CN102386877A - 微机电系统(mems)可变电容器、激励部件及相关方法 - Google Patents
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Abstract
提供了微机电系统(MEMS)可变电容器、激励部件及相关方法。MEMS可变电容器可以包括基本彼此平行延伸的第一馈电线和第二馈电线。此外,MEMS可变电容器可以包括与第一馈电线和第二馈电线间隔开的第一电容板和第二电容板。第一电容板和第二电容板可以分别相对于第一馈电线和第二馈电线中的至少一个单独移动,以在预定电容范围内改变第一馈电线和第二馈电线之间的电容。
Description
本申请是2007年3月8日提交的、发明名称为“微机电系统(MEMS)可变电容器、激励部件及相关方法”的专利申请No.200780016273.3的分案申请。
相关申请
这里公开的主题要求享有2006年3月8日提交的美国临时专利申请No.60/780544以及2006年3月8日提交的美国临时专利申请No.60/780565的权益,在此通过引用将其全文并入本文。
技术领域
本文披露的主题总体上涉及MEMS部件。更具体而言,本文披露的主题涉及MEMS可变电容器、激励部件及方法。
背景技术
已经发现MEMS对于各种消费者、工业和军事应用都是有用的。大部分MEMS器件都是利用标准集成电路(IC)工艺结合专门的微切削加工工艺制造在半导体衬底(例如硅、砷化镓、绝缘体上硅等)上。经常把这些制造技术统称为微制造工艺。
最近,人们对制造用于各种大容量通信应用的MEMS射频(RF)器件和系统产生了很大兴趣。由于材料的质量高,近年来工艺的发展以及预计会实现MEMS与集成电路的直接单片集成,因此通常一直在传统半导体材料(主要是硅晶片)上实现基于MEMS的RF部件和系统。这种方式对于RF和微波器件的性能和潜在商业化方面具有若干缺点。具体而言,硅衬底的介电损耗在1GHz以上和金属化薄层电阻高的情况下非常高。此外,这种MEMS部件可能会对下方和周围的电路产生RF干扰,反之亦然。
生产符合特定性能要求的MEMS可变电容器也是有益的。例如,希望能提供在不同频率范围内具有高品质因数(Q)的MEMS可变电容器。而且,还希望能够提供电容比(可变电容器的最小电容与最大电容之比)得到改善的MEMS可变电容器。可以通过为可变电容器提供最小的寄生固定电容和高电容状态下最大的电容来实现电容比。还希望将MEMS电路的RF部分与衬底噪声和损耗高度地隔离开。
鉴于上述情况,希望能提供改进的MEMS可变电容器、激励部件和方法。
发明内容
根据本公开,提供了新颖的MEMS可变电容器、激励部件和相关方法。
因此,本公开的目的是提供新颖的MEMS可变电容器、激励部件和相关方法。该目的和其他目的将通过本公开而变得明了,并且且通过本文所述的主题至少全部或部分地实现这些目的。
附图说明
现在将参考附图描述本文所述的主题,在附图中:
图1A-1F是根据本文所述主题的一个实施例的MEMS可变电容器的不同视图;
图2是根据本文所述主题的一个实施例的MEMS可变电容器的顶部透视图;
图3A-3C是根据本文所述主题的一个实施例的MEMS可变电容器的不同视图;
图4是根据本文所述主题的实施例的、具有基本彼此平行延伸的馈电线(feed line)的MEMS可变电容器的顶视图;
图5是根据本文所述主题的实施例的、具有MEMS可变电容器和连接到交替的馈电焊盘(feed pad)的馈电线的MEMS可变电容器系统的顶视图;
图6A是根据本文所述主题的实施例的、具有MEMS可变电容器和馈电线的MEMS可变电容器系统的顶视图;
图6B是根据本文所述主题的实施例的、具有两套悬臂梁式可变电容器和馈电线的MEMS可变电容器系统的顶视图;
图6C是根据本文所述主题的实施例的、具有两套悬臂梁式可变电容器和馈电线的另一MEMS可变电容器系统的顶视图;
图7是根据本文所述主题的实施例的、具有MEMS可变电容器和馈电线的MEMS可变电容器系统的顶视图;
图8A是根据本文所述主题的实施例的、具有MEMS可变电容器和馈电线的MEMS可变电容器系统的顶视图;
图8B是根据本文所述主题的实施例的、具有MEMS可变电容器和馈电线的MEMS可变电容器系统的顶视图;
图9是根据本文所述主题的实施例的、具有MEMS可变电容器和馈电线的MEMS可变电容器系统的顶视图;
图10是根据本文所述主题的实施例的、具有MEMS可变电容器和馈电线的MEMS可变电容器系统的顶视图;
图11是根据本文所述主题的实施例的、具有MEMS可变电容器和馈电线的MEMS可变电容器系统的顶视图;
图12是根据本文所述主题的实施例的、具有MEMS可变电容器和馈电线的MEMS可变电容器系统的顶视图;
图13是根据本文所述主题的实施例的、具有MEMS可变电容器和馈电线的MEMS可变电容器系统的顶视图;
图14是根据本文所述主题的实施例的、具有MEMS可变电容器和馈电线的MEMS可变电容器系统的顶视图;
图15是根据本文所述主题的实施例的、具有MEMS可变电容器和馈电线的MEMS可变电容器系统的顶视图;
图16A和图16B分别是根据本文所述主题的实施例的、具有屏蔽的MEMS可变电容器的顶视图和透视图;
图16C是根据本文所述主题的实施例的、具有轮廓状屏蔽的MEMS可变电容器的透视图;
图17A-17E是示出了图5所示电容器系统的仿真结果的曲线图;
图18A-18D是示出了图6所示电容器系统的仿真结果的曲线图;
图19A-19E是示出了图7所示电容器系统的仿真结果的曲线图;
图20是示出了图11所示电容器系统的仿真结果的曲线图;
图21是示出了图15所示电容器系统的仿真结果的曲线图;
图22是示出了图12所示电容器系统的仿真结果的曲线图;
图23A和图23B是示出了图13所示电容器系统的仿真结果的曲线图;以及
图24是示出了图14所示电容器系统的仿真结果的曲线图。
具体实施方式
根据本公开,提供了MEMS可变电容器、激励部件和相关方法。本文所述的MEMS可变电容器、激励部件和方法在用于各种大容量通信应用的MEMSRF装置、系统和方法上具有特定应用。可以将本文所述的主题用于减小介电损耗、改善Q、改善电容比以及改善衬底与电路的隔离。
MEMS可变电容器和激励部件
在一个实施例中,MEMS激励部件或可变电容器可以包括间隔开的第一激励电极和第二激励电极,其中至少一个激励电极可以相对于另一个激励电极移动。此外,MEMS激励部件或可变电容器可以包括附着于至少一个激励电极的可移动部件。可移动部件可以包括可动端和固定端。当在第一激励电极和第二激励电极之间施加电压时,可动端可以移动,其中固定端包括至少两个弹性臂,用于在施加电压时阻碍可动端的运动。弹性臂的一个示范性优点在于,由于在施加电压时可动端的运动阻力得到加强的控制,因此可以减小“吸附”电压。
图1A-1F示出了根据本文所述主题的一个实施例的MEMS可变电容的不同视图,该MEMS可变电容器被总体表示为100。除了为可变电容器之外,这里所示和所述的MEMS可变电容器还可以一般性地是无电容功能的MEMS激励部件。在任何产生运动的适当应用中,都可以使用这种MEMS激励部件。图1A-2代表“悬臂梁式”可变电容器。通常,悬臂梁式可变电容器包括具有单个固定端的可移动部件,并且可移动部件围绕该单个固定端移动。
图1A是处于闭合位置的可变电容器100的截面正视图。参考图1A,可变电容器100可以包括设置于电介质层DE表面上的第一电容元件和第二电容元件CE1和CE2。可以将电容元件CE1和CE2分别连接到馈电线FL1和FL2。在一个范例中,这里所述的电容元件可以是沿着电介质层DE的顶表面延伸的馈电线。或者,电容元件可以是形状和尺寸适于与另一邻近导电材料形成电容的电容板或任何其他适当导电材料。这里所述的馈电线可以为大约10μm到大约200μm宽或者它可以为任何其他的适当尺寸。此外,这里所述的馈电线可以间隔大约5μm到大约50μm或任何其他适当间隔。
