Microdispositivo electromecánico mejorado de condensador variable y método para hacer el mismo.

Un microcondensador electromecánico variable que comprende:

un primer sustrato (24);

un primer contacto (34) dispuesto en una primera superficie de dicho sustrato (24); un activador piezoeléctrico (16) dispuesto sobre dicha primera superficie de dicho sustrato (24);

un segundo contacto (18) acoplado a dicho activador (16) y dispuesto próximo a dicho primer contacto (34); una parada (37, 39) de control de holgura dispuesta entre dicho sustrato (24) y dicho activador (16) para limitar el movimiento de dicho primer contacto (34) con respecto a dicho segundo contacto (18); varias conexiones (25) entre dicho activador (16) y dicho primer sustrato (24); y

un segundo sustrato (14) dispuesto sobre dicho activador piezoeléctrico (16),

caracterizado porque dicho segundo sustrato (14) tiene unos pozos (15, 17) sobre dichas conexiones (25) para facilitar la aplicación de una herramienta de conexión (19) a dichas conexiones (25).

Tipo: Patente Internacional (Tratado de Cooperación de Patentes). Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: PCT/US2006/000069.

Solicitante: RAYTHEON COMPANY.

Nacionalidad solicitante: Estados Unidos de América.

Dirección: 870 WINTER STREET WALTHAM, MA 02451-1449 ESTADOS UNIDOS DE AMERICA.

Inventor/es: ALLISON,ROBERT C, NAKAHIRA,RON K, PARK,JOON, TRAN,BRIAN H.

Fecha de Publicación: .

Clasificación Internacional de Patentes:

  • H01G5/16 SECCION H — ELECTRICIDAD.H01 ELEMENTOS ELECTRICOS BASICOS.H01G CONDENSADORES; CONDENSADORES, RECTIFICADORES, DETECTORES, CONMUTADORES O DISPOSITIVOS FOTOSENSIBLES O SENSIBLES A LA TEMPERATURA, DEL TIPO ELECTROLITICO (empleo de materiales especificados por sus propiedades dieléctricas H01B 3/00; condensadores con una barrera de potencial o una barrera de superficie H01L 29/00). › H01G 5/00 Condensadores en los cuales la capacidad se varía por medios mecánicos, p. ej. por giro de un eje; Procesos para su fabricación. › con variación de la distancia entre armaduras.
  • H01P1/18 H01 […] › H01P GUIAS DE ONDAS; RESONADORES, LINEAS, U OTROS DISPOSITIVOS DEL TIPO DE GUIA DE ONDAS (que funcionan con frecuencias ópticas G02B). › H01P 1/00 Dispositivos auxiliares (dispositivos de acoplamiento del tipo guía de ondas H01P 5/00). › Desfasadores (H01P 1/165 tiene prioridad).
  • H01P1/203 H01P 1/00 […] › Filtros del tipo línea de bandas.

PDF original: ES-2522281_T3.pdf

 


Fragmento de la descripción:

Microdispositivo electromecánico mejorado de condensador variable y método para hacer el mismo ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN Campo de la Invención

La presente Invención está relacionada con componentes, circuitos y dispositivos eléctricos y electrónicos. Más específicamente, la presente invención está relacionada con componentes eléctricos y electrónicos implementados con microdispositivos electromecánicos (MEMS, micro-electro-mechanical).

Descripción de la técnica relacionada

En la tecnología de MEMS se están implementando diversos dispositivos eléctricos y electrónicos. La tecnología de MEMS ofrece menores pérdidas que las implementaclones convencionales de componentes discretos. Desafortunadamente, para ciertos tipos de componentes, tales como los condensadores variables, los diseños previos de MEMS no han sacado partido de la potencial baja pérdida de la tecnología de MEMS. Estos planteamientos previos tienen ciertas pérdidas debido a los efectos parasitarios asociados con el mecanismo de activación de los dispositivos de MEMS.

Además, los diseños previos de MEMS han utilizado planteamientos de lámina bimetálica y de activación electrostática. Desafortunadamente, la atracción electrostática es poco práctica para una implementación de condensador variable y se ha encontrado que el planteamiento de bimetal es demasiado lento y necesita demasiada potencia.

