Conmutadores MEMS y el empaquetado de los mismos.

Un conmutador MEMS para su uso en frecuencias de radio o de microondas,

que comprende una pareja de superficies que hacen contacto (12, 19), al menos una (19) de las cuales es movible con respecto a la otra (12) para abrir o cerrar el conmutador, estando transportada una dicha superficie (19) por un elemento flexible (14), y medios actuadores (20, 20) configurados para efectuar dicho movimiento relativo, y en el que dicha superficie de contacto (19) está sobre una primera porción (18) del elemento flexible (14) que se une a una porción adicional (22) del elemento flexible, habiendo sido escogidas las tensiones internas en el elemento flexible (14) de modo que se controla la forma de la primera porción (18) y/o su disposición angular con respecto a la porción adicional (22), caracterizado porque la disposición es tal que cuando el conmutador se cierra el elemento flexible (14) se deforma para conformar la superficie de contacto (19) definida en el mismo a la otra superficie de contacto (12).

Conmutadores MEMS y el empaquetado de los mismos

Esta invención se refiere a conmutadores de sistema microelectromecánico (MEMS por las siglas en inglés de micro electro-mechanical system). En concreto se refiere a conmutadores MEMS de radiofrecuencia (RF), que pueden ser particularmente adecuados para su uso en montajes de conmutación con desplazamiento de fase compactos, por ejemplo, antenas en fase, y en algunos aspectos asimismo para otros dispositivos MEMS, no necesariamente de RF.

Los conmutadores MEMS de la técnica anterior pueden adolecer de pérdidas de inserción malas cuando funcionan a radiofrecuencias elevadas (por ejemplo, microondas). La ejecución de conmutadores nominalmente idénticos puede variar ampliamente, tanto en los de tipo de contacto directo (óhmico) como de contacto indirecto (capacitivo), en los que al menos una de las zonas de soldadura en contacto del conmutador tiene una capa de material dieléctrico sobre su superficie.

El documento WO 3/2385 A da a conocer un conmutador MEMS para conmutación de alta tensión que tiene una pareja de superficies de contacto relativamente movibles, siendo transportada una superficie por un elemento flexible, y medios actuadores para abrir y cerrar el conmutador, teniendo lugar el cierre del conmutador cuando el elemento flexible se deforma para juntar las zonas de contacto entre sí.

Se ha concluido que la fuente de este problema se encuentra en que las superficies de contacto del conmutador no se orientan entre sí de un modo consistente de conmutador a conmutador, o incluso en funcionamiento sucesivos del mismo conmutador. Esto puede ser el resultado de contaminación entre las superficies de contacto y/o del alineamiento de los propios contactos. Esto tiene el resultado de que, en lugar de que las superficies hagan contacto y se conformen entre sí sobre áreas sustanciales, en su lugar tan solo hay contacto sobre un área relativamente pequeña, que se aproxima en un caso extremo a tan solo un punto o línea de contacto. Un mal contacto tal como el de este caso puede ser particularmente perjudicial para un conmutador capacitivo.

Por lo tanto, de acuerdo con un aspecto de la invención se proporciona un conmutador MEMS que comprende una pareja de superficies que hacen contacto, al menos una de las cuales es movible con respecto a la otra para abrir o cerrar el conmutador, estando transportada dicha una superficie por un elemento flexible, y medios actuadores configurados para efectuar dicho movimiento relativo, siendo el conjunto tal que cuando el conmutador se cierra el elemento flexible se deforma para conformar la superficie de contacto definida sobre el mismo a la otra superficie de contacto.

Por conmutador se entiende un dispositivo en el cual una pareja de superficies de contacto se puede abrir o cerrar: puede haber más de una pareja de tales contactos en un dispositivo individual, (por ejemplo, conmutadores de terminal único multipolar), y/o se puede compartir un contacto entre dos otros contactos, por ejemplo, en un conmutador de doble terminal.

En una forma de este aspecto de la invención, dicha una superficie de contacto puede estar sobre una primera porción del elemento flexible que se une a una porción adicional del elemento flexible, escogiéndose las tensiones internas del elemento flexible de modo que se controle la forma de la primera porción y/o su disposición angular con respecto a la porción adicional.

En otra forma, dicha una superficie de contacto puede estar sobre una primera porción del elemento flexible que se une a una porción adicional del elemento flexible, comprendiendo el elemento flexible al menos dos capas de diferentes coeficientes de expansión térmica, elegidos de modo que se controle la forma de la primera porción y/o su disposición angular con respecto a la porción adicional.