馈电线FL1和FL2可以连接到信号线SL。第一电容板CP1可以位于气隙AG的与电容元件CE1和CE2相对的一侧上,以形成跨馈电线FL1和FL2的电容。在闭合位置下,第一电容板CP1可以与电容元件CE1和CE2间隔距离d1。电容板CP1和电容元件CE1和CE2之间的距离例如可以为0.5到4微米左右。图1B是处于打开位置的可变电容器100的截面正视图,其中第一电容板CP1可以与电容元件CE1和CE2间隔距离d2。可变电容器100可以包括凸块B,以防止电容板CP1与电容元件CE1和/或CE2接触。凸块可以为任意数量,并且凸块可以设置于可移动部件底表面上的任何适当位置,以防止部件发生不希望出现的接触。在一个范例中,凸块可以位于电容板附近。在另一个范例中,凸块可以位于激励电极附近。
在一个实施例中,可变电容器100不包括如图1A-1C所示的凸块B。在这种实施例中,激励电极AE2和AE3可以接触。激励电极AE2和AE3的接触表面中的一个或两个可以包括电介质(或其他适当的绝缘体),以防止激励电极AE2和AE3之间的电传导(短路)。这可以有利于(例如)获得最大值的电容器。
图1C是可变电容器100的顶部透视图。参考图1C,可以通过在激励电极AE1和AE2之间施加变化的电压来改变可变电容器100的电容。当在激励电极AE1和AE2之间施加电压时,可移动部件MC的可动端ME可以向衬底S偏转,而固定端SE由于附着于电介质DE和衬底S而保持固定。偏转的结果是,电容板CP1和CP2与电容元件CE1和CE2之间的距离变窄,因此,电容发生变化。可变电容器100还可以包括另一激励电极(未示出),该激励电极位于可移动部件MC的与激励电极AE1相对的一侧上并电连接到激励电极AE1,用于在施加电压时向衬底S偏转可动端ME。这种操作将在一定范围的激励电压下持续,然后,在实现“吸合(pull-in)”时发生不连续跳变,即变为更大电容。两种模式的工作都是有利的。
在一个实施例中,可以将可变电容器100制造在衬底S和电介质DE上。具体而言,例如,馈电线FE1和FE2可以掩埋在衬底S和/或电介质DE之内并包括延伸到电介质DE表面上的端部。可以在电介质DE的顶表面和馈电线FL1和FL2的端部上沉积导电层。可以蚀刻导电层以分别在馈电线FL1和FL2的端部上形成电容元件CE1和CE2。此外,可以蚀刻导电层以形成激励电极AE2。或者,可以通过本领域技术人员公知的剥离或其他构图工艺来形成激励电极AE2。
可以在电容元件CE1和CE2以及电介质DE上沉积牺牲层。接下来,可以在牺牲层中蚀刻孔A1和A2,一直蚀刻到电介质DE的表面。可以通过在电容板CP1、牺牲层上以及在直到电介质DE表面的孔A1和A2中沉积氧化层来形成可移动部件MC。可以除去牺牲层以在电容板CP1和电容元件CE1和CE2之间形成气隙。可以改变气隙来获得不同的电容。此外,可以在可移动部件MC上形成导电层并蚀刻该导电层以形成第二电容板CP2。用于激励电极AE1和AE2的示范性材料包括金属、半金属、掺杂半导体及它们的组合。用于可移动部件MC的示范性材料包括硅、氧化铝、未掺杂半导体、聚合物、金属、半金属、掺杂半导体及它们的组合。
图1D是可变电容器100的顶视图。固定端SE包括弹性臂RA1和RA2,当在激励电极之间施加电压时,其能够弯折和抵抗可动端ME向衬底S的偏转。凹口部分N在弹性臂RA1和RA2之间设置了间隔。可以变化弹性臂RA1和RA2的厚度以增强或减弱它们对可动端ME偏转的阻力。此外,可以将弹性臂RA1和RA2的长度做得更长或更短,以分别增强或减弱它们对可动端ME偏转的阻力。弹性臂RA1和RA2可以具有至少一个预定大小和尺寸,以对可动端的运动提供预定阻力,使得当在第一激励电极AE1和第二激励电极AE2之间施加预定电压时,可动端与衬底S相距预定距离。在一个实施例中,弹性臂RA1和RA2基本相互平行。此外,弹性臂RA1和RA2可以具有至少一个预定大小和尺寸,以对可动端ME的运动提供预定阻力,使得当在第一激励电极AE1和第二激励电极AE2之间施加预定电压时,电容板CP1和CP2与电容元件CE1和CE2相距预定距离。
图1E是MEMS可变电容器100的侧视图。可变电容器100可以包括与激励电极AE1电连通的激励电极AE3。可以在第二激励电极AE2和第一/第三激励电极AE1/AE3之间施加电压以移动可移动部件MC。
图1F是MEMS可变电容器100的另一顶视图。在该视图中,现在示出了激励电极AE1和电容板CP2,以便更好地展示附着于可移动部件MC下侧的激励电极AE3和电容板CP1(由虚线表示)。激励电极AE3和电容板CP1可以电连接。
图2是根据本文所述主题的一个实施例的MEMS可变电容器的顶部透视图,该MEMS可变电容器被总体表示为200。参考图2,除了电容元件CE1和CE2和电容板CP1和CP2的布置以外,可变电容器200类似于图1中所示的可变电容器100。具体而言,可以沿着可移动部件的长度方向将电容元件CE1和CE2彼此对准。此外,电容板CP1(未示出)和CP2可以沿长度方向延伸,使得它们位于电容元件CE1和CE2的上方。
在一个实施例中,MEMS可变电容器或激励部件可以包括间隔开的第一激励电极和第二激励电极。至少一个激励电极可以相对于另一激励电极移动。可移动部件可以附着于第一激励电极。可移动部件可以包括可动部分、第一固定端和第二固定端。在向第一激励电极和第二激励电极施加电压时,可动部分可以移动。这些固定端可以均包括至少两个弹性臂,以在施加电压时阻碍可移动部件的移动。
图3A-3C示出了根据本文所述主题的一个实施例的MEMS可变电容器的不同视图,该可变电容器被总体表示为300。图3A和图3B表示“桥式”可变电容器。通常,桥式可变电容器包括具有至少两个固定端的可移动部件,该可移动部件的可动部分绕固定端运动。
图3A是可变电容器300的截面侧视图。参考图3A,可变电容器300可以包括设置于衬底S表面上的第一电容元件和第二电容元件CE1和CE2。可以将电容元件CE1和CE2分别连接到馈电线FL1和FL2。馈电线FL1和FL2可以连接到信号线SL。第一电容板CP1可以位于气隙AG的与电容元件CE1和CE2相对的一侧上,以形成跨馈电线FL1和FL2的电容。
可以通过在激励电极之间施加变化的电压来改变可变电容器300的电容。具体而言,电容器300可以包括设置于可移动部件上的激励电极AE1、AE2、AE3和AE4。此外,可以在衬底S的顶表面上设置激励电极AE5和AE6。可以在激励电极AE5和AE1和AE2之间施加电压差。此外,可以在激励电极AE6和AE3和AE4之间施加电压差。在充分高的电压差下,可移动部件MC的中心部分(电容板CP1和CP2所附着的部分)可以向衬底S偏转,而固定端SE1和SE2由于附着于衬底S而保持固定。偏转的结果是,电容板CP1和CP2与电容元件CE1和CE2之间的距离变窄,因此,电容发生变化。在大于阈值电压处发生吸合,使得电容器的值跳变且变为稳定状态。
在一个实施例中,可以将可变电容器300制造在衬底S上。具体而言,例如,馈电线FL1和FL2可以掩埋在衬底S之内并包括延伸到衬底S表面的端部。可以在衬底S的顶表面和馈电线FL1和FL2的端部上沉积导电层。可以蚀刻导电层以分别在馈电线FL1和FL2的端部上形成电容元件CE1和CE2。此外,可以蚀刻导电层以形成激励电极AE5和AE6。
可以在电容元件CE1和CE2、衬底S和激励电极AE5和AE6上沉积牺牲层。接下来,可以在牺牲层中蚀刻孔,一直蚀刻到衬底S的表面。可以通过在电容板CP1和CP2、牺牲层、激励电极AE5和AE6上以及在直到衬底S的表面的孔A1和A2中沉积氧化层,来形成可移动部件MC。可以除去牺牲层以在电容板CP1和CP2与电容元件CE1和CE2之间形成气隙。可以变化气隙以实现不同的电容。此外,可以在可移动部件MC上形成导电层并蚀刻该导电层以形成第二电容板CP2。
图3B是可变电容器300的顶视图。可变电容器300可以包括固定端SE1和SE2。固定端SE1和SE2均包括弹性臂RA1和RA2,当在激励电极之间施加电压时,其能够弯折和抵抗可动端ME向衬底S的偏转。凹口部分N在弹性臂RA1和RA2之间提供了间隔。可以改变弹性臂RA1和RA2的厚度以增强或减弱它们对可动端ME偏转的阻力。此外,可以将弹性臂RA1和RA2的长度做得更长或更短,以分别增强或减弱它们对可动端ME偏转的阻力。弹性臂RA1和RA2可以具有至少一个预定大小和尺寸,以对可动部分MP的运动提供预定阻力,使得当在激励电极之间施加预定电压时,电容板CP1和CP2与电容元件CE1和CE2相距预定距离。图3C是MEMS可变电容器300的透视图。