Por tanto, en la técnica existe la necesidad de un diseño mejorado de condensador variable implementado con la tecnología de MEMS. Esta necesidad fue cubierta por las enseñanzas de la solicitud de patente de EE.UU. n° de serie 1/294.413 titulada MICRO ELECTRO-MECHANICAL SYSTEM DEVICE WITH PIEZOELECTRIC THIN FILM ACTUATOR, presentada el 14 de noviembre de 22 por J. Park et al. (US 24/94815 A1). Esta solicitud describe y reivindica un dispositivo MEMS de radiofrecuencia con un activador de película delgada piezoeléctrica dispuesto sobre un sustrato y unos bultos conductivos que sirven como espaciadores. En una realización, el dispositivo se describe como que es utilizable como un condensador ajustable en el que el espaclamlento ¡nterelectrodo entre un electrodo de recorrido de conducción y un electrodo de recorrido de RF se varía de manera controlada mediante una viga de activador con el fin de variar selectivamente la capacitancia entre los electrodos.

Estos dispositivos, conocidos como 'flip-chip' (chip invertido) debido a la orientación al revés del mismo con respecto a los diseños convencionales, típicamente se ensamblan mediante serigrafía de pasta de soldadura o epoxi conductivo y se vuelve fluida a temperaturas superiores a 15 grados centígrados. Desafortunadamente, estos métodos no pueden utilizarse en aplicaciones que requieren un control estricto de la holgura en altura entre el chip invertido y el sustrato en el que se monta el chip invertido. La altura no se controla bien porque el volumen de pasta o soldadura tiene demasiada variabilidad y no se puede conseguir una altura constante. Esto es particularmente problemático con respecto a la construcción de los condensadores ajustables.

La mayoría de los intentos por controlar el requisito de altura ha implicado esfuerzos para desarrollar unos mejores bultos más uniformes o mediante el control del volumen de material impreso por serigrafía. El proceso de bultos es un proceso que implica muchas variables que son difíciles de controlar. Los bultos a menudo se chapan utilizando chapado por impulsos y se comprueban bastante a menudo para conseguir una altura óptima. Como una alternativa, los bultos se pulen después a una altura específica. Esto puede producir una altura muy uniforme entre los distintos bultos, pero no compensa la variación de volumen de la pasta de soldadura o epoxi conductivo impresos por serigrafía.

El material impreso por serigrafía depende en gran medida de las tolerancias del esténcil mecanizado o de la emulsión en la pantalla. Los esténciles mecanizados con láser o por grabado tendrán típicamente una tolerancia de ,254 nm (+ /- ,1 milipulgadas), que puede tener como resultado grandes cambios de volumen si la abertura en el esténcil es de tan solo 1,8 nm (,4"). Las plantillas de emulsión proporcionan una deposición volumétrica inconsistente a causa de la malla de pantalla que estorba al flujo de material.

Otro planteamiento es ensamblar el chip invertido utilizando compresión térmica de todo el chip sobre unas plaquitas maleables. Este método produce dispositivos que se ensamblan bien a temperaturas superiores a 15 grados centígrados, pero todavía es difícil controlar la altura de plaquita.

El documento JP 24221128 describe un ejemplo de condensador variable impulsado por voltaje que permite controlar el valor inicial de capacitancia y la velocidad de cambio de la capacitancia. Se forma un ajuste de holgura en un sustrato que comprende un activador piezoeléctrico, que se conecta a un segundo sustrato.

Por tanto, si bien la solicitud mencionada antes aborda la necesidad en la técnica, en la técnica sigue existiendo la necesidad de un diseño de RF de MEMS que sea más fácil de fabricar y un método mejorado asociado de fabricación.

COMPENDIO DE LA INVENCIÓN

La necesidad en la técnica es abordada por el microdispositivo electromecánico de la presente invención y el método para hacer el mismo. En la realización ilustrativa, el dispositivo inventivo incluye un primer sustrato; un primer contacto dispuesto en una primera superficie del sustrato; un activador piezoeléctrico dispuesto sobre la primera superficie del sustrato; un segundo contacto acoplado al activador y dispuesto próximo al primer contacto; y un mecanismo de control de holgura dispuesto entre el sustrato y el activador para limitar el movimiento del primer contacto con respecto al segundo contacto.