En una forma adicional, dicha una superficie de contacto puede estar sobre una primera porción del elemento flexible que se une a una porción adicional del elemento flexible, comprendiendo el elemento flexible al menos dos capas que se han formado a diferentes temperaturas elevadas, de modo que se controle a temperatura ambiente la forma de la primera porción y/o su disposición angular con respecto a la porción adicional.

Estas tres formas se pueden utilizar individualmente o en cualquier combinación, de acuerdo con las reivindicaciones.

Preferiblemente, la superficie que hace contacto del elemento flexible presenta una forma deformable al menos parcialmente cóncava hacia la otra superficie que hace contacto cuando se encuentra separada de la misma.

Cuando las superficies que hacen contacto están separadas entre sí, la dicha superficie sobre la primera porción del elemento flexible puede ser paralela a o inclinada hacia la otra superficie de contacto desde este punto de unión a la porción adicional del elemento flexible.

La primera porción se puede unir a la porción adicional en un pliegue o línea de articulación.

El pliegue o línea de articulación pueden comprender una línea de debilidad que se dispone en el lado opuesto de dicha construcción desde una capa que tiende a dar dicha forma cóncava a la primera porción.

La forma del elemento flexible puede doblarse entre las primera porción y adicional.

Los medios actuadores pueden comprender una primera parte que se desvía térmicamente, electrostáticamente o electromagnéticamente con respecto a una parte de actuador adicional de modo que se efectúe dicho movimiento relativo.

La primera parte de actuador se puede disponer sobre el elemento flexible.

Alternativamente, los medios actuadores se pueden mover con respecto al elemento flexible.

Los medios actuadores se pueden adaptar para aplicar una fuerza de cierre a lo largo de una línea de acción que pasa a través de las superficies de contacto.

Los medios actuadores pueden estar soportados desde una estructura fija separadamente del elemento flexible.

Los medios actuadores pueden comprender al menos una viga en voladizo que tiene una parte que se solapa con el elemento flexible para efectuar dicho movimiento relativo.

El elemento flexible puede comprender una viga en voladizo.

Así pues, en un modo de realización los medios actuadores pueden comprender vigas en voladizo que se extienden a cada lado del elemento flexible, uniéndose entre sí partes terminales de la viga en voladizo para formar la parte de solapamiento.

Las vigas en voladizo de los medios actuadores y el elemento flexible pueden ser sustancialmente coplanares excepto por la porción de solapamiento.

Dicha una viga en voladizo puede tener una sección trasversal curvada perpendicular a su eje longitudinal.

El conmutador puede estar contenido en un empaquetado que es al menos parcialmente transparente para permitir la inspección del conmutador, en concreto del estado de los contactos, durante la fabricación o posteriormente durante su uso.

Este elemento de empaquetado es de aplicación más amplia que tan solo para conmutadores MEMS. Por ejemplo, se puede utilizar en el empaquetado efectivo de un componente optoelectrónico el cual habría quedado de este modo expuesto en el substrato de circuito.

Así pues, otro aspecto de la invención prevé un dispositivo MEMS empaquetado en el que un empaquetado en el cual está contenido el dispositivo es al menos parcialmente transparente ópticamente.

El empaquetado puede comprender una tapa de vidrio transparente.

Puede existir una estructura de pared separada que separa la tapa de vidrio de un substrato de circuito.

La estructura de pared puede ser de vidrio o de un óxido de silicio.

La tapa puede unirse mediante una frita a la estructura de pared.

Puede existir una vía que se extiende a través del substrato de circuito por debajo de la estructura de pared para formar una conexión eléctrica con el dispositivo.

Asimismo o alternativamente puede existir una vía a través de la estructura de pared para formar una conexión eléctrica con un conductor en el sustrato.

En otro aspecto la invención proporciona un método de fabricación de un conmutador MEMS de acuerdo con la reivindicación 11.