在一个实施例中,多个上述MEMS可变电容器可以与基本平行的馈电线间隔开,以使馈电线之间的电容在预定电容范围内变化。这种布置能够使实施可变电容器所需的衬底表面面积减小。具体而言,根据本文所述主题的MEMS可变电容器可以包括基本彼此平行延伸的第一馈电线和第二馈电线。此外,MEMS可变电容器可以包括与第一馈电线和第二馈电线间隔开的第一电容板和第二电容板。第一电容板和第二电容板可以相对于第一馈电线和第二馈电线中的至少一个单独移动,以在预定电容范围内改变第一馈电线和第二馈电线之间的电容。
MEMS可变电容器和可变电容器系统
在一个实施例中,MEMS可变电容器可以包括基本彼此平行延伸的第一馈电线和第二馈电线。该可变电容器还可以包括与第一馈电线和第二馈电线间隔开的第一电容板和第二电容板。第一电容板和第二电容板可以相对于第一馈电线和第二馈电线中的至少一个单独移动,以在预定电容范围内改变第一馈电线和第二馈电线之间的电容。
包括最大数量的电容元件,同时使其馈电网络的长度最小是有利的,以便减小馈电电阻并使给定电容的Q最大。利用给定数量的MEMS可变电容来获得期望的电容范围,同时使获得期望电容范围所需的馈电线和馈电焊盘的数量/量最小化也是有利的,以便使面积利用率最大并使寄生电容最小。这是下文提供的范例中的一个示范性目的。
图4是根据本文所述主题的实施例的、具有基本彼此平行延伸的馈电线的MEMS可变电容器的顶视图,用400总体上表示该MEMS可变电容器。参考图4,可变电容器400可以包括基本彼此平行延伸的馈电线FL1和FL2。在该范例中,馈电线FL1和FL2分别附着于衬底的顶表面SS上的焊盘P1和P2。馈电线FL1和FL2可以位于衬底表面SS上或可以全部或部分地掩埋在衬底表面SS之下。馈电焊盘P1和P2可以连接到信号线。
可变电容器400可以包括至少在基本垂直于衬底表面SS的方向上与馈电线FL1和FL2间隔开的多个电容板CP1、CP2、CP3和CP4。电容板CP1、CP2、CP3和CP4可以相对于馈电线FL1和FL2中的至少一个单独移动,以在预定电容范围内改变馈电线FL1和FL2之间的电容。具体而言,通过分别激励可变电容器VC1、VC2、VC3和VC4可以使电容板CP1、CP2、CP3和CP4在基本垂直于衬底表面SS的方向上单独移动。
在图4中,有四个可变电容器VC1、VC2、VC3和VC4。或者,跨越馈电线FL1和FL2可以有任意适当数量的可变电容器(例如1或2个可变电容器)。可以根据可变电容器的尺寸减小或加长馈电线长度,以便使所有部件所需的面积最小化。
可变电容器VC1、VC2、VC3和VC4可以类似于图2所示的激励部件200。具体而言,可变电容器VC1、VC2、VC3和VC4可以分别包括激励电极AE1、AE2、AE3和AE4以及附着到衬底表面SS的相应激励电极。可以通过分别在激励电极AE1、AE2、AE3和AE4以及附着于衬底表面SS的相应激励电极之间施加电压来实现可变电容器VC1、VC2、VC3和VC4的运动。通过控制可变电容器VC1、VC2、VC3和VC4的运动,可以使电容板CP1、CP2、CP3和CP4相对于馈电线FL1和FL2中的至少一个单独移动,从而在预定电容范围内改变馈电线FL1和FL2之间的电容。
在一个实施例中,可以用图3所示的可变电容器300替代可变电容器VC1、VC2、VC3和VC4中的每个。在本实施例中,可变电容器300可以在馈电线FL1和FL2上方形成“桥”,使得电容板CP1和CP2位于馈电线FL1和FL2的上方。通过控制可变电容器的移动,电容板CP1和CP2可以相对于馈电线FL1和FL2移动,从而在预定电容范围内改变馈电线FL1和FL2之间的电容。
在一个实施例中,MEMS可变电容器系统可以包括连接到交替的馈电焊盘的上述可变电容器。这种布置能够使实现可变电容器所需的衬底表面面积减小。根据本文所述主题的实施例的MEMS可变电容器系统可以包括间隔开的第一馈电焊盘、第二馈电焊盘和第三馈电焊盘。在一个范例中,可以将馈电焊盘沿衬底表面大致排列成直线。此外,MEMS可变电容器和馈电线可以位于馈电焊盘之间。
第一馈电线可以连接到第一馈电焊盘并向第二馈电焊盘延伸。第二馈电线可以连接到第二馈电焊盘并向第二馈电焊盘延伸。第三馈电线和第四馈电线可以连接到第三馈电焊盘并分别向第一馈电焊盘和第二馈电焊盘延伸。第一电容板可以与第一馈电线和第三馈电线间隔开。第一电容板可以相对于第一馈电线和第三馈电线中的至少一个移动,以在预定电容范围内改变第一馈电线和第三馈电线之间的电容。第二电容板可以与第二馈电线和第四馈电线间隔开。第二电容板可以相对于第二馈电线和第四馈电线中的至少一个移动,以在第二预定电容范围内改变第二馈电线和第四馈电线之间的电容。在一个范例中,本文所述的MEMS可变电容器可以连接到电容板,以相对于至少一个馈电线移动该电容板。
在一个实施例中,MEMS可变电容器系统可以包括间隔开的第一馈电焊盘、第二馈电焊盘和第三馈电焊盘。第一馈电线可以连接到第一馈电焊盘并向第三馈电焊盘延伸。第二馈电线可以连接到第二馈电焊盘并向第三馈电焊盘延伸。第三馈电线和第四馈电线连接到第三馈电焊盘并分别向第一馈电焊盘和第二馈电焊盘延伸。第一电容板可以与第一馈电线和第三馈电线间隔开。第一电容板可以相对于第一馈电线和第三馈电线中的至少一个移动,以在第一预定电容范围内改变第一馈电线和第三馈电线之间的电容。第二电容板可以与第二馈电线和第四馈电线间隔开。第二电容板可以相对于第二馈电线和第四馈电线中的至少一个移动,以在第二预定电容范围内改变第二馈电线和第四馈电线之间的电容。
图5是根据本文所述主题的实施例的、具有MEMS可变电容器和连接到交替的馈电焊盘的馈电线的MEMS可变电容器系统的顶视图,用500总体上表示该可变电容器系统。参考图5,系统500可以包括可变电容器502和504,其中每个可变电容器可以包括多个可变电容器300。每个可变电容器300可以包括激励电极AE1和AE2。可以在激励电极AE1和AE2和附着于衬底表面SS的相应可变电容器之间施加电压,以相对于衬底表面SS移动可变电容器300。
电容器500的电容板CP2可以与馈电线F1和F2隔开。在施加使可变电容器300运动的电压时,电容器500的电容板CP2可以相对于馈电线F1和F2中的至少一个运动,以在预定电容范围内改变馈电线FL1和FL2之间的电容。类似地,可以向电容器502的可变电容器300施加电压,以改变位于电容板CP2下方的馈电线FL3和FL4之间的电容。
系统500可以包括间隔开并连接到信号线的馈电焊盘PD1、PD2和PD3。具体而言,馈电焊盘PD1和PD2可以连接到信号线。馈电焊盘PD2和PD3可以连接到另一信号线。馈电线F1可以连接到馈电焊盘PD1并向馈电焊盘PD2延伸。馈电线F3可以连接到馈电焊盘PD3并向馈电焊盘PD2延伸。馈电线F2和F4可以连接到馈电焊盘PD2并分别向馈电焊盘PD1和PD3延伸。馈电线F1和F2可以基本彼此平行。馈电线F3和F4可以基本彼此平行。可以单个地控制可变电容器以选择性改变电容。
在一个实施例中,可以用图2所示的可变电容器200来替代每个可变电容器300。在本实施例中,可变电容器100的电容板CP2可以位于馈电线上方。通过控制可变电容器的移动,电容板CP2可以相对于相应的馈电线移动,从而在预定电容范围内改变馈电线之间的电容。可以单个地控制可变电容器以选择性改变电容。
