置においてそれぞれギャップ(10)によって分断され、2つの接点要素があり、それら各々が、少なくとも部分的に前記信号線(7)に対して反対方向に延在し、かつ前記信号線(7)の両部分に電気的にかつ機械的に接続されている可動ビーム(6)を備え、また前記プッシュロッド(4)に機械的に接続され、したがって前記可動電極(3)によって同時に駆動され、前記接地線(13)が、前記接点ビーム(6)と前記接地線(13)との間に前記オーミックコンタクトを形成するように、前記信号線(7)の各ギャップ(10)の位置に少なくとも1つの接点バーを備えることを特徴とする、請求項1〜15のいずれか一項に記載のスイッチングデバイス。
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