En el ejemplo de realización, el mecanismo de control de holgura es una parada de control de holgura construida de material dieléctrico. En la práctica se utilizan varias paradas. En el ejemplo de realización, se utilizan varias conexiones termosónicas para conectar el activador con el primer sustrato. Sobre el activador piezoeléctrico se dispone un segundo sustrato. El segundo sustrato tiene unos pozos sobre las conexiones para facilitar la aplicación de una herramienta de conexión a las conexiones.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS

La Figura 1 es una vista lateral en sección transversal del dispositivo de MEMS descrito y reivindicado en la solicitud de Park et al.

La Figura 2 es una vista lateral en sección transversal de una realización ilustrativa de un dispositivo de MEMS con una relación sin ensamblaje e implementado según la presente invención.

La Figura 3 es una vista lateral en sección transversal de un dispositivo de MEMS de la Figura 2 con una relación de ensamblaje.

La Figura 4 es una vista superior de un único condensador variable de MEMS montado a través de una linea de transmisión de CPW en una implementación ilustrativa de cambio de fase según las presentes enseñanzas.

La Figura 5 es una vista en perspectiva de una implementación ilustrativa de un desfasador cargado de linea que utiliza condensadores variables de MEMS según las presentes enseñanzas.

La Figura 6 es un diagrama esquemático de la implementación ilustrativa de un desfasador cargado de linea que utiliza condensadores variables de MEMS de la Figura 5.

La Figura 7 es una vista superior en sección de una distribución de circuito de un filtro de paso de banda de línea de transmisión acoplado a una microtira entrecruzada de 5 secciones que utiliza los condensadores variables de MEMS de la presente invención.

La Figura 8 muestra un diagrama esquemático, para el filtro de paso de banda de linea de transmisión acoplado a microtiras entrecruzadas de la Figura 7.

DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN

Ahora se describirán unas realizaciones ilustrativas y unos ejemplos de aplicaciones haciendo referencia a los dibujos acompañantes para describir las enseñanzas ventajosas de la presente invención.

Si bien la presente invención en esta memoria se describe haciendo referencia a unas realizaciones Ilustrativas para aplicaciones particulares, debe entenderse que la invención no se limita a las mismas. Los expertos en la técnica y que accedan a las enseñanzas proporcionadas en esta memoria reconocerán modificaciones, aplicaciones y realizaciones adicionales dentro del alcance de la misma y campos adicionales en los que la presente Invención tendría una utilidad significativa.

La Figura 1 es una vista lateral en sección transversal del dispositivo de MEMS 1 descrito y reivindicado en la solicitud de Park et al. Como se muestra en la Figura 1,... [Seguir leyendo]

 


Reivindicaciones:

1. Un microcondensador electromecánico variable que comprende:

un primer sustrato (24);

un primer contacto (34) dispuesto en una primera superficie de dicho sustrato (24);

un activador piezoeléctrico (16) dispuesto sobre dicha primera superficie de dicho sustrato (24);

un segundo contacto (18) acoplado a dicho activador (16) y dispuesto próximo a dicho primer contacto (34);

una parada (37, 39) de control de holgura dispuesta entre dicho sustrato (24) y dicho activador (16) para

limitar el movimiento de dicho primer contacto (34) con respecto a dicho segundo contacto (18);

varias conexiones (25) entre dicho activador (16) y dicho primer sustrato (24); y

un segundo sustrato (14) dispuesto sobre dicho activador piezoeléctrico (16),

caracterizado porque dicho segundo sustrato (14) tiene unos pozos (15, 17) sobre dichas conexiones (25) para facilitar la aplicación de una herramienta de conexión (19) a dichas conexiones (25).

2. La invención de la reivindicación 1 en donde dichas conexiones (25) son unas conexiones termosónicas oro-oro.

3. La invención de la reivindicación 1 que incluye además una capa de metalización (23) bajo una segunda superficie de dicho primer sustrato (24).


 

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