单个元件的电容可以在1fF和10pF之间变化,用阵列来构造更大的总电容值。阵列中电容元件的值可以不用全都相同。例如,跨越一对馈电线的电容器头可以具有不同的宽度。利用电容器适当调节激励器可以产生相同的激励电压,但不同的电容器头宽度可以提供不同的电容。例如,电容值的二进制序列可能是有利的,其中电容器头宽度正比于2的幂变化。电容器电极在任一方向上具有1微米到200微米的尺寸。可以用诸如金属或半金属之类的高度导电材料制作电极。可以结合电容器电极确定馈电线宽度,以确定电容,并且该宽度可以在5微米和200微米之间。将馈电线长度设置成为向阵列中的所有电容器馈电所需要的最小长度。随着将更多元件增加到由一组焊盘馈电的给定阵列中,Q将降低。在每个焊盘一个MEMS电容器的另一极端情况下,焊盘的寄生效应将限制性能。于是,每组焊盘都有最佳数量的MEMS元件,该数量与设计相关,但典型地为2到8个。注意:通过如附图中若干图所示那样并联多个阵列可以增加更多的元件。也可以对电容器阵列所连接的电路进行这种并联。激励器的工作电压在3V和150V之间,由于激励器面积利用率和容易得到的商用CMOS控制电路的电压容量之间的平衡,工作电压值优选在40V左右。
图6A是根据本文所述主题的实施例的、具有MEMS可变电容器和馈电线的MEMS可变电容器系统的顶视图,用600总体上表示该可变电容器系统。参考图6A,系统600可以包括多个可变电容器,这些可变电容器总体上由602、604和606表示。可变电容器602可以包括位于馈电线FL1、FL2、FL3和FL4上方的可变电容器VC1、VC2、VC3和VC4。具体而言,可变电容器VC1和VC2的电容板CP可以设置于馈电线FL1和FL3上方。此外,可变电容器VC3和VC4的电容板CP可以设置于馈电线FL2和FL4上方。电容板可以至少在基本垂直于衬底表面SS的方向上与馈电线间隔开。馈电线FL1和FL2可以连接到馈电焊盘P1。馈电线FL3和FL4可以连接到馈电焊盘P2。馈电焊盘P1和P2可以连接到信号线。通过向可变电容器施加电压以使可变电容器运动,可以单独移动电容板,从而选择性地改变馈电线FL1和FL3以及馈电线FL2和FL4之间的电容。
可变电容器604可以包括可变电容器VC5和VC6,该可变电容器VC5和VC6具有位于馈电线FL5和FL6上方的电容板CP。通过向可变电容器VC5和VC6施加电压以使部件VC5和VC6运动,可以单独移动可变电容器VC5和VC6的电容板CP,从而选择性地改变馈电线FL5和FL6之间的电容。馈电线FL5和FL6可以分别连接到馈电焊盘P3和P4。馈电焊盘P3和P4可以连接到信号线。
可变电容器606可以包括可变电容器VC7和VC8,该可变电容器VC7和VC8具有位于馈电线FL7和FL8上方的电容板CP。通过向可变电容器VC7和VC8施加电压以使部件VC7和VC8运动,可以单独移动可变电容器VC7和VC8的电容板CP,从而选择性地改变馈电线FL7和FL8之间的电容。馈电线FL7和FL8可以分别连接到馈电焊盘P5和P6。馈电焊盘P5和P6可以连接到信号线。
如上所述,为了使给定电容的Q最大,与馈电网络的长度相比包括最大数量的电容元件可能是有利的。在修改参考图6A所述的实施例以提供“2比特”可变电容器的范例中,可变电容器可以仅包括可变电容器VC2和VC3、仅在可变电容器VC2和VC3下方延伸到可变电容器的外边缘的馈电线FL1-FL4、以及馈电焊盘P1和P2。可以对可变电容器VC2和VC3进行可控激励,以提供“2比特”可变电容器。在该范例中,为了在给定电容范围内使Q最大化,提供了与其馈电网络相比数量最大的电容元件(即,2个)。
在该范例中,可变电容器是如图3A和图3B所示的“桥式”可变电容器。或者,可变电容器可以是如图2所示的“悬臂梁式”可变电容器。图6B是根据本文所述主题的实施例的、具有两套悬臂梁式可变电容器和馈电线的MEMS可变电容器系统的顶视图,用608总体上表示该可变电容器系统。参考图6B,系统608可以包括多个可变电容器,所述多个可变电容器具有多个悬臂梁式可变电容器200,并且所述多个可变电容器总体上由610、612、614、616、618和620表示。可变电容器200可以包括电容板CP。可变电容器610和612共享公共馈电焊盘PD1。可变电容器614和616共享公共馈电焊盘PD2。可变电容器618和620可以共享公共馈电焊盘PD3。
可变电容器610的可变电容器200可以位于馈电线FL1和FL2上方。馈电线FL1可以连接到馈电焊盘PD4。馈电焊盘PD1和PD4可以连接到信号线,可以单独激励电容器610的可变电容器200以改变馈电线FL1和FL2之间的电容。
可变电容器612的可变电容器200可以位于馈电线FL3和FL4上方。馈电线FL3和FL4可以分别连接到馈电焊盘PD1和PD5。馈电焊盘PD1和PD5可以连接到信号线。可以单独地激励电容器612的可变电容器200以改变馈电线FL3和FL4之间的电容。
可变电容器614的可变电容器200可以位于馈电线FL6、FL7、FL8和FL9上方。馈电线FL6和FL7可以连接到馈电焊盘PD6。馈电线FL8和FL9可以连接到馈电焊盘PD2。馈电焊盘PD2和PD6可以连接到信号线。可以单独地激励电容器614的可变电容器200以改变馈电线FL6/FL7和FL8/FL9之间的电容。
可变电容器616的可变电容器200可以位于馈电线FL10、FL11、FL12和FL13上方。馈电线FL10和FL11可以连接到馈电焊盘P2。馈电线FL12和FL13可以连接到馈电焊盘PD7。馈电焊盘PD2和PD7可以连接到信号线。可以单独地激励电容器616的可变电容器200以改变馈电线FL10/FL11和FL12/FL13之间的电容。
可变电容器618的可变电容器200可以位于馈电线FL14和FL15上方。馈电线FL14可以连接到馈电焊盘PD8。馈电线FL15可以连接到馈电焊盘PD3。馈电焊盘PD3和PD8可以连接到信号线。可以单独地激励电容器618的可变电容器200以改变馈电线FL14和FL15之间的电容。
可变电容器620的可变电容器200可以位于馈电线FL16和FL17上方。馈电线FL16可以连接到馈电焊盘PD3。馈电线FL17可以连接到馈电焊盘PD9。馈电焊盘PD3和PD9可以连接到信号线。可以单独地激励电容器620的可变电容器200以改变馈电线FL16和FL17之间的电容。
图6B是根据本文所述主题的实施例的、具有两套悬臂梁式可变电容器和馈电线的另一MEMS可变电容器系统的顶视图。如图所示,该系统类似于图6B中所示的系统,只是在可变电容器VC1和VC6之间未连接馈电线。此外,如图所示,在可变电容器VC4和VC7之间未连接馈电线。在该范例中,位于相应馈电线上方的可变电容器可以一起充当单个电容器,以实现在相应馈电焊盘处的电容变化。此外,可以在衬底中这些部件下方提供屏蔽材料(如以下参考图16A-16C的范例所述),以提供下文所述的屏蔽功能。
在一个实施例中,MEMS可变电容器系统可以包括被多个其他馈电线包围的公共馈电线,用于改变公共馈电线与其他馈电线之间的电容。具体而言,根据本文所述的主题的一个实施例的MEMS可变电容器可以包括位于第一界定区域上的第一馈电线。可以在多个第二界定区域上设置多个第二馈电线,所述多个第二界定区域可以至少基本包围第一界定区域。可以将多个电容板中的每一个与第一馈电线间隔开。此外,可以将电容板中的每一个与第二馈电线中的相应一个间隔开。每个电容板都可以相对于第一馈电线和这些第二馈电线中的相应一个第二馈电线单独移动,以在预定电容范围内改变第一馈电线与这些第二馈电线中的相应一个第二馈电线之间的电容。
在一个实施例中,MEMS可变电容器可以包括位于第一界定区域上的第一馈电线。可以在多个第二界定区域上设置多个第二馈电线,所述多个第二界定区域基本包围第一界定区域。可以将多个电容板中的每一个与第一馈电线间隔开。此外,可以将电容板中的每一个与第二馈电线中的相应一个第二馈电线间隔开。每个电容板都可以相对于第一馈电线和这些第二馈电线中的相应一个第二馈电线单独移动,以在预定电容范围内改变第一馈电线和这些第二馈电线中的相应一个第二馈电线之间的电容。
