[发明专利]具有近零冲击着陆的MEMS RF开关

说明书

本公开总体涉及MEMS欧姆开关的设计，该设计提供MEMS器件可移动板在RF触头上的低冲击着陆和用于断开触头的高恢复力，以提高开关的寿命。该开关具有设置在开关器件偏心处的至少一个接触电极，并且还具有设置在开关器件中心附近的二次着陆立柱。与接触电极的RF触头相比，二次着陆立柱在衬底上方延伸到更大的高度，使得可移动板首先接触二次着陆立柱，并然后轻轻地着陆在RF触头上。在释放时，可移动板将在从二次着陆立柱脱离之前从RF触头脱离，并且由于高恢复力而具有更长的寿命。

背景技术

技术领域

本公开的实施例总体涉及一种用于在宽电压操作范围内获得MEMS开关的接触电阻的良好可控性的技术。

相关技术的描述

MEMS欧姆开关包括可移动板，该可移动板通过对致动电极施加电压而移动。静电力使板朝向致动电极移动。一旦电极电压达到特定电压——通常称为吸合电压(snap-involtage)，系统就变得不稳定并且板朝向致动电极加速。该吸合电压部分地由MEMS器件的板的刚性确定。使MEMS欧姆开关在适度低的操作电压下操作——这将期望允许控制器的廉价CMOS集成——对于可移动板使用刚性腿是不可能的。

当板被向下致动时，板着陆在接触电极上，板与该接触电极进行欧姆接触。为了获得良好的欧姆接触电阻，通过对下拉电极施加足够高的电压，将板拉入以与接触电极的紧密接触。电压能够使板在位于下拉电极上方的介电层上具有额外的二次着陆。使板着陆在介电层上是器件操作的可靠性问题。二次着能够导致介电层的充电和致动电压的偏移。因此，可以存在附加的止挡块以防止板直接着陆在下拉电极上方的介电层上。

在典型的MEMS欧姆开关操作中，可移动板首先与接触电极(例如RF电极)进行接触，并且后续与附加的止挡块进行二次接触。由于吸合行为的不稳定性质，可移动板能够在致动时产生足够高的动量并且能够以高冲击能量撞击接触电极。高冲击能量能够导致接触磨损和接触电阻增长，这限制了器件的寿命。

一旦控制电极上的电压被足够减小，则板被释放并且理想地移动回到原始位置。释放电压通常低于吸合电压，这是由于当板靠近致动电极时的较高的静电力且由于板和接触表面之间的静摩擦。在典型的MEMS欧姆开关中，止挡块在释放时首先脱离，并且接触电极最后脱离。拉动接触电极的板的恢复力由MEMS欧姆开关的板的弹簧常数设定。如果恢复力不足够大，则板能够保持粘在接触电极上。

因此，本领域需要一种MEMS欧姆开关，其不会遭受在接触电极上的高冲击着陆，并且提供来自接触电极的高恢复力以便实现高寿命，同时仍然允许操作电压要适度低，以允许CMOS控制器的廉价集成。

发明内容

本公开总体涉及MEMS欧姆开关的设计，该设计提供MEMS器件可移动板在RF触头上的低冲击着陆和用于断开触头的高恢复力，以提高开关的寿命。该开关具有设置在开关器件偏心处的至少一个接触电极，并且还具有设置在开关器件中心附近的二次着陆立柱。与接触电极的RF触头相比，二次着陆立柱在衬底上方延伸到更大的高度，使得可移动板首先接触二次着陆立柱，并然后轻轻地着陆在RF触头上。在释放时，可移动板将在从二次着陆立柱脱离之前从RF接触脱离，并且由于高恢复力而具有更长的寿命。

在一个实施例中，MEMS欧姆开关300包括衬底101、MEMS桥、介电层202、中心止挡块314、RF触头306和附加的止挡块310；衬底101上设置有一个或更多个锚电极108、多个下拉电极104A-104C以及一个或更多个RF电极302、304；MEMS桥利用锚接触层208耦接到一个或更多个锚电极108；介电层202设置在一个或更多个下拉电极104A-104C上；中心止挡块314耦接到介电层202并且设置在MEMS桥的大致中心的下方；RF触头306耦接到一个或更多个RF电极302、304中的RF电极302；附加的止挡块310设置在介电层202上，其中附加的止挡块310设置在锚接触层208和RF触头306之间，并且其中RF触头306设置在附加的止挡块310和中心止挡块314之间。