La invención se describirá ahora meramente a modo de ejemplo con referencia a los dibujos que se acompañan, en los que:

la figura 1 muestra un conmutador MEMS de la técnica anterior;

las figuras 2 y 3 muestran conmutadores MEMS de acuerdo con la invención;

las figuras 4, 5, 6 y 7 muestran conmutadores adicionales de acuerdo con modos de realización respectivos de la invención;

la figura 8 ilustra un problema con conmutadores de la técnica anterior;

las figuras 9 y 1 muestran... [Seguir leyendo]

1. Un conmutador MEMS para su uso en frecuencias de radio o de microondas, que comprende una pareja de superficies que hacen contacto (12, 19), al menos una (19) de las cuales es movible con respecto a la otra (12) para abrir o cerrar el conmutador, estando transportada una dicha superficie (19) por un elemento flexible (14), y medios actuadores (2, 2) configurados para efectuar dicho movimiento relativo, y en el que dicha superficie de contacto (19) está sobre una primera porción (18) del elemento flexible (14) que se une a una porción adicional (22) del elemento flexible, habiendo sido escogidas las tensiones internas en el elemento flexible (14) de modo que se controla la forma de la primera porción (18) y/o su disposición angular con respecto a la porción adicional (22), caracterizado porque la disposición es tal que cuando el conmutador se cierra el elemento flexible (14) se deforma para conformar la superficie de contacto (19) definida en el mismo a la otra superficie de contacto (12).

2. El conmutador de la reivindicación 1, en el que una dicha superficie de contacto (19) está sobre una primera porción (18) del elemento flexible (14) que se une a una porción adicional (22) del elemento flexible, comprendiendo el elemento flexible (14) al menos dos capas (5, 52, 54) con diferentes coeficientes de expansión térmica elegidos de modo que se controle la forma de la primera porción (18) y/o su disposición angular con respecto a la porción

adicional (22).

3. El conmutador de la reivindicación 1 o 2, en el que una dicha superficie de contacto (19) está sobre una primera porción (18) del elemento flexible (14) que se une a una porción adicional (22) del elemento flexible, comprendiendo el elemento flexible (14) al menos dos capas (5, 52, 54) que se han formado a diferentes temperaturas elevadas de modo que se controle a temperatura ambiente la forma de la primera porción (18) y/o su disposición angular con

respecto a la porción adicional (22).

4. El conmutador de cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, en el que el medio actuador (2, 34) es movible con respecto al elemento flexible (14) y está adaptado para aplicar una fuerza de cierre a lo largo de una línea de acción (26) que pasa a través de las superficies de contacto (12, 19).

5. El conmutador de cualquier reivindicación anterior, en el que el medio actuador (2, 34) está soportado desde una estructura fija separadamente del elemento flexible (14).

6. El conmutador de cualquier reivindicación anterior, en el que el medio actuador comprende al menos una viga en voladizo (34, 34) que tiene una parte (44) que se solapa con el elemento flexible (18) para efectuar dicho movimiento relativo.

7. El conmutador de la reivindicación 6, en el que el medio actuador comprende vigas en voladizo (34, 34) que se extienden a cada lado del elemento flexible (14), uniéndose entre si partes terminales de la viga en voladizo (34, 34) para formar la parte de solapamiento (44).

8. El conmutador de cualquier reivindicación anterior, en el que la superficie que hace contacto (19) del elemento flexible (14) presenta una forma deformable al menos parcialmente cóncava hacia la otra superficie que hace contacto (12) cuando se separa de la misma.

9. El conmutador de cualquier reivindicación anterior, en el que cuando las superficies que hacen contacto (12, 19) están separadas entre sí, la dicha superficie (19) sobre la primera porción (18) del elemento flexible (14) es paralela a o se inclina hacia la otra superficie de contacto (12) desde su punto de unión (24) con respecto a la porción adicional (22) del elemento flexible (14).

1. El conmutador de las reivindicaciones 8 o 9, en el que la forma del elemento flexible (14) se dobla entre las primera porción (18) y adicional (22).

11. Un método de fabricación de un conmutador MEMS de acuerdo con cualquier reivindicación anterior en el que el elemento flexible (14) se construye en capas, comprendiendo una primera capa (47) una pluralidad de áreas metálicas separadas (19, 2), separadas por un material dieléctrico (48), incluyendo el método las etapas de planarizar el material dieléctrico (48) de modo que las áreas metálicas (19, 2) y el material dieléctrico (54) proporcionen una superficie sin interrupciones, y depositar una capa adicional de material dieléctrico (56) sobre esa superficie.

12. El método de la reivindicación 11, que comprende formar el material dieléctrico (54) entre las áreas metálicas (19, 2) depositando una capa (46) del material sobre las capas metálicas (19, 2) de modo que se introduzca en el espacio entre ambas, y a continuación eliminar esa capa (46) excepto por el material (54) entre las áreas metálicas (19, 2) mediante dicha planarización