图7是根据本文所述主题的实施例的、具有MEMS可变电容器和馈电线的MEMS可变电容器系统的顶视图,用700总体上表示该可变电容器系统。参考图7,系统700可以包括总体上被表示为702、704、706和708的可变电容器。可变电容器系统700可以包括位于馈电线FL1-FL9上方的悬臂梁式可变电容器710-732。具体而言,可变电容器710的电容板CP位于馈电线FL2和FL9上方。可变电容器712和714的电容板CP位于馈电线FL1和FL9上方。电容板可以至少在基本垂直于衬底表面SS的方向上与馈电线间隔开。馈电线FL9可以连接到馈电焊盘P1。馈电线FL1和FL2可以连接到馈电焊盘P2。馈电焊盘P1和P2可以连接到信号线。通过向可变电容器710、712和714施加电压以使可变电容器运动,可以单独移动电容板,从而选择性地改变馈电线FL1和FL9以及馈电线FL2和FL9之间的电容。
可变电容器704可以包括可变电容器716、718和720,所述可变电容器716、718和720具有位于馈电线FL3、FL4和FL9上方的电容板CP。通过向可变电容器716、718和720施加电压以使部件716、718和720移动,可以单独移动可变电容器716、718和720的电容板CP,以便选择性地改变馈电线FL9和馈电线FL3和FL4之间的电容。馈电线FL3和FL4可以连接到馈电焊盘P3。馈电焊盘P1和P3可以连接到信号线。
可变电容器706可以包括可变电容器722、724和726,所述可变电容器722、724和726具有位于馈电线FL5、FL6和FL9上方的电容板CP。通过向可变电容器722、724和726施加电压以使部件722、724和726运动,可以单独移动可变电容器722、724和726的电容板CP,以便选择性地改变馈电线FL9和馈电线FL5和FL6之间的电容。馈电线FL5和FL6可以连接到馈电焊盘P4。馈电焊盘P1和P4可以连接到信号线。
可变电容器708可以包括可变电容器728、730和732,所述可变电容器728、730和732具有位于馈电线FL7、FL8和FL9上方的电容板CP。通过向可变电容器728、730和732施加电压以使部件728、730和732运动,可以单独移动可变电容器728、730和732的电容板CP,从而选择性地改变馈电线FL9和馈电线FL7和FL8之间的电容。馈电线FL7和FL8可以连接到馈电焊盘P5。馈电焊盘P1和P5可以连接到信号线。
在系统700的范例中,馈电线FL9位于衬底表面SS的界定区域上。馈电线FL1-FL8位于衬底表面SS的多个其他界定区域上。馈电线FL1-FL8的界定区域可以至少基本包围馈电线FL9的界定区域。如上所述,电容器板CP与馈电线FL1-FL9间隔开。可以相对于馈电线单独移动电容器板CP,以如上所述在预定电容范围内改变馈电线FL9和其他馈电线之间的电容。
图8A是根据本文所述主题的实施例的、具有MEMS可变电容器和馈电线的MEMS可变电容器系统的顶视图,用800总体上表示可变电容器系统。参考图8A,系统800可以包括总体上被表示为802、804、806和808的可变电容器。系统800可以包括位于馈电线FL1-FL9上的悬臂梁式可变电容器810-824。具体而言,可变电容器810的电容板CP位于馈电线FL2和FL9上方。可变电容器812的电容板CP位于馈电线FL1和FL9上方。电容板可以至少在基本垂直于衬底表面SS的方向上与馈电线间隔开。馈电线FL9可以连接到馈电焊盘P1。馈电线FL1和FL2可以连接到馈电焊盘P2。馈电焊盘P1和P2可以连接到信号线。通过向可变电容器810和812施加电压以使可变电容器运动,可以单独移动电容板,从而可以选择性地改变馈电线FL1和FL9以及馈电线FL2和FL9之间的电容。
可变电容器804可以包括可变电容器814和816,所述可变电容器814和816具有位于馈电线FL3、FL4和FL9上方的电容板CP。通过向可变电容器814和816施加电压以使部件814和816运动,可以单独移动可变电容器814和816的电容板CP,从而选择性地改变馈电线FL9和馈电线FL3和FL4之间的电容。馈电线FL3和FL4可以连接到馈电焊盘P3。馈电焊盘P1和P3可以连接到信号线。
可变电容器806可以包括可变电容器818和820,所述可变电容器818和820具有位于馈电线FL5、FL6和FL9上方的电容板CP。通过向可变电容器818和820施加电压以使部件819和820运动,可以单独移动可变电容器818和820的电容板CP,从而选择性地改变馈电线FL9和馈电线FL5和FL6之间的电容。馈电线FL5和FL6可以连接到馈电焊盘P4。馈电焊盘P1和P4可以连接到信号线。
可变电容器808可以包括可变电容器822和824,所述可变电容器822和824具有位于馈电线FL7、FL8和FL9上方的电容板CP。通过向可变电容器822和824施加电压以使部件822和824运动,可以单独移动可变电容器822和824的电容板CP,从而选择性地改变馈电线FL9和馈电线FL7和FL8之间的电容。馈电线FL7和FL8可以连接到馈电焊盘P5。馈电焊盘P1和P5可以连接到信号线。
在系统800的范例中,馈电线FL9位于衬底表面SS的界定区域上。馈电线FL1-FL8位于衬底表面SS的多个其他界定区域上。馈电线FL1-FL8的界定区域基本包围馈电线FL9的界定区域。如上所述,电容器板CP与馈电线FL1-FL9间隔开。可以相对于馈电线单独移动电容器板CP,以如上所述在预定电容范围内改变馈电线FL9和其他馈电线之间的电容。
图8B是根据本文所述主题的实施例的、具有MEMS可变电容器和馈电线的MEMS可变电容器系统的顶视图,用826总体上表示该可变电容器系统。除了图8B中的馈电线FL9所覆盖的衬底表面区域较小以外,系统826可以类似于图8A所示的系统800。
图9是根据本文所述主题的实施例的、具有MEMS可变电容器和馈电线的MEMS可变电容器系统的顶视图,用900总体上表示该MEMS可变电容器系统。参考图9,系统900可以包括总体上被表示为902、904、906和908的可变电容器。系统900可以包括位于馈电线FL1-FL4上方的悬臂梁式可变电容器910和912。具体而言,可变电容器910的电容板CP可以位于馈电线FL1和FL3上方。可变电容器912的电容板CP可以位于馈电线FL2和FL4上方。电容板可以至少在基本垂直于衬底表面SS的方向上与馈电线间隔开。馈电线FL1和FL2可以连接到馈电焊盘P1。馈电线FL3和FL4可以连接到馈电焊盘P2。馈电焊盘P1和P2可以连接到信号线。通过向可变电容器910和912施加电压以使可变电容器运动,可以单独移动电容板,从而可以选择性地改变馈电线FL1/FL2和馈电线FL3/FL4之间的电容。
可变电容器904可以包括可变电容器914和916,所述可变电容器914和916具有位于馈电线FL4-FL7上方的电容板CP。通过向可变电容器914和916施加电压以使部件914和916运动,可以单独移动可变电容器914和916的电容板CP,从而选择性地改变馈电线FL4/FL5和馈电线FL6/FL7之间的电容。馈电线FL5和FL6可以连接到馈电焊盘P3。馈电焊盘P2和P3可以连接到信号线。
可变电容器906可以包括可变电容器918和920,所述可变电容器918和920具有位于馈电线FL3、FL8、FL9和FL10上方的电容板CP。通过向可变电容器918和920施加电压以使部件918和920运动,可以单独移动可变电容器918和920的电容板CP,从而选择性地改变馈电线FL3/FL8和馈电线FL9/FL10之间的电容。馈电线FL8和FL9可以连接到馈电焊盘P4。馈电线FL3和FL10可以连接到馈电焊盘P2。馈电焊盘P2和P4可以连接到信号线。
可变电容器908可以包括可变电容器914和916,所述可变电容器914和916具有位于馈电线FL4-FL7上方的电容板CP。通过向可变电容器914和916施加电压以使部件914和916运动,可以单独移动可变电容器914和916的电容板CP,从而选择性地改变馈电线FL4/FL5和馈电线FL6/FL7之间的电容。馈电线FL5和FL6可以连接到馈电焊盘P3。馈电焊盘P2和P3可以连接到信号线。
图10是根据本文所述主题的实施例的、具有MEMS可变电容器和馈电线的MEMS可变电容器系统的顶视图,用1000总体上表示该MEMS可变电容器系统。参考图10,系统1000可以包括总体上被表示为1002、1004、1006和1008的可变电容器。电容器1002可以包括位于馈电线FL1和FL2上方的悬臂梁式可变电容器1010和1012。具体而言,可变电容器1010的电容板CP可以设置于馈电线FL1和FL2上方。可变电容器1012的电容板CP可以位于馈电线FL1和FL2上方。电容板可以至少在基本垂直于衬底表面SS的方向上与馈电线间隔开。馈电线FL1和FL2可以连接到馈电焊盘P1和P2。馈电焊盘P1和P2可以连接到信号线。通过向可变电容器1010和1012施加电压以使可变电容器运动,可以单独移动电容板,从而可以选择性地改变馈电线FL1和FL2之间的电容。
可变电容器1004可以包括可变电容器1014和1016,所述可变电容器1014和1016具有位于馈电线FL2和FL3上方的电容板CP。通过向可变电容器1014和1016施加电压以使部件1014和1016运动,可以单独移动可变电容器1014和1016的电容板CP,从而选择性地改变馈电线FL2和FL3之间的电容。馈电线FL3可以连接到馈电焊盘P3。馈电焊盘P2和P3可以连接到信号线。
可变电容器1006可以包括可变电容器1018和1020,所述可变电容器1018和1020具有位于馈电线FL2和FL3上方的电容板CP。通过向可变电容器1018和1020施加电压以使部件1018和1020运动,可以单独移动可变电容器1018和1020的电容板CP,从而选择性地改变馈电线FL2和FL3之间的电容。馈电线FL2和FL3可以连接到馈电焊盘P4。馈电焊盘P2和P4可以连接到信号线。
可变电容器1008可以包括可变电容器1022和1024,所述可变电容器1022和1024具有位于馈电线FL2和FL3上方的电容板CP。通过向可变电容器1022和1024施加电压以使部件1022和1024运动,可以单独移动可变电容器1022和1024的电容板CP,从而选择性地改变馈电线FL2和FL3之间的电容。馈电线FL2和FL3可以连接到馈电焊盘P5。馈电焊盘P2和P5可以连接到信号线。
图11是根据本文所述主题的实施例的、具有MEMS可变电容器和馈电线的MEMS可变电容器系统的顶视图,用1100总体上表示该MEMS可变电容器系统。参考图11,系统1100可以包括总体上被表示为1102和1104的可变电容器。电容器1102可以包括位于馈电线FL1-FL6上方的悬臂梁式可变电容器1106、1108、1110和1112。具体而言,可变电容器1106的电容板CP可以位于馈电线FL1和FL3上方。可变电容器1108的电容板CP可以位于馈电线FL1和FL4上方。可变电容器1110的电容板CP可以位于馈电线FL2和FL5上方。可变电容器1112的电容板CP可以位于馈电线FL2和FL6上方。电容板可以至少在基本垂直于衬底表面SS的方向上与馈电线间隔开。馈电线FL1和FL2可以连接到馈电焊盘P1。馈电线FL3-FL6可以连接到馈电焊盘P2。馈电焊盘P1和P2可以连接到信号线。通过向可变电容器1106-1112施加电压以使可变电容器运动,可以单独移动电容板,从而选择性地改变馈电焊盘P1和P2之间的电容。
可变电容器1104可以包括位于馈电线FL7-FL12上方的悬臂梁式可变电容器1114、1116、1118和1120。具体而言,可变电容器1114的电容板CP可以位于馈电线FL7和FL9上方。可变电容器1116的电容板CP位于馈电线FL7和FL40上方。可变电容器1118的电容板CP可以位于馈电线FL8和FL11上方。可变电容器1120的电容板CP可以位于馈电线FL8和FL12上方。电容板可以至少在基本垂直于衬底表面SS的方向上与馈电线间隔开。馈电线FL7和FL8可以连接到馈电焊盘P3。馈电线FL3-FL6可以连接到馈电焊盘P3。馈电焊盘P1和P3可以连接到信号线。通过向可变电容器1114-1120施加电压以使可变电容器运动,可以单独移动电容板,从而选择性地改变馈电焊盘P1和P3之间的电容。
图12是根据本文所述主题的实施例的、具有MEMS可变电容器和馈电线的MEMS可变电容器系统的顶视图,用1200总体上表示该MEMS可变电容器系统。参考图12,系统1200可以包括总体上被表示为1202、1204、1206和1208的悬臂梁式可变电容器。可变电容器1202可以包括位于馈电线FL1-FL4上方的可变电容器VC1和VC2。具体而言,可变电容器VC1的电容板CP可以设置于馈电线FL1和FL3上方。可变电容器VC2的电容板CP可以设置于馈电线FL2和FL4上方。电容板可以至少在基本垂直于衬底表面SS的方向上与馈电线间隔开。馈电线FL1和FL2可以连接到馈电焊盘P1。馈电线FL3和FL4可以连接到馈电焊盘P2。馈电焊盘P1和P2可以连接到信号线。通过向可变电容器施加电压以使可变电容器运动,可以单独移动电容板,从而选择性地改变馈电焊盘P1和P2之间的电容。
可变电容器1204可以包括位于馈电线FL3-FL6上方的可变电容器VC3和VC4。具体而言,可变电容器VC3的电容板CP可以设置于馈电线FL3和FL5上方。可变电容器VC4的电容板CP可以设置于馈电线FL4和FL6上方。电容板可以至少在基本垂直于衬底表面SS的方向上与馈电线间隔开。馈电线FL5和FL6可以连接到馈电焊盘P3。馈电焊盘P2和P3可以连接到信号线。通过向可变电容器施加电压以使可变电容器运动,可以单独移动电容板,从而选择性地改变馈电焊盘P2和P3之间的电容。
可变电容器1206可以包括位于馈电线FL5-FL8上方的可变电容器VC5和VC6。具体而言,可变电容器VC5的电容板CP可以设置于馈电线FL5和FL7上方。可变电容器VC7的电容板CP可以设置于馈电线FL6和FL8上方。电容板可以至少在基本垂直于衬底表面SS的方向上与馈电线间隔开。馈电线FL5和FL6可以连接到馈电焊盘P3。馈电线FL7和FL8可以连接到馈电焊盘P4。馈电焊盘P3和P4可以连接到信号线。通过向可变电容器施加电压以使可变电容器运动,可以单独移动电容板,从而选择性地改变馈电焊盘P3和P4之间的电容。
可变电容器1208可以包括位于馈电线FL7-FL10上方的可变电容器VC7和VC8。具体而言,可变电容器VC7的电容板CP可以设置于馈电线FL7和FL9上方。可变电容器VC8的电容板CP可以设置于馈电线FL8和FL10上方。电容板可以至少在基本垂直于衬底表面SS的方向上与馈电线间隔开。馈电线FL7和FL8可以连接到馈电焊盘P4。馈电线FL9和FL10可以连接到馈电焊盘P5。馈电焊盘P4和P5可以连接到信号线。通过向可变电容器施加电压以使可变电容器运动,可以单独移动电容板,从而选择性地改变馈电焊盘P4和P5之间的电容。
图13是根据本文所述主题的实施例的、具有MEMS可变电容器和馈电线的MEMS可变电容器系统的顶视图,用1300总体上表示该MEMS可变电容器系统。参考图13,系统1300可以包括总体上被表示为1302、1304、1306和1308的悬臂梁式可变电容器。可变电容器1302可以包括位于馈电线FL1-FL4上方的可变电容器VC1和VC2。具体而言,可变电容器VC1的电容板CP可以设置于馈电线FL1和FL3上方。可变电容器VC2的电容板CP可以设置于馈电线FL2和FL4上方。电容板可以至少在基本垂直于衬底表面SS的方向上与馈电线间隔开。馈电线FL1和FL2可以连接到馈电焊盘P1。馈电线FL3和FL4可以连接到馈电焊盘P2。馈电焊盘P1和P2可以连接到信号线。通过向可变电容器施加电压以使可变电容器运动,可以单独移动电容板,从而选择性地改变馈电焊盘P1和P2之间的电容。
可变电容器1304可以包括位于馈电线FL5-FL8上方的可变电容器VC3和VC4。具体而言,可变电容器VC3的电容板CP可以设置于馈电线FL5和FL7上方。可变电容器VC4的电容板CP可以设置于馈电线FL6和FL8上方。电容板可以至少在基本垂直于衬底表面SS的方向上与馈电线间隔开。馈电线FL5和FL6可以连接到馈电焊盘P2。馈电线FL7和FL8可以连接到馈电焊盘P3。馈电焊盘P2和P3可以连接到信号线。通过向可变电容器施加电压以使可变电容器运动,可以单独移动电容板,从而选择性地改变馈电焊盘P2和P3之间的电容。
可变电容器1306可以包括位于馈电线FL9-FL12上方的可变电容器VC5和VC6。具体而言,可变电容器VC5的电容板CP可以设置于馈电线FL9和FL11上方。可变电容器VC6的电容板CP可以设置于馈电线FL10和FL12上方。电容板可以至少在基本垂直于衬底表面SS的方向上与馈电线间隔开。馈电线FL9和FL10可以连接到馈电焊盘P3。馈电线FL11和FL12可以连接到馈电焊盘P4。馈电焊盘P3和P4可以连接到信号线。通过向可变电容器施加电压以使可变电容器运动,可以单独移动电容板,从而选择性地改变馈电焊盘P3和P4之间的电容。
可变电容器1308可以包括位于馈电线FL13-FL16上方的可变电容器VC7和VC8。具体而言,可变电容器VC7的电容板CP可以设置于馈电线FL13和FL15上方。可变电容器VC8的电容板CP可以设置于馈电线FL24和FL16上方。电容板可以至少在基本垂直于衬底表面SS的方向上与馈电线间隔开。馈电线FL13和FL14可以连接到馈电焊盘P4。馈电线FL15和FL16可以连接到馈电焊盘P5。馈电焊盘P4和P5可以连接到信号线。通过向可变电容器施加电压以使可变电容器运动,可以单独移动电容板,从而选择性地改变馈电焊盘P4和P5之间的电容。
图14是根据本文所述主题的实施例的、具有MEMS可变电容器和馈电线的MEMS可变电容器系统的顶视图,用1400总体上表示该MEMS可变电容器系统。参考图13,系统1400可以包括总体上被表示为1402、1404、1406和1408的悬臂梁式可变电容器。在本实施例中,电容板CP可以是梯形形状,并通过设置其来使可变电容器1402、1404、1406和1408覆盖的衬底表面面积最小。
可变电容器1402可以包括位于馈电线FL1-FL4上方的可变电容器VC1和VC2。具体而言,可变电容器VC1的电容板CP可以设置于馈电线FL1和FL3上方。可变电容器VC2的电容板CP可以设置于馈电线FL2和FL4上方。电容板可以至少在基本垂直于衬底表面SS的方向上与馈电线间隔开。馈电线FL1和FL2可以连接到馈电焊盘P1。馈电线FL3和FL4可以连接到馈电焊盘P2。馈电焊盘P1和P2可以连接到信号线。通过向可变电容器施加电压以使可变电容器运动,可以单独移动电容板,从而选择性地改变馈电焊盘P1和P2之间的电容。
可变电容器1404可以包括位于馈电线FL5-FL8上方的可变电容器VC3和VC4。具体而言,可变电容器VC3的电容板CP可以设置于馈电线FL5和FL7上方。可变电容器VC4的电容板CP可以设置于馈电线FL6和FL8上方。电容板可以至少在基本垂直于衬底表面SS的方向上与馈电线间隔开。馈电线FL5和FL6可以连接到馈电焊盘P2。馈电线FL7和FL8可以连接到馈电焊盘P3。馈电焊盘P2和P3可以连接到信号线。通过向可变电容器施加电压以使可变电容器运动,可以单独移动电容板,从而选择性地改变馈电焊盘P2和P3之间的电容。
可变电容器1406可以包括位于馈电线FL9-FL12上方的可变电容器VC5和VC6。具体而言,可变电容器VC5的电容板CP可以设置于馈电线FL9和FL11上方。可变电容器VC6的电容板CP可以设置于馈电线FL10和FL12上方。电容板可以至少在基本垂直于衬底表面SS的方向上与馈电线间隔开。馈电线FL9和FL10可以连接到馈电焊盘P3。馈电线FL11和FL12可以连接到馈电焊盘P4。馈电焊盘P3和P4可以连接到信号线。通过向可变电容器施加电压以使可变电容器运动,可以单独移动电容板,从而选择性地改变馈电焊盘P3和P4之间的电容。
可变电容器1408可以包括位于馈电线FL13-FL16上方的可变电容器VC7和VC8。具体而言,可变电容器VC7的电容板CP可以设置于馈电线FL13和FL15上方。可变电容器VC8的电容板CP可以设置于馈电线FL24和FL16上方。电容板可以至少在基本垂直于衬底表面SS的方向上与馈电线间隔开。馈电线FL13和FL14可以连接到馈电焊盘P4。馈电线FL15和FL16可以连接到馈电焊盘P5。馈电焊盘P4和P5可以连接到信号线。通过向可变电容器施加电压以使可变电容器运动,可以单独移动电容板,从而选择性地改变馈电焊盘P4和P5之间的电容。
在一个实施例中,根据本文所述主题的MEMS可变电容器系统可以包括位于第一界定区域上的第一馈电线。可以在多个第二界定区域上设置第二馈电线、第三馈电线、第四馈电线和第五馈电线,所述多个第二界定区域基本包围第一界定区域。第一激励部件、第二激励部件、第三激励部件和第四激励部件可以包括与第一馈电线间隔开的电容板。第一激励部件、第二激励部件、第三激励部件和第四激励部件的电容板可以分别连接到第二馈电线、第三馈电线、第四馈电线和第五馈电线。每个电容板都可以相对于第一馈电线单独移动,以在预定电容范围内改变第一馈电线与第二馈电线、第三馈电线、第四馈电线和第五馈电线中的相应一个馈电线之间的电容。在图15中给出了这种系统的范例。
图15是根据本文所述主题的实施例的、具有MEMS可变电容器和馈电线的MEMS可变电容器系统的顶视图,用1500总体上表示该MEMS可变电容器系统。参考图15,系统1500可以包括总体上被表示为1502和1504的悬臂梁式可变电容器。可变电容器1502可以包括位于馈电线FL1上方的可变电容器1506、1508、1510和1512。具体而言,可变电容器1506、1508、1510和1512的电容板CP可以设置于馈电线FL1上方。可变电容器1506和1508的电容板CP可以通过分开的馈电线FL2连接到馈电焊盘P1。可变电容器1510和1512的电容板CP可以通过分开的馈电线FL3连接到馈电焊盘P2。馈电线FL1可以连接到馈电焊盘P3。馈电焊盘P1和P2可以连接到信号线的一个端子。馈电焊盘P3可以连接到信号线的另一端子。通过向可变电容器施加电压以使可变电容器运动,可以单独移动电容板,从而选择性地改变施加到所述信号线的电容。
可变电容器1504可以包括位于馈电线FL1上方的可变电容器1514、1516、1518和1520。具体而言,可变电容器1514、1516、1518和1520的电容板CP可以设置于馈电线FL1上方。可变电容器1514和1516的电容板CP可以通过分开的馈电线FL4连接到馈电焊盘P4。可变电容器1518和1520的电容板CP可以通过分开的馈电线FL5连接到馈电焊盘P5。馈电焊盘P4和P5可以连接到信号线的一个端子。馈电焊盘P3可以连接到信号线的另一端子。通过向可变电容器施加电压以使可变电容器运动,可以单独移动电容板,从而选择性地改变施加到所述信号线的电容。
屏蔽
可以在衬底内提供屏蔽,并且所述屏蔽被设置成用于减少耦合到衬底和/或下层电路的RF干扰和/或损耗和/或减少从衬底和/或下层电路而来的RF干扰和/或损耗。在一个实施例中,MEMS可变电容器可以包括具有表面的衬底。第一馈电线和第二馈电线可以在衬底表面上延伸。第一电容板和第二电容板可以与第一馈电线和第二馈电线间隔开。第一电容板和第二电容板可以相对于第一馈电线和第二馈电线中的至少一个单独移动,以在预定电容范围内改变第一馈电线和第二馈电线之间的电容。可以在衬底内设置屏蔽材料,并且所述屏蔽材料被设置在基本位于馈电线、馈电焊盘和电容板下方的区域中,用于减少耦合到衬底和/或下层电路的RF干扰和/或损耗,和/或减少从衬底和/或下层电路而来的RF干扰和/或损耗。
图16A和16B分别示出了根据本文所述主题的实施例的、具有屏蔽SH的MEMS可变电容器的顶视图和透视图,用1600总体上表示该MEMS可变电容器。参考图16A和图16B,电容器1600可以包括连接到馈电焊盘P1-P3的馈电线FL1和FL2。馈电焊盘P1-P3可以一起连接到信号线的一个端子。此外,馈电线P4-P6可以连接到馈电焊盘P4-P6。馈电焊盘P4-P6可以一起连接到信号线的另一端子。电容板CP可以位于馈电线FL1和FL2上方。此外,如本文所述,可以将电容板CP附着到悬臂梁式可变电容器或桥式可变电容器,以使电容板CP相对于馈电线FL1和FL2运动。如本文所述,可以单独或一起移动电容板CP,以改变施加到信号线的所述端子的电容。
屏蔽SH可以位于电容板CP、馈电线FL1-FL6以及馈电焊盘P1-P6下方。屏蔽SH可以是接地金属屏蔽,用于减少RF干扰。此外,屏蔽SH可以减少耦合到损耗性衬底(例如硅衬底)的损耗。类似的屏蔽可以位于实施例中所述的电容板、馈电线和馈电焊盘下方,用于减少耦合到衬底的RF干扰和损耗。屏蔽材料可以连接到一个或多个馈电线,以起到接地屏蔽的作用。所需屏蔽的精确限度将取决于衬底性质、馈电线和焊盘距衬底的距离以及屏蔽距衬底的距离。屏蔽不需要是实心的,并且屏蔽可以具有槽或孔。
图16C示出了根据本文所述主题的实施例的、具有轮廓状屏蔽SH的MEMS可变电容器的透视图,用1600总体上表示该MEMS可变电容器。参考图16C,电容器1600的轮廓可以是电容板CP、馈电线FL1-FL6和馈电焊盘P1-P6的形状。
仿真结果曲线图
对本文所述的一些MEMS可变电容器和可变电容器系统进行了仿真。利用可从宾夕法尼亚州匹兹堡市的Ansoft Corporation得到的计算机仿真软件进行该仿真。
图17A-17E的曲线图示出了图5所示的电容器系统500的仿真结果。参考图17A-17E,示出了系统500在一定频率范围内获得的电容和Q。图17A是在无屏蔽情况下所有电容器比特闭合(1代表电容,2代表Q)和打开(3代表电容,4代表Q)时的基准仿真。闭合的Q勉强合格,但打开的Q很糟。图17B和图17C对使用非常低损耗的衬底的结果与基准结果进行比较,表明实现了非常高的Q和低的最小电容。图17B针对所有激励器启动的情况,图17C针对所有激励器不启动的情况。然而,使用这种低损耗(高电阻率)衬底常常是不现实的,尤其是在与基于半导体的电路集成时更是如此。在图17D和图17E中,在基准和改进的馈电结构之间进行类似比较,该改进的馈电结构分别用于减少打开和闭合情况下的损耗和寄生电容。
图18A-18D的曲线图示出了图6所示的电容器系统600的仿真结果。参考图18A-18D,示出了系统600在一定频率范围内获得的电容和Q。这些图比较了由双馈电带来的相对于其他基准的改进。图18A是最小电容的情况,图18B是闭合情况。图18B示出了这种馈电的改进Q和更高的自谐振频率(电容随频率变化更加稳定)。在图18C中,将焊盘减少到一半的面积,以测量焊盘对寄生电容的贡献(2×0.03pF=0.06pF)。图18D检验了修改馈电线之间横向间隙的效果。对于该组材料和设计参数而言,更大的间隙导致更大的损耗。这意味着衬底电流受到对衬底电容的限制。对于电阻率非常大的衬底或对衬底的电容非常高的情况而言,这种趋势将会反过来。
图19A-19E的曲线图示出了图7所示的电容器系统700的仿真结果。参考图19A-19E,示出了系统700在一定频率范围内获得的电容和Q。图19A针对打开情况将该设计的性能与基准性能进行了比较,图19B针对对应的全部闭合情况进行上述比较。图19C和图19D比较了针对图7所示的电容器系统700的两种不同仿真假设(或许我们应该省略这部分内容……)。图19E示出了图7所示的电容器系统700的全部打开和全部闭合的结果,其中通过进一步在可能的情况下从衬底开始使用金属层以及使馈电面积最小化来改进馈电,以使对衬底的寄生电容最小化。这极大地改善了全部打开的性能。
图20的曲线图示出了图11所示的电容器系统1100的仿真结果。参考图20,示出了系统1100在一定频率范围内获得的电容和Q。应当将这种3焊盘馈电方案与具有图19A-19E的结果的方案进行比较。这种方案将具有稍微差些的性能,但面积利用率更好。
图21的曲线图示出了图15所示的电容器系统1500的仿真结果。参考图21,示出了系统1500在一定频率范围内获得的电容和Q。这是一个顶部馈电器件。这种设计与具有浮置电容器电极的方案相比,同样的电容将占据小得多的面积。然而,它的RF性能可能较差,并且可能将更多的RF耦合到控制电极和控制线。
图22的曲线图示出了图12所示的电容器系统1200的仿真结果。参考图22,示出了系统1200在一定频率范围内获得的电容和Q。这些全部打开和全部闭合的结果对应于馈电网络,馈电网络更适于使用悬臂梁激励器的密集阵列。获得了高的比值和Q。
图23A和图23B的曲线图示出了图13所示的电容器系统1300的仿真结果。参考图23A和图23B,示出了系统1300在一定频率范围内获得的电容和Q。结果表明与图12相比,该对角馈电设计提供了具有改进封装密度的改进性能。
图24的曲线图示出了图14所示的电容器系统1400的仿真结果。参考图24,示出了系统1400在一定频率范围内获得的电容和Q。这些图示出了梯形电容板的改进。
对具有位于不同距离处的屏蔽的MEMS可变电容器1600进行仿真,以确定该屏蔽在不同距离处具有的效果。在该仿真中,屏蔽SH位于距电容板CP、馈电线FL1-FL6以及馈电焊盘P1-P67.3μm和11.2μm处。下面的表1示出了当屏蔽在这些位置处时的屏蔽仿真结果。
表1:屏蔽仿真结果
应该理解:在不脱离本文公开主题的范围的情况下,可以对本文公开主题的各种细节进行更改。此外,以上描述仅仅出于例示的目的,而不是为了限制。
Claims (11)
1.一种微机电系统(MEMS)可变电容器系统,包括:
间隔开的第一馈电焊盘、第二馈电焊盘和第三馈电焊盘;
连接到所述第一馈电焊盘并向所述第二馈电焊盘延伸的第一馈电线;
连接到所述第二馈电焊盘并向所述第三馈电焊盘延伸的第二馈电线;
连接到所述第三馈电焊盘并分别向所述第一馈电焊盘和所述第二馈电焊盘延伸的第三馈电线和第四馈电线;
与所述第一馈电线和所述第三馈电线间隔开的第一电容板,其中所述第一电容板能够相对于所述第一馈电线和所述第三馈电线中的至少一个移动,以在第一预定电容范围内改变所述第一馈电线和所述第三馈电线之间的电容;以及
与所述第二馈电线和所述第四馈电线间隔开的第二电容板,其中所述第二电容板能够相对于所述第二馈电线和所述第四馈电线中的至少一个移动,以在第二预定电容范围内改变所述第二馈电线和所述第四馈电线之间的电容。
2.根据权利要求1所述的MEMS可变电容器系统,其中所述馈电线的宽度在大约10μm到大约200μm之间。
3.根据权利要求1所述的MEMS可变电容器系统,其中所述馈电线间隔开大约5μm到大约50μm。
4.根据权利要求1所述的MEMS可变电容器系统,其中所述电容板基本为梯形形状。
5.根据权利要求1所述的MEMS可变电容器系统,包括衬底,其中所述馈电线附着到所述衬底的表面。
6.根据权利要求1所述的MEMS可变电容器系统,包括衬底,其中所述馈电线位于所述衬底之内。
7.根据权利要求1所述的MEMS可变电容器系统,包括第一激励部件和第二激励部件,其中所述第一激励部件能够相对于所述第一馈电线和所述第三馈电线中的至少一个移动,其中所述第二激励部件能够相对于所述第二馈电线和所述第四馈电线中的至少一个移动,其中所述第一电容板和所述第二电容板分别附着于所述第一电容板和所述第二电容板。
8.根据权利要求7所述的MEMS可变电容器系统,其中每个所述激励部件相对于所述馈电线在一端是固定的,并且其中所述激励部件能够沿至少基本平行于所述第一馈电线和所述第二馈电线的方向移动。
9.根据权利要求7所述的MEMS可变电容器系统,其中每个所述激励部件包括相对于所述馈电线固定的两端,并且其中所述激励部件能够沿基本平行于所述第一馈电线和所述第二馈电线的方向移动。
10.根据权利要求7所述的MEMS可变电容器系统,其中每个所述激励部件包括:
间隔开的第一激励电极和第二激励电极,其中至少一个所述激励电极能够相对于另一个激励电极移动;以及
附着于所述至少一个激励电极的可移动部件,其中所述可移动部件包括可动端和固定端,其中当在所述第一激励电极和所述第二激励电极之间施加电压时,所述可动端可移动。
11.根据权利要求7所述的MEMS可变电容器系统,其中每个所述激励部件包括:
间隔开的第一激励电极和第二激励电极,其中至少一个所述激励电极能够相对于另一个激励电极移动;以及
附着于所述第一激励电极的可移动部件,其中所述可移动部件包括可动部分以及第一固定端和第二固定端,其中当在所述第一激励电极和所述第二激励电极之间施加电压时,所述可动部分可移动。
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